2020年初，新冠疫情席卷全球。除了“待在家，不亂跑”，我想還能從哪為抗擊疫情出點微薄之力呢？

碰巧室友推送了一個天池公益賽“新冠疫情相似句對判定大賽”，秉持“重在參與”的心態參加了比賽。經過半個月的努力，最終結果勉強不錯（第6），收割了一臺Kindle。

2021年1月，疫情形勢依然嚴峻，幸運的是國家不僅及時穩住了疫情，還研發出了有效的疫苗。借助疫情主題的比賽，我希望幫助更多讀者，入門自然語言處理的基本任務——文本匹配。

開源代碼：

https://github.com/yechens/COVID-19-sentence-pair

01 數據分析

任務背景非常直觀，主辦方給定了“肺炎”、“支氣管炎”、“上呼吸道感染”等醫療背景下的用戶真實提問，要求選手通過算法識別任意2個問題，是否表達同一個意思。舉例：

問題1:“輕微感冒需不需要吃藥？”

問題2:“輕微感冒需要吃什么藥？”

問題1關心“是否得吃藥”，問題2關心“該吃什么藥”，側重點不同所以意思不同。

數據集樣本都是三元組(query1, query2, label)。為了降低難度，每一個問題的長度被控制在20字以內。

比賽的訓練集、驗證集分別包含8746、2001條三元組。我們從dev中隨機保留了800條樣本作為最終dev，其余均加入訓練。

數據增強

拿到數據簡單分析后，我發現數據集已經過清洗，竟然異常的干凈整齊（沒有雜亂的符號、不通順的句子），label分布幾乎也接近1:1。

再觀察數據，相同的query1總是按順序排列在一起，隨后跟著不同的query2。這種分布很容易想到一種數據增強策略：相似傳遞性。

A <-> B 相似 and A <-> C 相似 => B <-> C 相似

最終我額外獲得了5000條高質量的數據，比賽準確率因此提升了0.5%。

實體替換

此外，我們也嘗試了訓練一個NER模型挖掘文本中的醫療實體，如“胸膜炎”、“肺氣腫”，再通過word2vec查找最接近的實體進行替換。

但這種方式并沒有提升最終結果。我覺得原因有2個：

1W條樣本規模偏小，NER模型識別誤差較大

詞向量沒有針對醫療場景訓練，包含的醫療實體很少

02匹配方法實現

文本匹配有非常多簡單又實用的方法，例如：

基于字符統計：字符串匹配、編輯距離、Jaccards距離

基于語言模型：word2vec/glove詞向量、BERT

基于神經網絡：孿生網絡、TextCNN、DSSM、FastText等

由于比賽需要盡可能獲得高分，這里主要介紹基于神經網絡和BERT的文本匹配算法。

BERT[1]是一種預訓練語言模型，通過海量文本、Transformer架構和MLM訓練任務在眾多NLP任務上取得了優異成果。對BERT不了解的讀者，可以參考我之前的文章“從BERT、XLNet到MPNet，細看NLP預訓練模型發展變遷史”[2]。

比賽中我們測試了5-6種不同的神經網絡方法，并最終選擇了3種在dev上表現最好的模型加權融合。具體可以參考文件。

文本CNN（TextCNN）

TextCNN是Yoon Kim[3]在2014年提出的用于句子分類的卷積神經網絡。文本匹配任務本質上可以理解成二分類任務（0:不相似，1:相似），所以一般的分類模型也能滿足匹配需求。

與圖像中的二維卷積不同，TextCNN采用的是一維卷積，每個卷積核的大小為(h為卷積核窗口，k為詞向量維度)。文中采用了不同尺寸的卷積核，來提取不同文本長度的特征。

然后，作者對于卷積核的輸出進行最大池化操作，只保留最重要的特征。各個卷積核輸出經MaxPooling后拼接形成一個新向量，最后輸出到全連接層分類器(Dropout + Linear + Softmax)實現分類。

我們知道，文本中的關鍵詞對于判斷2個句子是否相似有很大影響，而CNN局部卷積的特效能很好的捕捉這種關鍵特征。同時TextCNN還具有參數量小，訓練穩定等優點。

文本RNN（TextRCNN）

相比TextCNN，TextRCNN的模型結構看起來復雜一些。

簡單瀏覽論文后，會發現它的思路其實簡單，粗暴。

首先通過詞向量獲得字符編碼，隨后將其通過雙向RNN學習上下文特征，編碼得到兩個方向的特征。

再將詞向量和、拼接得到新向量，輸入經tanh函數激活的全連接網絡。最后，將網絡的輸出最大池化，并輸入另一個全連接分類器完成分類。

RNN模型對于長文本有較好的上下文“記憶”能力，更適合處理文本這種包含時間序列的信息。

BERT+MLP（fine-tune）

最后一種方法，直接用語言模型BERT最后一層Transformer的輸出，接一層Dense實現文本匹配。

實驗中我們發現，對最終輸出的每個token特征取平均（MeanPooling）效果好于直接使用首字符“[CLS]”的特征。

模型權重上，崔一鳴等人[5]發布的中文roberta_wwm_ext_large模型效果要好于BERT_large。

最后，我們根據這三種模型在dev上的準確率設置了不同比重，通過自動搜索找到最優權重組合，在線上測試集取得了96.26%的準確率。

讀者可以在“NLP情報局”后臺回復“文本匹配”直接下載模型論文。

03漲分trick

做一個深度學習主導的算法比賽，除了分析數據與模型，一些trick也是獲得高分的重要因素。這里羅列了一些常用策略。

數據增強[6]

標簽平滑

自蒸餾

文本對抗訓練[7]

模型融合

特征篩選

使用多個學習率[8]

針對這次文本匹配任務，數據增強、標簽平滑、模型融合、多學習率都被證明是有效的。

04總結

過去將近1年的天池“新冠疫情相似句對判定大賽”，任務并不復雜，是入門NLP項目實戰，提升編程能力的很好鍛煉機會。

比賽雖然結束了，疫情猶在。大家一定要保護好自己哦！

[1] BERT: Pre-training of Deep Bidirectional Transformers for Language Understanding.?

[2] 從BERT、XLNet到MPNet，細看NLP預訓練模型發展變遷史: https://zhuanlan.zhihu.com/p/166013414

[3]Convolutional Neural Networks for Sentence Classification.

[4]Recurrent Convolutional Neural Networks for Text Classification.

[5] Chinese-BERT-wwm:https://github.com/ymcui/Chinese-BERT-wwm

[6]一文了解NLP中的數據增強方法:https://zhuanlan.zhihu.com/p/145521255

[7]【煉丹技巧】功守道：NLP中的對抗訓練 + PyTorch實現: https://zhuanlan.zhihu.com/p/91269728

[8]稱霸Kaggle的十大深度學習技巧:https://zhuanlan.zhihu.com/p/41379279

責任編輯：xj

原文標題：天池NLP賽道top指南

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