Beam Search快速理解及代码解析(下)

Beam Search的问题

先解释一下什么要对Beam Search进行改进。因为Beam Search虽然比贪心强了不少,但还是会生成出空洞、重复、前后矛盾的文本。如果你有文本生成经验,一定对这些现象并不陌生。在语言模型还不像如今的BERT、GPT这么厉害的时候,这种现象更加明显。

没有经验也没关系,我们来看一个论文里面的例子。输入模型的引文(context)

“The study, published in the Proceedings of the They were cattle called Bolivian Cavalleros; they live in a National Academy of Sciences of the United States of remote desert uninterrupted by town, and they speak huge, America (PNAS), was conducted by researchers from the beautiful, paradisiacal Bolivian linguistic thing. They say, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) and

GPT-2模型, Beam Search, num_beams=32的生成结果:

‘Lunch, marge.’ They don’t tell what the lunch is,” director the Universidad Nacional Autónoma de México Professor Chuperas Omwell told Sky News. “They’ve only (UNAM/Universidad Nacional Autónoma de been talking to scientists, like we’re being interviewed by TV México/Universidad Nacional Autónoma de reporters. We don’t even stick around to be interviewed by México/Universidad Nacional Autónoma de TV reporters. Maybe that’s how they figured out that they’re México/Universidad Nacional Autónoma de …”

可以发现即使是如今最顶级的语言模型加上足够长的引文输入,还是无法得到高质量的生成结果。

论文认为这种问题是由于这种试图最大化序列条件概率的解码策略从根上就有问题。他们对比了给定同样引文的情况下人类续写和机器生成的词用语言模型计算出来的概率。如下图所示,人类选择的词(橙线)并不是像机器选择的(蓝线)那样总是那些条件概率最大的词。从生成的结果也可以看出,机器生成的结果有大量重复。

机器选词和人类选词的概率对比图

解决对策

人们其实尝试了各种办法对Beam Search进行改进,其实都很好理解,这篇论文总结的也比较到位。

随机采样

第一种方法是用 随机采样(sampling)代替取概率最大的词。采样的依据就是解码器输出的词典中每个词的概率分布。相比于按概率”掐尖”,这样会增大所选词的范围,引入更多的随机性。当时那篇论文的结论就是这种随机采样的方法远好于Beam Search。但这其实也是有条件的,随机采样容易产生前后不一致的问题。而在开放闲聊领域,生成文本的 长度都比较短,这种问题就被自然的淡化了。

采样的时候有一个可以控制的超参数,称为 温度(temperature, )。解码器的输出层后面通常会跟一个softmax函数来将输出概率归一化,通过改变 可以控制概率分布的形貌。softmax的公式如下,当 大的时候,概率分布趋向平均,随机性增大;当 小的时候,概率密度趋向于集中,即强者愈强,随机性降低,会更多地采样出”放之四海而皆准”的词汇。

top-k采样

这个方法就是在采样前将输出的概率分布截断,取出概率最大的k个词构成一个集合,然后将这个子集词的概率再归一化,最后从新的概率分布中采样词汇。这个办法据说可以获得比Beam Search好很多的效果,但也有一个问题,就是这个k不太好选。

While top-k sampling leads to considerably higher quality text than either beam search or sampling from the full distribution, the use of a constant k is sub-optimal across varying contexts.

为啥呢?因为这个概率分布变化比较大,有时候可能很均匀(flat),有的时候比较集中(peaked)。对于集中的情况还好说,当分布均匀时,一个较小的k容易丢掉很多优质候选词。但如果k定的太大,这个方法又会退化回普通采样。

两种分布,左边是均匀的,右边是集中的

核采样(Nucleus sampling)

首先表示我不确定这个翻译是不是对的。

这是这篇论文提出的方式,也是相比前面那些都更好的采样方式,这个方法不再取一个固定的k,而是固定候选集合的概率密度和在整个概率分布中的比例。也就是构造一个 最小候选集V ,使得

Beam Search快速理解及代码解析(下)

选出来这个集合之后也和top-k采样一样,重新归一化集合内词的概率,并把集合外词的概率设为0。这种方式也称为top-p采样。

论文有一个图,对比了这几种采样方式的效果。

效果对比图,红字是前后不符,蓝字是重复。Nucleus效果拔群。

惩罚重复

为了解决重复问题,还可以通过 惩罚因子将出现过词的概率变小或者 强制不使用重复词来解决。惩罚因子来自于同样广为流传的《CTRL: A Conditional Transformer Language Model for Controllable Generation》[2]。如果大家感兴趣的话后面可以专门写一期可控文本生成方向的解读。

