AI-modeller og platforme
Parfraseringsskabelon ved hjÃĶlp af dyb forstÃĶrket lÃĶring – Tankeledere

NÃĨr vi skriver eller taler, har vi alle undret os over, om der er en bedre mÃĨde at kommunikere en idÃĐ til andre. Hvilke ord skal jeg bruge? Hvordan skal jeg strukturere tanken? Hvordan vil de sandsynligvis reagere? Hos Phrasee bruger vi meget tid pÃĨ at tÃĶnke over sprog â hvad der virker og hvad der ikke gÃļr.
Forestil dig, at du skriver emnefeltet for en e-mail-kampagne, der vil gÃĨ til 10 millioner mennesker pÃĨ din liste for at promovere 20% rabat pÃĨ en ny laptop.
Hvilken linje ville du vÃĶlge:
- DU kan nu fÃĨ yderligere 20% rabat pÃĨ din nÃĶste ordre
- VÃĶr parat â yderligere 20% rabat
Selvom de formidler den samme information, opnÃĨede den en nÃĶsten 15% hÃļjere ÃĨbningsrate end den anden (og jeg vÃĶdder, du ikke kan slÃĨ vores model i at forudsige, hvilken af dem ?). Selvom sprog ofte kan testes gennem A/B-test eller multi-armed bandits, er automatisk generering af parfraser stadig et meget udfordrende forskningsspÃļrgsmÃĨl.
To sÃĶtninger betragtes som parfraser af hinanden, hvis de deler den samme betydning og kan bruges som udskiftelige. En anden vigtig ting, der ofte tages for givet, er, om en maskin genereret sÃĶtning er flydende.
I modsÃĶtning til overvÃĨget lÃĶring lÃĶrer forstÃĶrket lÃĶring-agenter gennem at interagere med deres omgivelser og observere de belÃļnninger, de modtager som fÃļlge. Denne lidt nuancerede forskel har massive implikationer for, hvordan algoritmerne fungerer, og hvordan modellerne trÃĶnes. Dyb forstÃĶrket lÃĶring bruger neurale netvÃĶrk som en funktionel approximator til at lÃĨse agenten til at lÃĶre, hvordan man overgÃĨr mennesker i komplekse miljÃļer sÃĨsom Go, Atari og StarCraft II.
Trods denne succes er forstÃĶrket lÃĶring ikke blevet bredt anvendt til virkelige problemer, herunder naturligt sprogbehandling (NLP).
Som en del af min MSc-afhandling i Datavidenskab demonstrerer vi, hvordan dyb forstÃĶrket lÃĶring kan bruges til at overgÃĨ overvÃĨget lÃĶring-metoder i automatisk generering af parfraser af indputtekst. Problemet med at generere den bedste parfrase kan ses som at finde serien af ord, der maksimerer den semantiske lignende mellem sÃĶtninger, mens man opretholder flydende i output. ForstÃĶrket lÃĶring-agenter er godt egnede til at finde den bedste sÃĶt af handlinger til at opnÃĨ den maksimale forventede belÃļnning i kontrolmiljÃļer.
I modsÃĶtning til de fleste problemer i maskinlÃĶring ligger det stÃļrste problem i de fleste naturlige sproggenereringsapplikationer ikke i modelleringen, men i evalueringen. Mens menneskelig evaluering i Ãļjeblikket anses for at vÃĶre den guldstandard i NLG-evaluering, lider den under betydelige ulemper, herunder, at det er dyrt, tidskrÃĶvende, vanskeligt at justere og mangler reproducerbarhed pÃĨ tvÃĶrs af eksperimenter og datasÃĶt (Han, 2016). Som fÃļlge heraf har forskere lÃĶnge sÃļgt efter automatiske metrikker, der er simple, generelle og som afspejler menneskelig dom (Papineni et al., 2002).
De mest almindelige automatiske evalueringssmetoder til vurdering af maskin genererede billedbeskrivelser er sammenfattet nedenfor med deres fordele og ulemper:

Parfraseringsskabelon ved hjÃĶlp af forstÃĶrket lÃĶring-rÃļrledning
Vi udviklede et system kaldet ParaPhrasee, der genererer hÃļjkvalitetsparfraser. Systemet bestÃĨr af flere trin for at anvende forstÃĶrket lÃĶring pÃĨ en komputationelt effektiv mÃĨde. En kort sammenfatning af den hÃļjtstÃĨende rÃļrledning vises nedenfor med mere detaljer i afhandlingen.

