Stanford / Winter 2020 CS224n A4,A5筆記

NMT 機(jī)器翻譯模型

在Assignment4,5中址愿,進(jìn)一步理解encoder-decoder模型亚亲,并且認(rèn)識到在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目之前蚜锨,要清楚的了解每一個(gè)輸入輸出的矩陣的維度氏堤。

A4 詞向量翻譯模型

詞向量輸入的模型為嵌入LSTM的encoder-decoder。如下圖所示搏明,這是在翻譯時(shí)鼠锈,某一時(shí)刻的狀態(tài):

將這些嵌入內(nèi)容饋送到雙向編碼器,從而為前向(→)和向后(←)LSTM生成隱藏狀態(tài)和單元狀態(tài)星著。

\mathbf{h}_{i}^{\mathrm{enc}}=[\overleftarrow{\mathbf{h}_{i}^{\mathrm{enc}}} ; \overrightarrow{\mathbf{h}_{i}^{\mathrm{ent}}}] \text { where } \mathbf{h}_{i}^{\mathrm{enc}} \in \mathbb{R}^{2 h \times 1}, \overleftarrow{\mathbf{h}_{i}^{\mathrm{enc}}}, \overrightarrow{\mathbf{h}_{i}^{\mathrm{enc}}} \in \mathbb{R}^{h \times 1}
\mathbf{c}_{i}^{\mathrm{enc}}=[\overleftarrow{\mathbf{c}_{i}^{\mathrm{enc}}} ; \overrightarrow{\mathbf{c}_{i}^{\mathrm{enc}}}] \text { where } \mathbf{c}_{i}^{\mathrm{enc}} \in \mathbb{R}^{2 h \times 1}, \overleftarrow{\mathbf{c}_{i}^{\mathrm{enc}}}, \overrightarrow{\mathbf{c}_{i}^{\mathrm{en}}} \in \mathbb{R}^{h \times 1}

使用編碼器的最終隱藏狀態(tài)和最終單元狀態(tài)的線性投影來初始化解碼器的第一個(gè)隱藏狀態(tài)h_{0}^{dec}和單元狀態(tài)c_{0}^{dec}购笆。

\begin{aligned} &\mathbf{h}_{0}^{ \mathrm{dec}}=\mathbf{W}_{h}[\overleftarrow{\mathbf{h}_{1}^{\mathrm{enc}}} ; \overrightarrow{\mathbf{h}_{m}^{\mathrm{enc}}}] \text { where } \mathbf{h}_{0}^{\mathrm{dec}} \in \mathbb{R}^{h \times 1}, \mathbf{W}_{h} \in \mathbb{R}^{h \times 2 h}\\ &\mathbf{c}_{0}^{\mathrm{dec}}=\mathbf{W}_{c}[\overleftarrow{\mathbf{c}_{1}^{\mathrm{enc}}} ; \overrightarrow{\mathbf{c}_{m}^{\mathrm{enc}}}] \text { where } \mathbf{c}_{0}^{\mathrm{dec}} \in \mathbb{R}^{h \times 1}, \mathbf{W}_{c} \in \mathbb{R}^{h \times 2 h} \end{aligned}

y_t與上一個(gè)時(shí)間步的組合輸出矢量o_{t-1}∈\mathbb{R}^{h×1}連接起來,以產(chǎn)生\overline{y_t}∈\mathbb{R}^{(e+h)×1}虚循。 請注意同欠,對于第一個(gè)目標(biāo)字(即開始標(biāo)記)样傍,o_0是零向量。 然后將\overline{y_t}作為輸入提供給解碼器铺遂。

\mathbf{h}_{t}^{\text {dec }}, \mathbf{c}_{t}^{\text {dec }}=\operatorname{Decoder}\left(\overline{\mathbf{y}_{t}}, \mathbf{h}_{t-1}^{\text {dec }}, \mathbf{c}_{t-1}^{\text {dec }}\right) \text { where } \mathbf{h}_{t}^{\text {dec }} \in \mathbb{R}^{h \times 1}, \mathbf{c}_{t}^{\text {dec }} \in \mathbb{R}^{h \times 1}

