達(dá)摩院SPACE大模型：知識(shí)注入與知識(shí)利用（1）

以下文章來(lái)源于DataFunTalk ，作者李永彬

本文主要針對(duì)兩個(gè)主題：知識(shí)注入和知識(shí)利用，講解該模型的創(chuàng)新點(diǎn)與改進(jìn)。

今天的介紹會(huì)圍繞下面四點(diǎn)展開(kāi)：

• 預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型 VS 預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型

• “無(wú)知識(shí)不對(duì)話(huà)”：知識(shí)是對(duì)話(huà)的基礎(chǔ)

• 半監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練：一種新的知識(shí)注入方式

• Proton：預(yù)訓(xùn)練模型中知識(shí)利用的探索

01、預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型 VS 預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型

 1. 大規(guī)模語(yǔ)言模型

過(guò)去幾年 NLP 領(lǐng)域的重大進(jìn)展，主要是大型預(yù)訓(xùn)練模型出現(xiàn)與大規(guī)模使用。預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多變種。但是，本質(zhì)上都還是語(yǔ)言模型，如上圖右邊的流程圖所示，輸入基本上為網(wǎng)絡(luò)上的自由文本，模型基本上都是 Transformer 結(jié)構(gòu)，優(yōu)化的目標(biāo)基本上都是 MLM（掩碼語(yǔ)言模型）。

預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型對(duì)整個(gè) NLP 領(lǐng)域帶來(lái)巨大進(jìn)步，到了對(duì)話(huà)領(lǐng)域之后，可以進(jìn)一步的提取對(duì)話(huà)領(lǐng)域更為獨(dú)特的特征。如上圖所示，左側(cè)的網(wǎng)絡(luò)上的自由文本為大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型所需要的語(yǔ)料，右側(cè)的表示對(duì)話(huà)的語(yǔ)料，直觀上看，已經(jīng)有很大的不同。

對(duì)話(huà)是對(duì)語(yǔ)言的高級(jí)應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

①口語(yǔ)化，表述隨意，不一定符合語(yǔ)法、句子不完整、噪音較多、有很多 ASR 錯(cuò)誤。

②分角色多輪次，至少兩個(gè)參與主體，輪次間存在省略、指代、狀態(tài)繼承、狀態(tài)遺忘等。

③垂直知識(shí)約束，每個(gè)對(duì)話(huà)任務(wù)有自己的知識(shí)約束，模型需要針對(duì)性地利用起來(lái)。

④深層語(yǔ)義理解，需要深入理解語(yǔ)言，Intent-Slots/ 邏輯推理等等。

⑤講究對(duì)話(huà)策略，為完成特定任務(wù)目標(biāo)，需要知道應(yīng)該怎么說(shuō)。

 2. 預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型 VS 預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型

基于對(duì)話(huà)數(shù)據(jù)獨(dú)有的特點(diǎn)，在預(yù)訓(xùn)練模型的基礎(chǔ)上，發(fā)展出獨(dú)特的預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型。如上圖左側(cè)表示的預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型，其優(yōu)化的目標(biāo)是回答什么樣的句子更像自然語(yǔ)言；而上圖右側(cè)表示的是預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型，從端到端的角度看，其優(yōu)化的目標(biāo)是需要回答給定對(duì)話(huà)歷史，什么樣的回復(fù)更合理。這就是預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型與預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型的一個(gè)很大的不同點(diǎn)。

3. 預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型進(jìn)展

對(duì)話(huà)主要分三塊：對(duì)話(huà)理解、對(duì)話(huà)策略、對(duì)話(huà)生成。2021 年初，預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型已經(jīng)有了較多發(fā)展。如下圖所示，對(duì)話(huà)理解領(lǐng)域，2019 年 PolyAI 提出了 ConveRT 模型、2020 年 Salesforce 提出了 TOD-BERT 模型、2021 年 JingDong 提出了 DialogBERT 模型。

