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6304d12e · 孟霞 · 4abb9223 · 6304d12e
Commit 6304d12e authored Jan 02, 2021 by 孟霞
--- a/Chapter14/chapter14.tex
+++ b/Chapter14/chapter14.tex
@@ -60,7 +60,7 @@
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 \end{itemize}
-\parinterval 预测模块是由模型决定的，而搜索模块可以与模型无关。也就是说，不同的模型可以共享同一个搜索模块完成推断。比如，对于基于循环神经网络的模型，预测模块需要读入前一个状态的信息和前一个位置的译文单词，然后预测当前位置单词的概率分布；对于Transformer，预测模块需要对前面的所有位置做注意力运算，之后预测当前位置的单词概率分布。不过，这两个模型都可以使用同一个搜索模块。图\ref{fig:14-1}给出了这种架构的示意图。
+\parinterval 预测模块是由模型决定的，而搜索模块可以与模型无关。也就是说，不同的模型可以共享同一个搜索模块完成推断。比如，对于基于循环神经网络的模型，预测模块需要读入前一个状态的信息和前一个位置的译文单词，然后预测当前位置单词的概率分布；对于Transformer，预测模块需要对前面的所有位置做注意力运算，之后预测当前位置单词的概率分布。不过，这两个模型都可以使用同一个搜索模块。图\ref{fig:14-1}给出了这种架构的示意图。
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 \begin{figure}[htp]
@@ -73,13 +73,13 @@
 \parinterval 这是一个非常通用的框架，同样适用基于统计的机器翻译模型。因此，神经机器翻译推断中的很多问题与统计机器翻译是一致的，比如：束搜索的宽度、解码终止条件等等。
-\parinterval 一般来说，机器翻译推断系统的设计要考虑三个因素：搜索的准确性、搜索的时延、搜索所需要的存储。通常，准确性是研究人员最关心的问题，比如可以通过增大搜索空间来找到模型得分更高的结果。而搜索的时延和存储消耗是实践中必须要考虑的问题，比如可以设计合理的搜索终止条件降低搜索时延。
+\parinterval 一般来说，机器翻译推断系统的设计要考虑三个因素：搜索的准确性、搜索的时延、搜索所需要的存储。通常，准确性是研究人员最关心的问题，比如可以通过增大搜索空间来找到模型得分更高的结果。而搜索的时延和存储消耗是实践中必须要考虑的问题，因此可以设计合理的搜索终止条件降低搜索时延。
 \parinterval 虽然，上述问题在统计机器翻译中都有讨论，但是在神经机器翻译中又面临着新的挑战。
 \begin{itemize}
 \vspace{0.5em}
-\item 搜索的基本问题在神经机器翻译中有着特殊的现象。比如，在统计机器翻译中，降低搜索错误是提升翻译效果的一种手段。但是神经机器翻译中，简单的降低搜索错误可能无法带来性能的提升，甚至会造成翻译品质的下降\upcite{li-etal-2018-simple,Stahlberg2019OnNS}；
+\item 搜索的基本问题在神经机器翻译中有着特殊的现象。比如，在统计机器翻译中，降低搜索错误是提升翻译品质的一种手段。但是神经机器翻译中，简单的降低搜索错误可能无法带来性能的提升，甚至会造成翻译品质的下降\upcite{li-etal-2018-simple,Stahlberg2019OnNS}；
 \vspace{0.5em}
 \item 搜索的时延很高，系统实际部署的成本很高。与统计机器翻译系统不同的是，神经机器翻译依赖大量的浮点运算。这导致神经机器翻译系统的推断会比统计机器翻译系统慢很多。虽然可以使用GPU来加快神经机器翻译的推断速度，但是也大大增加了成本；
 \vspace{0.5em}
@@ -87,7 +87,7 @@
 \vspace{0.5em}
 \end{itemize}
-\parinterval 研究人员也针对以上问题开展了大量的研究工作。在\ref{sec:14-2}节中，本章会对神经机器翻译推断中所涉及的一些基本问题进行讨论。虽然这些问题在统计机器翻译中均有涉及，但是在神经机器翻译中却有着不同的现象和解决思路。在\ref{sec:14-3}-\ref{sec:14-5}节中，会针对如何改进神经机器翻译推断效率和怎样进行多模型融合这两个问题展开讨论。
+\parinterval 研究人员也针对以上问题开展了大量的研究工作。在\ref{sec:14-2}节中，会对神经机器翻译推断中所涉及的一些基本问题进行讨论。虽然这些问题在统计机器翻译中均有涉及，但是在神经机器翻译中却有着不同的现象和解决思路。在\ref{sec:14-3}-\ref{sec:14-5}节中，会针对如何改进神经机器翻译推断效率和怎样进行多模型融合这两个问题展开讨论。
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 %    NEW SECTION
@@ -124,7 +124,7 @@
