FLAT的一种改进方案

许久没有更新，今天来水一篇之前在arXiv上看到的论文，这篇NFLAT是对FLAT的改进（其实也是对TENER的改进），FLAT在文本后面挂单词的方式可能会导致文本长度过长，论文中讲长度平均会增加40%，从而导致：

self-attention的时候计算量和显存占用量增大，限制了FLAT对更大更复杂的词表的使用；

有一些冗余计算，比如“word-word”和“word-character”级别的self attention是没有必要做的，因为在FLAT中word部分在解码的时候会被mask掉（如下图），不参与后续计算，所以只需要"character-character"和“character-word”级别的self-attention。

FLAT中word部分在解码的时候会被MASK掉

其实讲到这里，相信读者们也看出来了，改进思路已经比较明显了：既然只要"character-character"和“character-word”级别的self-attention，那么就拆开搞，「不要把word往句子后面拼了，而是character有一个序列（原始文本序列），word有一个序列（原始文本序列在外部词表中匹配出来的单词序列）」：

先进行“character-word”的attention，获得融合了word边界和语义信息的character表征——论文中称这部分叫「InterFormer」；

再做"character-character"级别的self-attention，获取最终character表征——「Transformer Encoder」，论文这部分用的TENER对Transformer Encoder的改动，所以其实这篇论文也是对TENER的改进方案，「是TENER+外部词典的解决方案」。

Linear Project + CRF

模型分为上面所说的三个模块，接下来我们一个一个介绍。

模型

NFLAT模型结构

1. InterFormer

其实就是Transformer Encoder的改进版，InterFormer包含多头inter-attention和一个FFN，目的是构建non-flat-lattice，可以同时对character和word两个不同长度的序列进行建模，让他们交互，从而获得融合了word边界和语义信息的character表征。

对Transformer Encoder的改进主要是：

「attention中query/key/value不再同源」，也就不再是self-attention，「character序列作为query的输入，word序列作为key和value的输入」。这样的话attention在character序列中每个字上的输出就是word序列中与这个字相关的word表征（value）的加权求和的结果。

他们在word序列中加入了一个标记，这样的话，如果character序列中的某个character与单词序列没啥关系的时候，总不至于强行加权求和，论文的分析部分表示这个还是有用的，但论文没有做消融实验，这里我就不列了，感兴趣可以去看一下原文。

「参考了TransformerXL和FLAT中的相对位置编码部分，同时做了一些改动」。

下面直接列公式了：

输入：character序列embedding ，word序列embedding。

获取QKV表征:

计算Inter-Attention

是attention中常规操作，就是对序列中padding部分的score赋一个很小的值，让softmax后结果为0的；

的计算方法参考了TransformerXL，只是相对距离的表征的计算方式不太一样，是参考FLAT，但也做了一些改动，FLAT中计算了四种位置距离表征：head-head, head-tail, tail-head, tail-tail，但这里只有两种位置距离：character head - word head ()和 character tail - word tail ()。

同样这个Inter-attention也可以做成multi-head attention的方式：

然后是FFN、残差连接、PostNorm

通过上面的这一系列操作，我们就获得了“「融合了word边界和语义信息的character表征」”。

2. Transformer Encoder

然后进行"character-character"级别的上下文编码，用TENER中改造的Transformer Encoder，也就是两部分改动：

Un-scaled Dot-Product Attention，TENER中发现不进行scale的attention比进行了scale的在NER上的效果要好；

使用了对方向和距离敏感的相对位置编码，其实和上面Inter-attention中相对位置编码差不多，就是就只有query位置-value位置。

所以NFLAT其实就是在TENER前面加了一个模块。

3. 最后就是CRF层

实验结果

数据：

数据集

外部词表：

外部词表他们主要采用了：https://github.com/jiesutd/RichWordSegmentor

结果：

如下图，可以看到，NFLAT在4个数据集上效果都还挺好的，达到了SOTA。

实验结果

效率分析

时间复杂度：

n是character序列长度，m是word序列的长度，一般n越长，m越长，所以看复杂度的话NFLAT还是降低了许多了，作者们还做了相关的实验，每种长度挑选1000个句子，用batch_size=1计算跑完1k条句子的时间(3090的卡)，发现句子长度大于400的时候，NFLAT与FLAT的速度才会有差距。

运行时间对比

FLAT：

NFLAT：

空间复杂度：

显存占用还是有明显差别的：

显存占用对比

FLAT：O((n+m)^{2})

NFLAT:

差不多，这篇论文就到这里吧。

审核编辑：彭静