面向理解的預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型的出現(xiàn)，對(duì)于對(duì)話(huà)理解方面，相對(duì)于預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型，帶來(lái)了巨大的提升，如上圖所示，EMNLP2020 上的一篇文章（Probing Task-Oriented Dialogue Representation from Language Models）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型和預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型相比，在對(duì)話(huà)理解任務(wù)上，可以提升 10% 以上的效果；在表征學(xué)習(xí)上，也能學(xué)到更好的表示，有更好的聚類(lèi)效果。這一點(diǎn)可以通俗的理解，因?yàn)楫?dāng)前的預(yù)訓(xùn)練模型（包含語(yǔ)言與對(duì)話(huà)模型）本質(zhì)上是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)出來(lái)的，那么，對(duì)話(huà)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的預(yù)訓(xùn)練模型，自然比從自由文本上訓(xùn)練出來(lái)的模型在對(duì)話(huà)領(lǐng)域更具表現(xiàn)力。

除了對(duì)話(huà)理解以外，還有一塊是對(duì)話(huà)生成領(lǐng)域。

2019 年 Microsoft 提出了 DialoGPT、2020 年 Google 提出的 Meena、2020 年 Facebook 提出的 Blender、2021 年 Baidu 提出的 PLATO-2 等，這些模型的出現(xiàn)的話(huà)，對(duì)對(duì)話(huà)生成方面的質(zhì)量也帶來(lái)了很大的提升。如下圖所示，F(xiàn)acebook的Blender模型，從 2018 年到 2020 年，在 A/B Test 勝率從 23% 提升到了 49%。

以上是對(duì)整個(gè)預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型的簡(jiǎn)單介紹，對(duì)理解本文提出的模型有很大的幫助。總體上，預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型的出現(xiàn)，大幅度提升了 NLP 所有任務(wù)的效果，而基于預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型的預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型，進(jìn)一步提升了對(duì)話(huà)領(lǐng)域的 NLP 任務(wù)的效果。所以，基于預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型的智能對(duì)話(huà)已經(jīng)成為一個(gè)基座模型。

02、“無(wú)知識(shí)不對(duì)話(huà)”：知識(shí)是對(duì)話(huà)的基礎(chǔ)

對(duì)話(huà)還有一個(gè)非常大的特點(diǎn)，就是強(qiáng)依賴(lài)于知識(shí)。換而言之，知識(shí)是對(duì)話(huà)的基礎(chǔ)。

由上圖的對(duì)話(huà)體系架構(gòu)可以看出，上層的主流對(duì)話(huà)引擎，比如多輪對(duì)話(huà)、圖譜問(wèn)答、表格問(wèn)答、QA問(wèn)答、文檔問(wèn)答、閑聊（Chit-chat）等，其劃分的依據(jù)就是底層知識(shí)的不同。舉例而言，多輪對(duì)話(huà)引擎，主要是基于對(duì)話(huà)流程圖；圖譜問(wèn)答，依賴(lài)于知識(shí)圖譜的知識(shí)等。除了這些顯著的知識(shí)，想要做好智能對(duì)話(huà)，還需要一些其他的知識(shí)，比如人類(lèi)標(biāo)注知識(shí)、世界知識(shí)、各種常識(shí)等。

這里以一個(gè)辦理汽車(chē)保險(xiǎn)的任務(wù)為參考案例。這個(gè)任務(wù)是一個(gè)流程類(lèi)的任務(wù)，即辦理一個(gè)保險(xiǎn)是有步驟，有流程的。首先，校驗(yàn)個(gè)人和證件信息，包括身份證、駕駛證、行駛證等；然后開(kāi)始驗(yàn)車(chē)，生成驗(yàn)車(chē)結(jié)果：如果驗(yàn)車(chē)結(jié)果不通過(guò)，則告知驗(yàn)車(chē)不合格原因，流程結(jié)束，結(jié)果為不能辦理汽車(chē)保險(xiǎn)；如果驗(yàn)車(chē)結(jié)果通過(guò)，則進(jìn)行后續(xù)步驟，填寫(xiě)保單，包括車(chē)險(xiǎn)險(xiǎn)種、被保險(xiǎn)人信息等，然后交保險(xiǎn)費(fèi)，并獲得保險(xiǎn)存根。