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 \item {\small\sffamily\bfseries{重排序}}\index{重排序}（Reranking）\index{Reranking}。可以用一个基础模型（比如自左向右的模型）得到每个源语言句子的$n$-best翻译结果，之后同时用基础模型的得分和自右向左模型的得分对$n$-best翻译结果进行重排序\upcite{Liu2016AgreementOT,DBLP:conf/wmt/SennrichHB16,DBLP:conf/wmt/LiLXLLLWZXWFCLL19}。也有研究人员利用最小贝叶斯风险的方法进行重排序\upcite{Stahlberg2018TheUO}。由于这类方法不会改变基础模型的翻译过程，因此相对“安全”，不会对系统性能造成副作用。
 \vspace{0.5em}
-\item {\small\sffamily\bfseries{双向推断}}\index{双向推断}（Bidirectional Inference）\index{Bidirectional Inference}。除了自左向右推断和自右向左推断，另一种方法让自左向右和自右向左模型同步进行，也就是同时考虑译文左侧和右侧的文字信息\upcite{DBLP:conf/aaai/ZhangSQLJW18,Zhou2019SynchronousBN,DBLP:conf/aaai/ZhangSQLJW18}。例如，可以同时对左边和右边生成的译文进行注意力计算，得到当前位置的单词预测结果。这种方法能够更加充分地融合双向翻译的优势。
+\item {\small\sffamily\bfseries{双向推断}}\index{双向推断}（Bidirectional Inference）\index{Bidirectional Inference}。除了自左向右推断和自右向左推断，另一种方法让自左向右和自右向左模型同步进行，也就是同时考虑译文左侧和右侧的文字信息\upcite{DBLP:conf/aaai/ZhangSQLJW18,Zhou2019SynchronousBN,DBLP:conf/aaai/ZhangSQLJW18}。例如，可以同时对左侧和右侧生成的译文进行注意力计算，得到当前位置的单词预测结果。这种方法能够更加充分地融合双向翻译的优势。
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 \item {\small\sffamily\bfseries{多阶段推断}}\index{多阶段推断}（Multi-stage Inference）\index{Multi-stage Inference}。在第一阶段，通过一个基础模型生成一个初步的翻译结果。在第二阶段，同时使用第一阶段生成的翻译结果和源语言句子，进一步生成更好的译文\upcite{Li2017EnhancedNM,ElMaghraby2018EnhancingTF,Geng2018AdaptiveMD}。由于第一阶段的结果已经包含了完整的译文信息，因此在第二阶段中，系统实际上已经同时使用了整个译文串的两端信息。上述过程可以扩展为迭代式的译文生成方法，配合掩码等技术，可以在生成每个译文单词时，同时考虑左右两端的上下文信息\upcite{Lee2018DeterministicNN,Gu2019LevenshteinT,Guo2020JointlyMS}。
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@@ -140,7 +140,7 @@
 \subsection{译文长度控制}
-\parinterval 机器翻译推断的一个特点是译文长度需要额外的机制进行控制\upcite{Kikuchi2016ControllingOL,Takase2019PositionalET,Murray2018CorrectingLB,Sountsov2016LengthBI}。这是因为机器翻译在建模时仅考虑了将训练样本（即标准答案）上的损失最小化，但是推断的时候会看到从未见过的样本，而且这些未见样本占据了样本空间的绝大多数。这时，模型会产生偏置，即模型仅仅能够对见过的样本进行准确建模，而对于未见样本的建模并不准确。该问题导致的一个现象是：直接使用训练好的模型会翻译出长度短得离谱的译文。神经机器翻译模型使用单词概率的乘积表示整个句子的翻译概率，它天然就倾向生成短译文，因为概率为大于0小于1的常数，短译文会使用更少的概率因式相乘，倾向于得到更高的句子得分，而模型只关心每个目标语位置是否被正确预测，对于译文长度没有考虑。译文长度不合理的问题也出现在统计机器翻译模型中，当时的策略是在推断过程中引入译文长度控制机制\upcite{Koehn2007Moses}。神经机器翻译也借用了类似的思想来控制译文长度，有以下几种方法：
