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原文地址 | mRASP预训练模型
原文作者 | 角灰
估计大佬们最近不是在考试，就是在放假，所以都不在社区发文章了
没办法，只能在茫茫帖子里深挖，哎嘿，这不就是巧了嘛，还真的有一篇漏网之鱼!
废话少说，正片开始：
1.引言
最近在看机器翻译文献时，常常望卡兴叹，尤其是facebook是真的壕，训练25种语言的mBart就用256张卡训练了20天，更不用说是mBart50。偶然发现这篇字节的mRASP( Random Aligned Substitution Pre-training )模型号称只需要8卡一周，简直太香了！（还是跑不起啊orz）论文为：Pre-training Multilingual Neural Machine Translation by Leveraging Alignment Information,内容如下：
2.摘要：
本文想构建一个统一的机器翻译模型，在提供任意语言对的情况下，可以快速适应新语言。于是提出一种通用的多语言机器翻译预训练模型：mRASP(多语言随机对齐预训练) ，在32种语言上进行预训练（双语数据），然后在42个翻译方向上进行微调，结果证明在低、中、高乃至零资源翻译上都有非常大的提升。本文首次验证多语言模型能提升富资源语言的效果。
3.结论：
mRASP可以使跨语言的同义词在嵌入空间上接近，在低、中、高和零资源数据上证明了模型效性。通过分析实验，发现对齐信息确实能不同语言语义上的鸿沟，并提升性能。
未来工作是探索更多词对齐的方法，并在大规模数据上预训练进一步提升性能。
4.介绍：
1.本文认为预训练模型在nmt任务上的限制在于：
（1）预训练的bert不能直接微调到nmt，除非用些复杂的办法。
（2）预训练目标和下游任务（nmt）的训练目标有差异：如mass、mbart使用自编码器（降噪），和翻译任务不同，因此微调之后收益有限。
（3）现有的多语言预训练方法仅能提升中、低资源翻译，而非任意语料对，尤其是对富资源上效果没有显著提升。（想想看人类学会多种语言后再学其他语言应该会很快）
2.本文使用随机对齐替换使模型能弥合跨语言的鸿沟（见下），充分利用多语言知识，使得相同语义的语言在表征空间接近。mRASP在极端缺少平行语料（<10w），能达到22bleu。
3.提出了异国翻译的四种分类法：
（1）Exotic Pair：微调时的源语言和目标语言在预训练时各自单独出现过，但是没有成对训练；
（2）Exotic Source：微调时的源语言没有在预训练时出现，只预训练过目标语言；
（3）Exotic Target：微调时的目标语言没有在预训练时出现，只预训练过源语言；
（4）Exotic Full：微调的两端语言在预训练中都没出现过（巨难）；
4.贡献
（1）使用上亿对双语语料进行预训练，而不像其他模型一样用大量单语预训练。本文认为预训练和微调有一致的目标有利于nmt提升；
（2）提出RAS，能够弥合跨语言的语义空间;
（3）在42个方向上取得巨大提升，在预训练中源、目标语言都没有的极端情况（Exotic Full）取得14的bleu，在富语言en-fr上能进一步取得提升44.3bleu。
5.模型：
5.1.结构
采用transformer-large，编码器解码器各6层，嵌入维度1024，14个head，激活函数换为GeLU,并使用可学习的位置嵌入。
5.2.随机对齐替换
不多说，先上图：
源句是：“ I like singing and dancing”，目标句是：“J’adore chanter et danser <EOS>”
随机对齐替换就是无监督MUSE方法构建词典，然后随机替换掉源句种的“singing ”和“dancing”，编码器输入变为：“I like chanter and danser”，解码器的生成目标不变。
我们知道一个词的词义是由其上下文决定的，因此把“chanter ”放到和“singing”同样的语境下，他们在嵌入空间的距离就拉近了，从而达到跨语言语义相近的目的。
换成公式就是如下：
L={L1,…Lm}为预训练的语言集合，xi代表语言Li中的某个句子。Dij是平行语料，N是平行语料数。C是对齐函数，用于把源句中的单词替换为随机语言对应的词。在翻译方向为(xj,xi)时，目标函数使源语句xj在经随机替换后C(xj)条件下，得到翻译结果xi的概率最大，即最小化化负对数似然。
5.3.语言标识
为区分不同翻译对，在源和目标语句之前简单添加语言标识：
5.4.灵感来源：
最近的工作证明，跨语言模型预训练可能是一种更有效的方法来进行表征学习。然而
在预训练时，跨语言信息是从共享子词表获得的，有如下局限：
（1）共享词汇表非常系数，尤其是在不同的语言对上（形态上完全不一样，如英汉）
（2）即使是相同的子词，在不同语言中也可能表示不同意思。
（3）参数共享的方法缺乏明确的监督信号，来引导跨语言中相同意思词共享相同的语义空间
因此本文为了弥合跨语言语义的鸿沟，提出了RAS随机对齐替换的方法。
5.5 PC32（PARALLEL CORPUS 32)
收集了32个英文为中心的语言，64个翻译方向，统称为PC32,共包含197m平行语料
5.6 预训练细节
词汇表：
使用联合词汇表，用共享bpe，32k次合并操作。数据使用全部平行语料和额外的1m单语数据。并且为了平衡不同语言的词汇表大小，在最大语料量语言的基础上，对其他低资源语言进行过采样，使得每个token出现数超过20，最终子词词汇表大小是64808。
参数
Adam优化器，eps= 1e − 8, β2 = 0.98，warmup=4000步，预训练15w次。
RAS使用MUSE得到的English-X词典，取前1000个，用来随机替换源端的词，每个词有30%概率被替换。为解决一词多义，从候选词中随机选一个用来替换。
结果：
6. 微调结果
在富资源语言上效果明显：
在零资源语言上吊打直接训练。
7.个人总结
mRASP构建了一种通用机器翻译模型，能快速适应各种语言，且训练速度快，可以看出多语言机器翻译是大势所趋。不过本文使用的也是共享词汇表，在跨语系如中英时词汇表会很大很稀疏，使用类似通用词表嵌入的方法或许能在对不同语言词表解耦的同时，进一步拉近语义空间。