使用h_{t}^{dec}計(jì)算注意力層e_t \in \mathbb{R}^{m×1}

\mathbf{e}_{t, i}=\left(\mathbf{h}_{t}^{\text {dec }}\right)^{T} \mathbf{W}_{\text {attProj }} \mathbf{h}_{i}^{\text {enc }} \text { where } \mathbf{e}_{t} \in \mathbb{R}^{m \times 1}, \mathbf{W}_{\text {attProj }} \in \mathbb{R}^{h \times 2 h}
\begin{aligned} &\alpha_{t}=\operatorname{softmax} \left(\mathbf{e}_{t}\right) \text { where } \alpha_{t} \in \mathbb{R}^{m \times 1}\\ &\mathbf{a}_{t}=\sum_{i=1}^{m} \alpha_{t, i} \mathbf{h}_{i}^{\mathrm{enc}} \text { where } \mathbf{a}_{t} \in \mathbb{R}^{2 h \times 1} \end{aligned}

將注意輸出與解碼器隱藏狀態(tài)h^{dec}_t連接起來衫哥,并將其通過線性層tanhdropout以獲得組合輸出矢量o_t

\begin{array}{c} \mathbf{u}_{t}=\left[\mathbf{a}_{t} ; \mathbf{h}_{t}^{\mathrm{dec}}\right] \text { where} \mathbf{u}_{t} \in \mathbb{R}^{3 h \times 1} \\ \mathbf{v}_{t}=\mathbf{W}_{u} \mathbf{u}_{t} \text { where } \mathbf{v}_{t} \in \mathbb{R}^{h \times 1}, \mathbf{W}_{u} \in \mathbb{R}^{h \times 3 h} \\ \mathbf{o}_{t}=\operatorname{dropout}\left(\tanh \left(\mathbf{v}_{t}\right)\right) \text { where } \mathbf{o}_{t} \in \mathbb{R}^{h \times 1} \end{array}

然后襟锐,在第t個(gè)時(shí)間步生成目標(biāo)詞的概率分布P_t

\mathbf{P}_{t}=\operatorname{softmax}\left(\mathbf{W}_{\text {vocab }} \mathbf{o}_{t}\right) \text { where } \mathbf{P}_{t} \in \mathbb{R}^{V_{t} \times 1}, \mathbf{W}_{\text {vocab }} \in \mathbb{R}^{V_{t} \times h}

最后撤逢,為了訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),計(jì)算P_tg_t之間的softmax交叉熵?fù)p失粮坞,其中g_t是目標(biāo)單詞在時(shí)間步t處的一熱向量:

J_{t}(\theta)=\text { CrossEntropy }\left(\mathbf{P}_{t}, \mathbf{g}_{t}\right)

A5 字符型翻譯模型

首先通過CNN卷積得到輸入的特征向量蚊荣,然后將其作為特征詞向量輸入到模型中。


其他步驟和詞模型一樣莫杈,只不過提取的特征是具有字符特征的互例,當(dāng)預(yù)測出<UNK>字符時(shí),啟動簡單的LSTM預(yù)測結(jié)構(gòu)筝闹,進(jìn)行輸出詞的生成媳叨。

\mathbf{h}_{t}, \mathbf{c}_{t}=\text { CharDecoderLSTM }\left(\mathbf{x}_{t}, \mathbf{h}_{t-1}, \mathbf{c}_{t-1}\right) \text { where } \mathbf{h}_{t}, \mathbf{c}_{t} \in \mathbb{R}^{h}
\mathbf{s}_{t}=\mathbf{W}_{\mathrm{dec}} \mathbf{h}_{t}+\mathbf_{\mathrm{dec}} \in \mathbb{R}^{V_{\text {char }}}
\begin{aligned} \mathbf{p}_{t} &=\operatorname{softmax}\left(\mathbf{s}_{t}\right) \in \mathbb{R}^{V_{\text {char }}} \quad \forall t \in\{1, \ldots, n\} \\ \text { loss_char_dec } &=-\sum_{t=1}^{n} \log \mathbf{p}_{t}\left(x_{t+1}\right) \in \mathbb{R} \end{aligned}

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