+\parinterval 机器翻译推断的一个特点是译文长度需要额外的机制进行控制\upcite{Kikuchi2016ControllingOL,Takase2019PositionalET,Murray2018CorrectingLB,Sountsov2016LengthBI}。这是因为机器翻译在建模时仅考虑了将训练样本（即标准答案）上的损失最小化，但是推断的时候会看到从未见过的样本，而且这些未见样本占据了样本空间的绝大多数。这时，模型会产生偏置，即模型仅仅能够对见过的样本进行准确建模，而对于未见样本的建模并不准确。该问题导致的一个现象是：直接使用训练好的模型会翻译出长度短得离谱的译文。神经机器翻译模型使用单词概率的乘积表示整个句子的翻译概率，它天然就倾向生成短译文，因为概率为大于0小于1的常数，短译文会使用更少的概率因式相乘，倾向于得到更高的句子得分，而模型只关心每个目标语言位置是否被正确预测，对于译文长度没有考虑。译文长度不合理的问题也出现在统计机器翻译模型中，当时的策略是在推断过程中引入译文长度控制机制\upcite{Koehn2007Moses}。神经机器翻译也借用了类似的思想来控制译文长度，有以下几种方法：
 \begin{itemize}
 \vspace{0.5em}
@@ -151,7 +151,7 @@
 \label{eq:14-12}
 \end{eqnarray}
-其中$\vert\seq{y}\vert$表示译文长度，通常$\textrm{lp}(\seq{y})$随$\vert\seq{y}\vert$的增大而增大，因此这种方式相当于对$\log \funp{P}(\seq{y}\vert\seq{x})$按长度进行归一化\upcite{Jean2015MontrealNM}。$\textrm{lp}(\seq{y})$的定义方式有很多，表\ref{tab:14-1}列出了一些常用的形式，其中$\alpha$是需要人为设置的参数。
+通常$\textrm{lp}(\seq{y})$随$\vert\seq{y}\vert$的增大而增大，（其中$\vert\seq{y}\vert$表示译文长度），因此这种方式相当于对$\log \funp{P}(\seq{y}\vert\seq{x})$按长度进行归一化\upcite{Jean2015MontrealNM}。$\textrm{lp}(\seq{y})$的定义方式有很多，表\ref{tab:14-1}列出了一些常用的形式，其中$\alpha$是需要人为设置的参数。
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 \begin{table}[htp]
@@ -246,7 +246,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \parinterval 机器翻译的错误分为两类：搜索错误和模型错误。搜索错误是指由于搜索算法的限制，即使潜在的搜索空间中有更好的解，模型也无法找到。比较典型的例子是，在对搜索结果进行剪枝的时候，如果剪枝过多，找到的结果很有可能不是最优的。这时就出现了搜索错误。而模型错误则是指由于模型学习能力的限制，潜在的搜索空间过小而无法将最优解包含其中。
-\parinterval 在统计机器翻译中，搜索错误可以通过减少剪枝进行缓解。比较简单的方式是增加搜索束宽度，这往往会带来一定的性能提升\upcite{Xiao2016ALA}。也可以对搜索问题进行单独建模，以保证学习到的模型出现更少的搜索错误\upcite{Liu2014SearchAwareTF,Yu2013MaxViolationPA}。但是，在神经机器翻译中，这个问题却表现出不同的现象：在很多神经机器翻译系统中，随着搜索束的增大，系统的BLEU不升反降。图\ref{fig:14-3}展示了BLEU随束大小的变化曲线\footnote{为了使该图更加规整直观，横坐标处将束大小进行了取对数操作。}。这个现象与传统的常识是相违背的，因此也有一些研究尝试解释这个现象\upcite{Stahlberg2019OnNS,Niehues2017AnalyzingNM}。在实验中，研究人员也发现增加搜索束的大小会导致翻译生成的结果变得更短。他们将这个现象归因于：神经机器翻译的建模基于局部归一的最大似然估计，增加搜索束的大小，会导致更多的模型错误\upcite{Sountsov2016LengthBI,Murray2018CorrectingLB,StahlbergNeural}。因为此外，也有研究人员把这种翻译过短的现象归因于搜索错误\upcite{Stahlberg2019OnNS}。由于搜索时所面临的搜索空间是十分巨大的，因此搜索时可能无法找到模型定义的“最好”的译文。在某种意义上，这也体现了训练和推断不一致的问题。
+\parinterval 在统计机器翻译中，搜索错误可以通过减少剪枝进行缓解。比较简单的方式是增加搜索束宽度，这往往会带来一定的性能提升\upcite{Xiao2016ALA}。也可以对搜索问题进行单独建模，以保证学习到的模型出现更少的搜索错误\upcite{Liu2014SearchAwareTF,Yu2013MaxViolationPA}。但是，在神经机器翻译中，这个问题却表现出不同的现象：在很多神经机器翻译系统中，随着搜索束的增大，系统的BLEU不升反降。图\ref{fig:14-3}展示了BLEU随束大小的变化曲线\footnote{为了使该图更加规整直观，横坐标处将束大小进行了取对数操作。}。这个现象与传统的常识是相违背的，因此也有一些研究尝试解释这个现象\upcite{Stahlberg2019OnNS,Niehues2017AnalyzingNM}。在实验中，研究人员也发现增加搜索束的大小会导致翻译生成的结果变得更短。他们将这个现象归因于：神经机器翻译的建模基于局部归一的最大似然估计，增加搜索束的大小，会导致更多的模型错误\upcite{Sountsov2016LengthBI,Murray2018CorrectingLB,StahlbergNeural}。此外，也有研究人员把这种翻译过短的现象归因于搜索错误\upcite{Stahlberg2019OnNS}。由于搜索时所面临的搜索空间是十分巨大的，因此搜索时可能无法找到模型定义的“最好”的译文。在某种意义上，这也体现了训练和推断不一致的问题。