Dataset
Der er flere parfrasedatasÃĶt tilgÃĶngelige, der bruges i forskning, herunder: Microsoft Paraphrase-korpus (MSFT ), ACLâs semantiske tekstlighedskonkurrence, Quora Duplicate SpÃļrgsmÃĨl og Twitter Shared Links. Vi har valgt MS-COCO pÃĨ grund af dets stÃļrrelse, renhed og brug som en benchmark for to bemÃĶrkelsesvÃĶrdige parfrasingspapirer. MS-COCO indeholder 120k billeder af almindelige scener med 5 billedbeskrivelser per billede leveret af 5 forskellige menneskelige annotatorer.
mens det primÃĶrt er designet til computer vision-forskning, har billedbeskrivelserne tendens til at have hÃļj semantisk lignende og er interessante parfraser. Givet, at billedbeskrivelserne er leveret af forskellige mennesker, har de tendens til at have smÃĨ variationer i detaljer, der er givet i scenen, og derfor har de genererede sÃĶtninger tendens til at hallucinere detaljer.

OvervÃĨget model
mens forstÃĶrket lÃĶring har forbedret sig betydeligt i terms of prÃļveeffektivitet, trÃĶningstider og generelle bedste praksis, er trÃĶning af forstÃĶrket lÃĶring-modeller fra scratch stadig relativt meget langsommere og ustabil (Arulkumaran et al., 2017). Derfor trÃĶner vi ikke fra scratch, men trÃĶner fÃļrst en overvÃĨget model og finjusterer derefter med forstÃĶrket lÃĶring.
Vi bruger en Encoder-Decoder-modelramme og vurderer prÃĶstationen af flere baseline-overvÃĨgede modeller. NÃĨr vi finjusterer modellen med forstÃĶrket lÃĶring, finjusterer vi kun decoder-netvÃĶrket og behandler encoder-netvÃĶrket som statisk. Som sÃĨdan overvejer vi to hovedrammer:
- TrÃĶning af den overvÃĨgede model fra scratch ved hjÃĶlp af en standard/vanilla encoder-decoder med GRUs
- Brug af forudtrÃĶnede sÃĶtningsembedding-modeller til encoderen, herunder: pooled word-embeddings (GloVe), InferSent og BERT
De overvÃĨgede modeller tenderer til at opfÃļre sig ret ens pÃĨ tvÃĶrs af modeller, med BERT og den vanilla encoder-decoder, der opnÃĨr den bedste prÃĶstation.

mens prÃĶstationen tenderer til at vÃĶre rimelig, er der tre almindelige kilder til fejl: stuttering, generering af sÃĶtningsfragmenter og hallucinationer. Disse er de primÃĶre problemer, som brug af forstÃĶrket lÃĶring sÃļger at lÃļse.