這是一個(gè)典型的流程類(lèi)任務(wù)，需要通過(guò)任務(wù)型對(duì)話(huà)進(jìn)行處理。流程類(lèi)知識(shí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，大多是情況下，任務(wù)的順序是不可變的。比如，不能先做第三步，再做第一步，這樣整個(gè)流程是不對(duì)的，執(zhí)行不下去的。流程類(lèi)知識(shí)的第二個(gè)特點(diǎn)就是，流程類(lèi)知識(shí)打開(kāi)每一步看的話(huà)，又包含了很多其他的知識(shí)。比如第一步，要校驗(yàn)個(gè)人和證件信息，比如姓名，對(duì)于中國(guó)人，基本上都是漢字，而且字?jǐn)?shù)都在 2-10 個(gè)字以?xún)?nèi)，這些屬于世界知識(shí)或基本常識(shí)，以及身份證號(hào)，大陸身份證都是 18 位的等，都是世界知識(shí)里面的范疇。而且，為了訓(xùn)練出一個(gè)可用的任務(wù)型對(duì)話(huà)，需要一定量的標(biāo)注數(shù)據(jù)，而這些標(biāo)注的數(shù)據(jù)，蘊(yùn)含了人類(lèi)的知識(shí)。比如意圖、類(lèi)別，以及情感等的標(biāo)注，都是將人類(lèi)的知識(shí)，顯式的寫(xiě)在了數(shù)據(jù)上，從而形成新的知識(shí)。綜上所述，整個(gè)對(duì)話(huà)都是圍繞知識(shí)展開(kāi)的，無(wú)知識(shí)，不對(duì)話(huà)。

前面做了基本的引入和介紹，一方面，針對(duì)智能對(duì)話(huà)，預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型已經(jīng)成為基礎(chǔ)模型；另一方面，對(duì)于整個(gè)對(duì)話(huà)系統(tǒng)來(lái)講，都是圍繞著知識(shí)展開(kāi)的。所以，我們（達(dá)摩院 Conversational AI 團(tuán)隊(duì)）過(guò)去一段時(shí)間的研究和探索，都是圍繞著這兩點(diǎn)展開(kāi)。主要的思路是將知識(shí)和預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型結(jié)合起來(lái)。具體來(lái)看，如上圖所示，將任務(wù)拆成兩個(gè)子任務(wù)：一個(gè)子任務(wù)是我們?nèi)绾伟阎R(shí)注入到預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型，讓模型有更好的知識(shí)容量；另一個(gè)子任務(wù)，在應(yīng)用方面，將在預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型中學(xué)到的大量的知識(shí)，顯式地抽取出來(lái)，和下游任務(wù)更好的結(jié)合和使用。圍繞這兩個(gè)方面，本文將重點(diǎn)分享一些探索性的工作。

03、半監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練：一種新的知識(shí)注入方式

 1. 標(biāo)注知識(shí)

第一部分主要關(guān)于知識(shí)注入。如何將知識(shí)注入到模型中，本文提出一種新的方式，半監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練方式。

首先回顧一下知識(shí)。知識(shí)中有一種非常重要——標(biāo)注知識(shí)。離開(kāi)標(biāo)注知識(shí)，很難將 NLP 任務(wù)做好。在人工標(biāo)注的知識(shí)中，包含大量任務(wù)相關(guān)的知識(shí)。示意圖分類(lèi)、意圖匹配、實(shí)體識(shí)別、對(duì)話(huà)策略、情感等，這些標(biāo)簽數(shù)據(jù)，都是將人類(lèi)的知識(shí)，顯式地表現(xiàn)在數(shù)據(jù)上。人工標(biāo)注的知識(shí)有如下特點(diǎn)：

第一，對(duì)提升具體任務(wù)效果至關(guān)重要，雖然現(xiàn)在 Few-Shot 等小數(shù)據(jù)量標(biāo)注很熱門(mén)，但是，這種不需要標(biāo)注數(shù)據(jù)或者少量標(biāo)注數(shù)據(jù)的模型，尚未滿(mǎn)足業(yè)務(wù)上線(xiàn)的要求，所以，標(biāo)注數(shù)據(jù)對(duì)于提升任務(wù)作用非常大；

第二， 任務(wù)相關(guān)，數(shù)據(jù)分散。即在A任務(wù)上標(biāo)注的數(shù)據(jù)，在 B 任務(wù)上并不能使用，需要重新標(biāo)注；

第三，總量較小。相對(duì)于無(wú)監(jiān)督數(shù)據(jù)往往幾千萬(wàn)，幾億條，有標(biāo)注的數(shù)據(jù)，可能只有幾百條、幾千條等。