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 \begin{figure}[htp]
@@ -257,7 +257,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \end{figure}
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-\parinterval 一种解决问题的思路是从训练和推断的行为和目标不一致的角度切入。比如，为了解决曝光偏置问题\upcite{Ranzato2016SequenceLT}，可以让系统使用前面步骤的预测结果作为预测下一个词所需要的历史信息，而不是依赖于标准答案\upcite{Bengio2015ScheduledSF,Zhang2019BridgingTG}。此外，为了解决训练和推断目标不一致的问题，可以在训练的时候模拟推断的行为，同时让模型训练的目标与评价系统的标准尽可能一致\upcite{DBLP:conf/acl/ShenCHHWSL16}。
+\parinterval 一种解决问题的思路是从训练和推断的行为和目标不一致的角度切入。比如，为了解决曝光偏置问题\upcite{Ranzato2016SequenceLT}，可以让系统使用前面步骤的预测结果作为预测下一个词所需要的历史信息，而不是依赖于标准答案\upcite{Bengio2015ScheduledSF,Zhang2019BridgingTG}。为了解决训练和推断目标不一致的问题，可以在训练的时候模拟推断的行为，同时让模型训练的目标与评价系统的标准尽可能一致\upcite{DBLP:conf/acl/ShenCHHWSL16}。
 \parinterval 需要注意的是，前面提到的搜索束变大造成的翻译品质下降的问题还有其它解决方法。比如，可以通过对结果重排序来缓解这个问题\upcite{DBLP:conf/emnlp/Yang0M18}，也可以通过设计更好的覆盖度模型来生成长度更加合理的译文\upcite{li-etal-2018-simple}。从这个角度说，上述问题的成因也较为复杂，因此需要同时考虑模型错误和搜索错误。
@@ -443,7 +443,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \end{figure}
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-\parinterval 完全独立地对每个词建模，会出现什么问题呢？来看一个例子，将汉语句子“干/得/好/！”翻译成英文，可以翻译成“Good job !”或者“Well done !”。假设生成这两种翻译的概率是相等的，即一半的概率是“Good job !”，另一半的概率是“Well done !”。由于非自回归模型的条件独立性假设，解码时第一个词“Good”和“Well”的概率是差不多大的，第二个词“job”和“done”的概率差不多大的，会使得模型生成出“Good done !”或者“Well job !”这样错误的翻译，如图\ref{fig:14-13}所示。这便是影响句子质量的关键问题，称之为{\small\sffamily\bfseries{多峰问题}}\index{多峰问题}（Multi-modality Problem）\index{Multi-modality Problem}\upcite{Gu2017NonAutoregressiveNM}。如何有效处理非自回归模型中的多峰问题  是提升非自回归模型质量的关键。
+\parinterval 完全独立地对每个词建模，会出现什么问题呢？来看一个例子，将汉语句子“干/得/好/！”翻译成英文，可以翻译成“Good job !”或者“Well done !”。假设生成这两种翻译的概率是相等的，即一半的概率是“Good job !”，另一半的概率是“Well done !”。由于非自回归模型的条件独立性假设，推断时第一个词“Good”和“Well”的概率是差不多大的，第二个词“job”和“done”的概率差不多大的，会使得模型生成出“Good done !”或者“Well job !”这样错误的翻译，如图\ref{fig:14-13}所示。这便是影响句子质量的关键问题，称之为{\small\sffamily\bfseries{多峰问题}}\index{多峰问题}（Multi-modality Problem）\index{Multi-modality Problem}\upcite{Gu2017NonAutoregressiveNM}。如何有效处理非自回归模型中的多峰问题  是提升非自回归模型质量的关键。
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 \begin{figure}[htp]