ForstÃĶrket lÃĶring-model
Implementering af forstÃĶrket lÃĶring-algoritmer er meget udfordrende, isÃĶr nÃĨr du ikke ved, om problemet kan lÃļses. Der kan vÃĶre problemer i implementeringen af din omgivelser, dine agenter, dine hyperparametre, din belÃļnningsfunktion eller en kombination af alle ovenstÃĨende! Disse problemer forvÃĶrres, nÃĨr du laver dyb forstÃĶrket lÃĶring, da du fÃĨr det sjove med den tilfÃļjede kompleksitet af at fejlfinde neurale netvÃĶrk.
Som med al fejlfinde er det afgÃļrende at starte simpelt. Vi implementerede variationer af to velkendte legetÃļj-forstÃĶrket lÃĶring-miljÃļer (CartPole og FrozenLake) for at teste forstÃĶrket lÃĶring-algoritmer og finde en gentagen strategi for overfÃļring af viden fra den overvÃĨgede model.
Vi fandt ud af, at brug af en Actor-Critic-algoritme overgik REINFORCE i disse miljÃļer. I terms of overfÃļring af viden til Actor-Critic-modellen fandt vi, at initialisering af actor-weights med den trÃĶnede overvÃĨgede model og fortrÃĶning af kritikeren opnÃĨede den bedste prÃĶstation. Vi fandt det udfordrende at generalisere sofistikerede politik-destillations-tilgange til nye miljÃļer, da de introducerer mange nye hyperparametre, der krÃĶver justering for at fungere.
Med stÃļtte fra disse indsighter vendte vi os derefter til udvikling af en tilgang til parfrasingsgenerering-opgaven. Vi behÃļver fÃļrst at oprette en omgivelser.

Omgivelsen giver os mulighed for let at teste effekten af at bruge forskellige evalueringssmetrikker som belÃļnningsfunktioner.
Derefter definerer vi agenten, og givet dets mange fordele bruger vi en Actor-Critic-arkitektur. Actor bruges til at vÃĶlge det nÃĶste ord i sekvensen og har sine vÃĶgte initialiseret med den overvÃĨgede model. Kritikeren giver en estimat af den forventede belÃļnning, en tilstand sandsynligvis vil modtage, for at hjÃĶlpe actor med at lÃĶre.
Design af den rette belÃļnningsfunktion
Den vigtigste komponent i design af et forstÃĶrket lÃĶring-system er belÃļnningsfunktionen, da dette er, hvad forstÃĶrket lÃĶring-agenten forsÃļger at optimere. Hvis belÃļnningsfunktionen er forkert, vil resultaterne lide, selv hvis alle andre dele af systemet fungerer!
Et klassisk eksempel pÃĨ dette er CoastRunners, hvor OpenAI-forskerne satte belÃļnningsfunktionen til at maksimere den samlede score i stedet for at vinde lÃļbet. Resultatet af dette er, at agenten opdagede en lÃļkke, hvor den kunne fÃĨ den hÃļjeste score ved at ramme turbos uden nogensinde at fuldfÃļre lÃļbet.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=tlOIHko8ySg&feature=emb_title
Givet, at evaluering af parfrasers kvalitet i sig selv er et ulÃļst problem, er det endnu hÃĨrdere at designe en belÃļnningsfunktion, der automatisk fanger dette formÃĨl. De fleste aspekter af sprog dekomponerer ikke pÃĶnt i lineÃĶre metrikker og er afhÃĶngige af opgaven (Novikova et al., 2017).
ForstÃĶrket lÃĶring-agenten opdager ofte en interessant strategi til at maksimere belÃļnninger, der udnytter svaghederne i evalueringssmÃĨlingen i stedet for at generere hÃļjkvalitets tekst. Dette tenderer til at resultere i dÃĨrlig prÃĶstation pÃĨ metrikker, som agenten ikke direkte optimerer.
Vi overvejer tre hovedtilgange:
- Ord-overlappsmetrikker
Almindelige NLP-evalueringssmetrikker overvejer proportionen af ord-overlapp mellem den genererede parfrase og evalueringssÃĶtningen. Jo stÃļrre overlapp, desto stÃļrre belÃļnning. Udfordringen med ordniveau-tilgange er, at agenten inkluderer for mange forbinder-ord som âen er pÃĨ afâ og der er ingen mÃĨde at mÃĨle flydende pÃĨ. Dette resulterer i meget lavkvalitetsparfraser.