代码解析

其实上述各种采样方式在HuggingFace的库里都已经实现了(感动!),我们来看一下代码。

先看top-k和top-p采样

 1 # 代码输入的是logits,而且考虑很周全(我感觉漏了考虑k和p都给了的情况,这应该是不合适的)
 2 # 巧妙地使用了torch.cumsum
 3 # 避免了一个词都选不出来的尴尬情况
 4 def top_k_top_p_filtering(logits, top_k=0, top_p=1.0, filter_value=-float("Inf"), min_tokens_to_keep=1):
 5     """ Filter a distribution of logits using top-k and/or nucleus (top-p) filtering
 6         Args:
 7             logits: logits distribution shape (batch size, vocabulary size)
 8             if top_k > 0: keep only top k tokens with highest probability (top-k filtering).

 9             if top_p < 1.0: keep the top tokens with cumulative probability >= top_p (nucleus filtering).

10                 Nucleus filtering is described in Holtzman et al. (http://arxiv.org/abs/1904.09751)
11             Make sure we keep at least min_tokens_to_keep per batch example in the output
12         From: https://gist.github.com/thomwolf/1a5a29f6962089e871b94cbd09daf317
13     """
14     if top_k > 0:
15         top_k = min(max(top_k, min_tokens_to_keep), logits.size(-1))  # Safety check
16         # Remove all tokens with a probability less than the last token of the top-k
17         indices_to_remove = logits < torch.topk(logits, top_k)[0][..., -1, None]
18         logits[indices_to_remove] = filter_value
19
20     if top_p < 1.0:
21         sorted_logits, sorted_indices = torch.sort(logits, descending=True)
22         cumulative_probs = torch.cumsum(F.softmax(sorted_logits, dim=-1), dim=-1)
23
24         # Remove tokens with cumulative probability above the threshold (token with 0 are kept)
25         sorted_indices_to_remove = cumulative_probs > top_p
26         if min_tokens_to_keep > 1:
27             # Keep at least min_tokens_to_keep (set to min_tokens_to_keep-1 because we add the first one below)
28             sorted_indices_to_remove[..., :min_tokens_to_keep] = 0
29         # Shift the indices to the right to keep also the first token above the threshold
30         sorted_indices_to_remove[..., 1:] = sorted_indices_to_remove[..., :-1].clone()
31         sorted_indices_to_remove[..., 0] = 0
32
33         # scatter sorted tensors to original indexing
34         indices_to_remove = sorted_indices_to_remove.scatter(1, sorted_indices, sorted_indices_to_remove)
35         logits[indices_to_remove] = filter_value
36     return logits

undefined

再看看重复惩罚

1 # 输入的同样是logits(lprobs)
 2 # 同时输入了之前出现过的词以及惩罚系数(大于1的)
 3 # 考虑到了logit是正和负时处理方式应该不一样
 4 def enforce_repetition_penalty_(self, lprobs, batch_size, num_beams, prev_output_tokens, repetition_penalty):
 5         """repetition penalty (from CTRL paper https://arxiv.org/abs/1909.05858). """
 6         for i in range(batch_size * num_beams):
 7             for previous_token in set(prev_output_tokens[i].tolist()):
 8                 # if score < 0 then repetition penalty has to multiplied to reduce the previous token probability
 9                 if lprobs[i, previous_token] < 0:
10                     lprobs[i, previous_token] *= repetition_penalty
11                 else:
12                     lprobs[i, previous_token] /= repetition_penalty