@@ -462,7 +462,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \subsubsection{1. 基于繁衍率的非自回归模型}
-\parinterval 图\ref{fig:14-14}给出了基于繁衍率的Transformer非自回归模型的结构\upcite{Gu2017NonAutoregressiveNM}，由三个模块组成:编码器，解码器，繁衍率预测器，其中解码器中新增了位置注意力模块。与自回归翻译模型类似，Transformer模型的编码器和解码器都完全由前馈神经网络和多头注意力模块组成。在解码开始之前，非自回归模型需要知道译文的长度，以便并行生成所有单词。更重要的是，非自回归模型需要一次性生成出所有的译文单词，因此不能像自回归模型那样用已生成的词作为第一个解码器层的输入。
+\parinterval 图\ref{fig:14-14}给出了基于繁衍率的Transformer非自回归模型的结构\upcite{Gu2017NonAutoregressiveNM}，由三个模块组成:编码器，解码器，繁衍率预测器，其中解码器中新增了位置注意力模块。与自回归翻译模型类似，Transformer模型的编码器和解码器都完全由前馈神经网络和多头注意力模块组成。在推断开始之前，非自回归模型需要知道译文的长度，以便并行生成所有单词。更重要的是，非自回归模型需要一次性生成出所有的译文单词，因此不能像自回归模型那样用已生成的词作为第一个解码器层的输入。
 \parinterval 那么非自回归模型解码器的输入是什么呢？如果完全省略第一个解码器层的输入，或者仅使用位置嵌入，将会导致性能非常差。这里使用繁衍率来解决这个问题，繁衍率指的是：根据每个源语言单词预测出其对应的目标语言单词的个数（见\chaptersix），如图\ref{fig:14-14}所示，翻译过程中英语单词“We”对应一个汉语单词“我们”，其繁衍率为1。翻译过程取决于繁衍率序列（图\ref{fig:14-14}中的数字1\ 1\ 2\ 0\ 1），最终译文长度则由源语言单词的繁衍率之和决定。这个繁衍率序列可以通过外部词对齐工具得到， 来训练这个繁衍率预测器。但由于外部词对齐系统会出现错误，因此在模型收敛之后，需要在繁衍率预测器上加一个强化学习的损失来进行微调。
@@ -475,7 +475,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \end{figure}
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-\parinterval 另外，在每个解码器层中还新增了额外的位置注意力模块，该模块与Transformer模型的其它部分中使用的多头注意力机制相同。其仍然基于$\mathbi{Q}$、$\mathbi{K}$、$\mathbi{V}$之间的计算（见{\chaptertwelve}），只是把位置编码作为$\mathbi{Q}$ 和$\mathbi{K}$, 解码端上一层的输出作为$\mathbi{V}$。这种方法提供了更强的位置信息。
+\parinterval 另外，在每个解码器层中还新增了额外的位置注意力模块，该模块与Transformer模型的其它部分中使用的多头注意力机制相同。其仍然基于$\mathbi{Q}$、$\mathbi{K}$、$\mathbi{V}$之间的计算（见{\chaptertwelve}），只是把位置编码作为$\mathbi{Q}$ 和$\mathbi{K}$, 解码器端上一层的输出作为$\mathbi{V}$。这种方法提供了更强的位置信息。
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 %    NEW SUBSUB-SECTION
@@ -499,7 +499,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \subsection{更好的训练目标}
-\parinterval 虽然非自回归翻译可以显著提升翻译速度，但是很多情况下其翻译质量还是低于传统的自回归翻译\upcite{Gu2017NonAutoregressiveNM,Kaiser2018FastDI,Guo2020FineTuningBC}。因此，很多工作致力于缩小自回归模型和非自回归模型的性能差距\upcite{Ran2020LearningTR,Tu2020ENGINEEI,Shu2020LatentVariableNN}。其中一些通常通过修改训练目标来达到提升非自回归翻译品质的目的，例如：
+\parinterval 虽然非自回归翻译可以显著提升翻译速度，但是很多情况下其翻译质量还是低于传统的自回归翻译\upcite{Gu2017NonAutoregressiveNM,Kaiser2018FastDI,Guo2020FineTuningBC}。因此，很多工作致力于缩小自回归模型和非自回归模型的性能差距\upcite{Ran2020LearningTR,Tu2020ENGINEEI,Shu2020LatentVariableNN}。其中一些通过修改训练目标来达到提升非自回归翻译品质的目的，例如：
 \begin{itemize}
 \vspace{0.5em}
@@ -530,7 +530,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \end{figure}