- SÃĶtningsniveau-lighed og flydighedsmetrikker
De primÃĶre egenskaber af en genereret parfrase er, at den skal vÃĶre flydende og semantisk lignende input-sÃĶtningen. Derfor prÃļver vi at score disse individuelt og derefter kombinere metrikkerne. Til semantisk lignende bruger vi cosinus-lignende mellem sÃĶtningsembeddings fra forudtrÃĶnede modeller, herunder BERT. Til flydighed bruger vi en score baseret pÃĨ sÃĶtningens forvirring fra GPT-2. Jo stÃļrre cosinus-lignende og flydighedsscore, desto stÃļrre belÃļnning.
Vi prÃļvede mange forskellige kombinationer af sÃĶtningsembedding-modeller og flydighedsmodeller, og mens prÃĶstationen var rimelig, var det primÃĶre problem, agenten stod overfor, ikke at balancere semantisk lignende nok med flydighed. For de fleste konfigurationer prioriterede agenten flydighed, hvilket resulterede i fjernelse af detaljer og de fleste enheder blev placeret âi midtenâ af noget eller blev flyttet âpÃĨ en bordâ eller âside af vejenâ.
Multi-objekt-forstÃĶrket lÃĶring er et ÃĨbent forskningsspÃļrgsmÃĨl og er meget udfordrende i dette tilfÃĶlde.

- Brug af en modstander-model som belÃļnningsfunktion
Givet, at mennesker anses for at vÃĶre den guldstandard i evaluering, trÃĶner vi en separat model kaldet diskriminatoren til at forudsige, om to sÃĶtninger er parfraser af hinanden (ligesom en menneskelig evaluering). MÃĨlet for forstÃĶrket lÃĶring-modellen er derefter at overbevise denne model om, at den genererede sÃĶtning er en parfrase af input-sÃĶtningen. Diskriminatoren genererer en score for, hvor sandsynligt det er, at de to sÃĶtninger er parfraser af hinanden, som bruges som belÃļnning til at trÃĶne agenten.
Hver 5.000 gÃĶt fortÃĶller diskriminatoren, hvilken parfrase der kom fra datasÃĶttet og hvilken der blev genereret, sÃĨ den kan forbedre sine fremtidige gÃĶt. Processen fortsÃĶtter i flere runder med, at agenten forsÃļger at narre diskriminatoren, og diskriminatoren forsÃļger at differentiere mellem de genererede parfraser og evaluering-parfraserne fra datasÃĶttet.
Efter flere runder af trÃĶning genererer agenten parfraser, der overgÃĨr de overvÃĨgede modeller og andre belÃļnningsfunktioner.

Konklusion og begrÃĶnsninger
Modstander-tilgange (herunder selv-spil for spil) giver en ekstremt lovende tilgang til trÃĶning af forstÃĶrket lÃĶring-algoritmer til at overgÃĨ menneskelig niveau-prÃĶstation pÃĨ visse opgaver uden at definere en ekspllicit belÃļnningsfunktion.
mens forstÃĶrket lÃĶring var i stand til at overgÃĨ overvÃĨget lÃĶring i dette tilfÃĶlde, er den ekstra overhÃĶng i terms of kode, beregning og kompleksitet ikke vÃĶrd at prÃĶstationsgevinsten for de fleste anvendelser. ForstÃĶrket lÃĶring er bedst ladet til situationer, hvor overvÃĨget lÃĶring ikke kan let anvendes, og en belÃļnningsfunktion er let at definere (sÃĨsom Atari-spil). Tilgange og algoritmer er langt mere modne i overvÃĨget lÃĶring, og fejlsignalet er meget stÃĶrkere, hvilket resulterer i hurtigere og mere stabil trÃĶning.
En anden overvejelse er, som med andre neurale tilgange, at agenten kan fejle meget dramatisk i tilfÃĶlde, hvor input er forskellig fra de input, den tidligere har set, krÃĶver en ekstra lag af sanity-tjek til produktionsapplikationer.
Eksplosionen af interesse for forstÃĶrket lÃĶring-tilgange og fremskridt i beregningsinfrastruktur i de sidste par ÃĨr vil lÃĨse op for enorme muligheder for at anvende forstÃĶrket lÃĶring i industrien, isÃĶr inden for NLP.