undefined

最后是重复词去除

1 # 这个函数将会返回一个不可使用的词表
 2 # 生成n-gram的巧妙方式大家可以借鉴一下
 3 # 下面是一个3-gram的例子
 4 # a = [1,2,3,4,5]
 5 # for ngram in zip(*[a[i:] for i in range(3)]):
 6 #    print(ngram)
 7 def calc_banned_tokens(prev_input_ids, num_hypos, no_repeat_ngram_size, cur_len):
 8     # Copied from fairseq for no_repeat_ngram in beam_search"""
 9     if cur_len + 1 < no_repeat_ngram_size:
10         # return no banned tokens if we haven't generated no_repeat_ngram_size tokens yet
11         return [[] for _ in range(num_hypos)]
12     generated_ngrams = [{} for _ in range(num_hypos)]
13     for idx in range(num_hypos):
14         gen_tokens = prev_input_ids[idx].numpy().tolist()
15         generated_ngram = generated_ngrams[idx]
16         # 就是这巧妙的一句
17         for ngram in zip(*[gen_tokens[i:] for i in range(no_repeat_ngram_size)]):
18             prev_ngram_tuple = tuple(ngram[:-1])
19             generated_ngram[prev_ngram_tuple] = generated_ngram.get(prev_ngram_tuple, []) + [ngram[-1]]
20     def _get_generated_ngrams(hypo_idx):
21         # Before decoding the next token, prevent decoding of ngrams that have already appeared
22         start_idx = cur_len + 1 - no_repeat_ngram_size
23         ngram_idx = tuple(prev_input_ids[hypo_idx, start_idx:cur_len].numpy().tolist())
24         return generated_ngrams[hypo_idx].get(ngram_idx, [])
25     banned_tokens = [_get_generated_ngrams(hypo_idx) for hypo_idx in range(num_hypos)]
26     return banned_tokens

undefined

以上这些代码应该在哪里调用相信看上一篇文章的朋友都应该知道了,这里就放出来最核心的差异。

1 if do_sample:
 2     # 这是今天的采样方式
 3     _scores = scores + beam_scores[:, None].expand_as(scores)  # (batch_size * num_beams, vocab_size)
 4     # Top-p/top-k filtering,这一步重建了候选集
 5     _scores = top_k_top_p_filtering(
 6         _scores, top_k=top_k, top_p=top_p, min_tokens_to_keep=2
 7     )  # (batch_size * num_beams, vocab_size)
 8     # re-organize to group the beam together to sample from all beam_idxs
 9     _scores = _scores.contiguous().view(
10         batch_size, num_beams * vocab_size
11     )  # (batch_size, num_beams * vocab_size)
12
13     # Sample 2 next tokens for each beam (so we have some spare tokens and match output of greedy beam search)
14     probs = F.softmax(_scores, dim=-1)
15     # 采样
16     next_tokens = torch.multinomial(probs, num_samples=2 * num_beams)  # (batch_size, num_beams * 2)
17     # Compute next scores
18     next_scores = torch.gather(_scores, -1, next_tokens)  # (batch_size, num_beams * 2)
19     # sort the sampled vector to make sure that the first num_beams samples are the best
20     next_scores, next_scores_indices = torch.sort(next_scores, descending=True, dim=1)
21     next_tokens = torch.gather(next_tokens, -1, next_scores_indices)  # (batch_size, num_beams * 2)
22 else:
23     # 这是昨天的beam search方式
24     # 直接将log概率相加求条件概率
25     next_scores = scores + beam_scores[:, None].expand_as(scores)  # (batch_size * num_beams, vocab_size)
26
27     # re-organize to group the beam together (we are keeping top hypothesis accross beams)
28     next_scores = next_scores.view(
29         batch_size, num_beams * vocab_size
30     )  # (batch_size, num_beams * vocab_size)
31
32     next_scores, next_tokens = torch.topk(next_scores, 2 * num_beams, dim=1, largest=True, sorted=True)

undefined

OK,谢谢各位看到这里,祝大家生成出高质量的文本!

参考资料

[1]

The Curious Case of Neural Text Degeneration: _ https://arxiv.org/abs/1904.09751_

[2]

CTRL: A Conditional Transformer Language Model for Controllable Generation: _ https://arxiv.org/abs/1909.05858_

Original: https://www.cnblogs.com/cs-markdown10086/p/14830366.html
Author: NEU_ShuaiCheng
Title: Beam Search快速理解及代码解析(下)

原创文章受到原创版权保护。转载请注明出处:https://www.johngo689.com/713431/

转载文章受原作者版权保护。转载请注明原作者出处!