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-\parinterval 另一种做法是半自回归地生成译文\upcite{Wang2018SemiAutoregressiveNM}。如图\ref{fig:14-20}所示，自回归模型从左到右依次生成译文，具有“最强”的自回归性；而非自回归模型完全独立的生成每个译文单词，具有“最弱”的自回归性；半自回归模型则是将整个译文分成$k$个块，在组内执行非自回归解码，在组间则执行自回归的解码，能够在每个时间步并行产生多个连续的单词。通过调整块的大小，半自回归模型可以灵活的调整到自回归模型（当$k$等于1）和非自回归模型（当$k$大于等于最大的译文长度）上来。
+\parinterval 另一种做法是半自回归地生成译文\upcite{Wang2018SemiAutoregressiveNM}。如图\ref{fig:14-20}所示，自回归模型从左到右依次生成译文，具有“最强”的自回归性；而非自回归模型完全独立的生成每个译文单词，具有“最弱”的自回归性；半自回归模型则是将整个译文分成$k$个块，在块内执行非自回归解码，在块间则执行自回归的解码，能够在每个时间步并行产生多个连续的单词。通过调整块的大小，半自回归模型可以灵活的调整到自回归模型（当$k$等于1）和非自回归模型（当$k$大于等于最大的译文长度）上来。
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 \begin{figure}[htp]
@@ -604,7 +604,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \begin{itemize}
 \vspace{0.5em}
-\item 假设生成。构建翻译假设集合是假设选择的第一步，也是最重要的一步。理想的情况下，这个集合应该尽可能包含更多高质量的翻译假设，这样后面有更大的几率选出更好的结果。不过，由于单个模型的性能是有上限的，因此无法期望这些翻译假设的品质超越单个模型的上限。研究人员更加关心的是翻译假设的多样性，因为已经证明多样的翻译假设非常有助于提升系统融合的性能\upcite{DBLP:journals/corr/LiMJ16,xiao2013bagging}。为了生成多样的翻译假设，通常有两种思路：1）使用不同的模型生成翻译假设；2）使用同一个模型的不同参数和设置生成翻译假设。图\ref{fig:14-8}展示了二者的区别。比如，可以使用基于循环神经网络和基于注意力机制的Transformer模型生成不同的翻译假设，之后都放入集合中；也可以只用Transformer 模型，但是用不同的模型参数构建多个系统，之后分别生成翻译假设。在神经机器翻译中，经常采用的是第二种方式，因为系统开发的成本更低。比如，很多研究工作都是基于一个基础模型，用不同的初始参数、不同层数、不同解码方式生成多个模型，进行翻译假设生成。
+\item 假设生成。构建翻译假设集合是假设选择的第一步，也是最重要的一步。理想的情况下，这个集合应该尽可能包含更多高质量的翻译假设，这样后面有更大的几率选出更好的结果。不过，由于单个模型的性能是有上限的，因此无法期望这些翻译假设的品质超越单个模型的上限。研究人员更加关心的是翻译假设的多样性，因为已经证明多样的翻译假设非常有助于提升系统融合的性能\upcite{DBLP:journals/corr/LiMJ16,xiao2013bagging}。为了生成多样的翻译假设，通常有两种思路：1）使用不同的模型生成翻译假设；2）使用同一个模型的不同参数和设置生成翻译假设。图\ref{fig:14-8}展示了二者的区别。比如，可以使用基于循环神经网络和基于注意力机制的Transformer模型生成不同的翻译假设，之后都放入集合中；也可以只用Transformer 模型，但是用不同的模型参数构建多个系统，之后分别生成翻译假设。在神经机器翻译中，经常采用的是第二种方式，因为系统开发的成本更低。比如，很多研究工作都是基于一个基础模型，用不同的初始参数、不同层数、不同推断方式生成多个模型，进行翻译假设生成。
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 \begin{figure}[htp]
@@ -682,7 +682,7 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \label{fig:14-10}
 \end{figure}
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-\parinterval 有了Lattice 这样的结构，多模型融合又有了新的思路。首先，可以将多个模型的译文融合为Lattice。注意，这个Lattice 会包含这些模型无法生成的完整译文句子。之后，用一个更强的模型在Lattice 上搜索最优的结果。这个过程有可能找到一些“新”的译文，即结果可能是从多个模型的结果中重组而来的。Lattice 上的搜索模型可以基于多模型的融合，也可以使用一个简单的模型，这里需要考虑的是将神经机器翻译模型适应到Lattice 上进行推断\upcite{DBLP:conf/aaai/SuTXJSL17}。其过程基本与原始的模型推断没有区别，只是需要把模型预测的结果附着到Lattice 中的每条边上，再进行推断。