如何將這些分散的標(biāo)注數(shù)據(jù)，匯總到一塊，將其中蘊(yùn)含的知識(shí)，注入到預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型，提高模型的能力？本文即針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究和探索。如果可以實(shí)現(xiàn)這樣的操作，即可實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，將在A任務(wù)標(biāo)注的數(shù)據(jù)的知識(shí)，用到B任務(wù)上，從而提升B任務(wù)的效果。好處如下：第一，解決冷啟動(dòng)問(wèn)題；第二，在達(dá)到相同準(zhǔn)確率的情況下，需要的標(biāo)注數(shù)據(jù)更少。

首先，回顧一下預(yù)訓(xùn)練模型的發(fā)展。預(yù)訓(xùn)練模型在圖像領(lǐng)域首先使用，而且是基于有監(jiān)督的數(shù)據(jù)。而當(dāng) Bert 等預(yù)訓(xùn)練模型提出后，開(kāi)始從大量的無(wú)監(jiān)督數(shù)據(jù)中進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，即通過(guò)自監(jiān)督學(xué)習(xí)。預(yù)訓(xùn)練模型以前有兩種手段：一個(gè)是對(duì)有監(jiān)督數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督學(xué)習(xí)；另一個(gè)是對(duì)無(wú)監(jiān)督數(shù)據(jù)進(jìn)行自監(jiān)督學(xué)習(xí)。今天面對(duì)的任務(wù)是大量的無(wú)監(jiān)督數(shù)據(jù)和小量的有監(jiān)督數(shù)據(jù)，我們提出了半監(jiān)督學(xué)習(xí)，通過(guò)半監(jiān)督的方式，將有監(jiān)督數(shù)據(jù)和無(wú)監(jiān)督數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，如上圖所示，我們提出了一個(gè) SPACE（Semi-supervised Pre-trAined Conversation ModEl）模型。

半監(jiān)督的概念已將發(fā)展很多年了，這里提出的半監(jiān)督方式和以前的半監(jiān)督方式是有所不同的，主要區(qū)別在于：過(guò)去，半監(jiān)督將半監(jiān)督和有監(jiān)督結(jié)合一起，用于降低知識(shí)標(biāo)注成本；現(xiàn)在，我們主要是半監(jiān)督和自監(jiān)督結(jié)合，向預(yù)訓(xùn)練模型注入知識(shí)。

 2. 預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型發(fā)展

基于我們提出的半監(jiān)督模型的理念和框架，再來(lái)看一下預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型的進(jìn)展。如何將半監(jiān)督的思想融入到預(yù)訓(xùn)練對(duì)話(huà)模型，在一個(gè)具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和落地。由上圖可以知道，圍繞著對(duì)話(huà)理解和對(duì)話(huà)生成，有很多機(jī)構(gòu)做了很多的模型，但是對(duì)于對(duì)話(huà)策略做的非常少，基本上沒(méi)有相關(guān)研究。但是，對(duì)話(huà)策略非常的關(guān)鍵和重要。

那么，什么是對(duì)話(huà)策略？在對(duì)話(huà)理解和對(duì)話(huà)生成之間，存在著對(duì)話(huà)策略。對(duì)話(huà)策略就是根據(jù)對(duì)話(huà)理解的結(jié)果，以及結(jié)合歷史的狀態(tài)，來(lái)決定如何回復(fù)下一句話(huà)。

舉例而言，兩個(gè)人 A 和 B，在對(duì)話(huà)過(guò)程中，A 不斷地說(shuō)，B 可以一直回復(fù)，嗯，好的，對(duì)對(duì)。這就是一種對(duì)話(huà)策略，B的策略表示我在聽(tīng)，我聽(tīng)懂了。還有一種策略，B 在聽(tīng)的過(guò)程中，有部分聽(tīng)不懂，需要反問(wèn)其中某個(gè)點(diǎn)等；以及對(duì)于 A 說(shuō)的某些地方有些疑問(wèn)，進(jìn)行澄清等，也是一種策略。所以，對(duì)話(huà)策略是保證一段對(duì)話(huà)可以順利進(jìn)行很關(guān)鍵的一步。

學(xué)術(shù)界對(duì)對(duì)話(huà)策略的定義是 DA（Dialog act），由上圖所示，在不同時(shí)間，DA 的定義與名稱(chēng)不盡相同，整個(gè)對(duì)話(huà)策略雖然發(fā)展了很多年，但是存在復(fù)雜和不一致等缺點(diǎn)。導(dǎo)致今天應(yīng)用起來(lái)比較麻煩。