(0)

大家都在看

  • SCHED_FIFO与SCHED_OTHER调度机制【转】

    两个线程分别有不同的调度策略,一个SCHED_FIFO,一个SCHED_OTHER,按照之前的理解,SCHED_FIFO实时线程一定会占用CPU一直运行,导致SCHED_OTHER…

    技术杂谈 2023年5月31日
    090
  • crash命令 —— ascii

    参考:https://crash-utility.github.io/help_pages/ascii.html 用法: 将一串16进制数转换为对应的ascii码: ascii &…

    技术杂谈 2023年5月30日
    092
  • 【证券从业】金融基础知识-第四章 股票01

    注1:后续学习并整理到第八章,全书完结后再合并成一个笔记进行源文件分享 注2:本章内容巨多,大约分为三篇文章记录消化 posted @2022-06-05 00:25 陈景中 阅读…

    技术杂谈 2023年7月10日
    075
  • R语言读取matlab中数据

    1. 在matlab中将数据保存到*.mat 文件夹 save("data.mat","data","label")#&…

    技术杂谈 2023年7月11日
    085
  • LightDB Enterprise Postgres常用数据字典入门一览

    查看当前数据库 postgres=# select current_database(); current_database -+——-+—————–…

    技术杂谈 2023年6月1日
    062
  • 异常

    spring框架中 获取bean时 1.NoUniqueBeanDefinitionException:没有一个唯一的bean被发现异常 原因:ioc中有多个类型匹配的bean 2…

    技术杂谈 2023年7月11日
    090
  • 如何成为一名优秀的博主(PPT)

    如何成为一名优秀的博主?这是一个问题。我一直到处建议别人写博客,写技术博客,但是还真没想过或总结过这个问题。上个星期微软”社区经营计划”讲解了微软内部关于撰…

    技术杂谈 2023年5月31日
    0105
  • FlinkSql之TableAPI详解

    Flink 的 Table API和 SQL是流批统一的 API。 这意味着 Table API & SQL 在无论有限的批式输入还是无限的流式输入下,都具有相同的语义。 …

    技术杂谈 2023年7月24日
    085
  • 8086汇编 程序编译

    8086汇编 程序编译 源程序到执行可执行文件的过程 ↓ 源程序文件.asm -> 目标文件.obj -> 连接 -> 可执行文件.exe -> 运行程序 …

    技术杂谈 2023年6月1日
    084
  • mysql中group by,having,order by,limit,distinct的用法和简单的的多表查询

    group:组 by:通过 group by :通过….。分组group by列名:通过指定列来分组 一般情况下在题目中出现 “每个” &#82…

    技术杂谈 2023年7月24日
    065
  • C语言大作业-学生信息管理系统

    xxxx信息管理系统 简介 因为大作业规定的踩分项就那么多,为了不浪费时间 + 得分,就写成这样。现在看看,命名不规范,书写风格糟糕,全塞在一个源代码中······ 不过,应付大作…

    技术杂谈 2023年7月10日
    066
  • IPV6折腾小计——(下)

    继上文一番相关知识整理后,便开始了ipv6折腾之旅。 电脑支持Ipv6 现在的路由器和光猫基本都支持ipv6,开启设置即可 开启ipv6后,便可以查看到ipv6的地址了: 此时可以…

    技术杂谈 2023年5月30日
    088
  • 时序攻击(timing attack)

    时序攻击属于侧信道攻击/旁路攻击(Side Channel Attack),侧信道攻击是指利用信道外的信息,比如加解密的速度/加解密时芯片引脚的电压/密文传输的流量和途径等进行攻击…

    技术杂谈 2023年5月31日
    055
  • 数据中台和数据仓库的区别?

    数据中台从某个意义来说属于数仓的一种,都是要把数据抽进来建立一个数据仓库。但是两者的 数据来源和 建立数仓的目标以及 数据应用的方向都存在很大差异。 首先,从数据来源来说,数据中台…

    技术杂谈 2023年6月21日
    0135
  • 网盘搜索

    404. 抱歉,您访问的资源不存在。 可能是网址有误,或者对应的内容被删除,或者处于私有状态。 代码改变世界,联系邮箱 contact@cnblogs.com 园子的商业化努力-困…

    技术杂谈 2023年5月31日
    092
  • 基于Cesium的数字地球三维可视化2

    业务合作可联系我们: www.freethtech.com 饮水思源,不忘初心。 要面包,也要有诗和远方。 posted on2022-05-08 15:39 3D入魔 阅读(38…

    技术杂谈 2023年5月31日
    091
亲爱的 Coder【最近整理,可免费获取】👉 最新必读书单  | 👏 面试题下载  | 🌎 免费的AI知识星球