+\parinterval 有了Lattice 这样的结构，多模型集成又有了新的思路。首先，可以将多个模型的译文融合为Lattice。注意，这个Lattice 会包含这些模型无法生成的完整译文句子。之后，用一个更强的模型在Lattice 上搜索最优的结果。这个过程有可能找到一些“新”的译文，即结果可能是从多个模型的结果中重组而来的。Lattice 上的搜索模型可以基于多模型的融合，也可以使用一个简单的模型，这里需要考虑的是将神经机器翻译模型适应到Lattice 上进行推断\upcite{DBLP:conf/aaai/SuTXJSL17}。其过程基本与原始的模型推断没有区别，只是需要把模型预测的结果附着到Lattice 中的每条边上，再进行推断。
 \parinterval 图\ref{fig:14-11}对比了不同模型集成方法的区别。从系统开发的角度看，假设选择和模型预测融合的复杂度较低，适合快速开发原型系统，而且性能稳定。译文重组需要更多的模块，系统调试的复杂度较高，但是由于看到了更大的搜索空间，因此系统性能提升的潜力较大\footnote{一般来说Lattice 上的Oracle 要比$n$-best译文上的Oracle 的质量高。}。
@@ -707,13 +707,13 @@ b &=& \omega_{\textrm{high}}\cdot |\seq{x}| \label{eq:14-4}
 \vspace{0.5em}
 \item 机器翻译系统中的推断也借用了{\small\sffamily\bfseries{统计推断}}\index{统计推断}（Statistical Inference）\index{Statistical Inference}的概念。传统意义上讲，这类方法都是在利用样本数据去推测总体的趋势和特征。因此，从统计学的角度也有很多不同的思路。例如，贝叶斯学习等方法就在自然语言处理中得到广泛应用\upcite{Held2013AppliedSI,Silvey2018StatisticalI}。其中比较有代表性的是{\small\sffamily\bfseries{变分方法}}\index{变分方法}（Variational Methods）\index{Variational Methods}。这类方法通过引入新的隐含变量来对样本的分布进行建模，从某种意义上说它是在描述“分布的分布”，因此这种方法对事物的统计规律描述得更加细致\upcite{Beal2003VariationalAF}。这类方法也被成功地用于统计机器翻译\upcite{Li2009VariationalDF,xiao2011language,}和神经机器翻译\upcite{Bastings2019ModelingLS,Shah2018GenerativeNM,Su2018VariationalRN,Zhang2016VariationalNM}。
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-\item 推断系统也可以受益于更加高效的网络结构。这方面工作集中在结构化剪枝、减少模型的冗余计算、低秩分解等方向。结构化剪枝中的代表性工作是LayerDrop\upcite{DBLP:conf/iclr/FanGJ20,DBLP:conf/emnlp/WangXZ20,DBLP:journals/corr/abs-2002-02925}，这类方法在训练时随机选择部分子结构，在推断时根据输入来选择模型中的部分层进行计算，而跳过其余层，达到加速和减少参数量的目的。有关减少冗余计算的研究主要集中在改进注意力机制上，本章已经有所介绍。低秩分解则针对词向量或者注意力的映射矩阵进行改进，例如词频自适应表示\upcite{DBLP:conf/iclr/BaevskiA19}，词频越高则对应的向量维度越大，反之则越小，或者层数越高注意力映射矩阵维度越小\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2006-04768,DBLP:journals/corr/abs-1911-12385,DBLP:journals/corr/abs-1906-09777,DBLP:conf/nips/YangLSL19}。在实践中比较有效的是较深的编码器与较浅的解码器结合的方式，极端情况下解码器仅使用1层神经网络即可取得与多层神经网络相媲美的翻译精度，而极大地提升翻译效率\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2006-10369,DBLP:conf/aclnmt/HuLLLLWXZ20,DBLP:journals/corr/abs-2010-02416}。在{\chapterfifteen}还会进一步对高效神经机器翻译的模型结构进行讨论。
+\item 推断系统也可以受益于更加高效的网络结构。这方面工作集中在结构化剪枝、减少模型的冗余计算、低秩分解等方向。结构化剪枝中的代表性工作是LayerDrop\upcite{DBLP:conf/iclr/FanGJ20,DBLP:conf/emnlp/WangXZ20,DBLP:journals/corr/abs-2002-02925}，这类方法在训练时随机选择部分子结构，在推断时根据输入来选择模型中的部分层进行计算，而跳过其余层，达到加速的目的。有关减少冗余计算的研究主要集中在改进注意力机制上，本章已经有所介绍。低秩分解则针对词向量或者注意力的映射矩阵进行改进，例如词频自适应表示\upcite{DBLP:conf/iclr/BaevskiA19}，词频越高则对应的向量维度越大，反之则越小，或者层数越高注意力映射矩阵维度越小\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2006-04768,DBLP:journals/corr/abs-1911-12385,DBLP:journals/corr/abs-1906-09777,DBLP:conf/nips/YangLSL19}。在实践中比较有效的是较深的编码器与较浅的解码器结合的方式，极端情况下解码器仅使用1层神经网络即可取得与多层神经网络相媲美的翻译品质，从而极大地提升翻译效率\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2006-10369,DBLP:conf/aclnmt/HuLLLLWXZ20,DBLP:journals/corr/abs-2010-02416}。在{\chapterfifteen}还会进一步对高效神经机器翻译的模型结构进行讨论。
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 \item 在对机器翻译推断系统进行实际部署时，对存储的消耗也是需要考虑的因素。因此如何让模型变得更小也是研发人员所关注的方向。当前的模型压缩方法主要可以分为几类：剪枝、量化、知识蒸馏和轻量方法，其中轻量方法主要是基于更轻量模型结构的设计，这类方法已经在上文进行了介绍。剪枝主要包括权重大小剪枝\upcite{Han2015LearningBW,Lee2019SNIPSN,Frankle2019TheLT,Brix2020SuccessfullyAT}、面向多头注意力的剪枝\upcite{Michel2019AreSH,DBLP:journals/corr/abs-1905-09418}、网络层以及其他部分的剪枝等\upcite{Liu2017LearningEC,Liu2019RethinkingTV}，还有一些方法也通过在训练期间采用正则化的方式来提升剪枝能力\upcite{DBLP:conf/iclr/FanGJ20}。量化方法主要通过截断浮点数来减少模型的存储大小，使其仅使用几个比特位的数字表示方法便能存储整个模型，虽然会导致舍入误差，但压缩效果显著\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1906-00532,Cheong2019transformersZ,Banner2018ScalableMF,Hubara2017QuantizedNN}。一些方法利用知识蒸馏手段还将Transformer模型蒸馏成如LSTMs 等其他各种推断速度更快的结构\upcite{Hinton2015Distilling,Munim2019SequencelevelKD,Tang2019DistillingTK}。另外还有一些方法不仅在输出上，还在权重矩阵和隐藏的激活层上对“教师模型”知识进行更深入的挖掘\upcite{Jiao2020TinyBERTDB}。
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-\item 目前的翻译模型使用交叉熵损失作为优化函数，这在自回归模型上取得了非常优秀的性能。交叉熵是一个严格的损失函数，每个预测错误的单词所对应的位置都会受到惩罚，即使是编辑距离很小的输出序列。自回归模型会很大程度上避免这种惩罚，因为当前位置的单词是根据先前生成的词得到的，然而非自回归模型无法获得这种信息。如果在预测时漏掉一个单词，就可能会将正确的单词放在错误的位置上。为此，一些研究工作通过改进损失函数来提高非自回归模型的性能。一种做法使用一种新的交叉熵函数\upcite{Ghazvininejad2020AlignedCE}，它通过忽略绝对位置、关注相对顺序和词汇匹配来为非自回归模型提供更精确的训练信号。另外，也可以使用基于$n$-gram的训练目标\upcite{Shao2020MinimizingTB}来最小化模型与参考译文之间的$n$-gram差异。该训练目标在$n$-gram 的层面上评估预测结果，因此能够建模目标序列之间的依赖关系。
+\item 目前的翻译模型使用交叉熵损失作为优化函数，这在自回归模型上取得了非常优秀的性能。交叉熵是一个严格的损失函数，每个预测错误的单词所对应的位置都会受到惩罚，即使是编辑距离很小的输出序列。自回归模型会很大程度上避免这种惩罚，因为当前位置的单词是根据先前生成的词得到的，然而非自回归模型无法获得这种信息。如果在预测时漏掉一个单词，就可能会将正确的单词放在错误的位置上。为此，一些研究工作通过改进损失函数来提高非自回归模型的性能。一种做法使用一种新的交叉熵函数\upcite{Ghazvininejad2020AlignedCE}，它通过忽略绝对位置、关注相对顺序和词汇匹配来为非自回归模型提供更精确的训练信号。另外，也可以使用基于$n$-gram的训练目标\upcite{Shao2020MinimizingTB}来最小化模型与参考译文之间的$n$-gram差异。该训练目标在$n$-gram 的层面上评估预测结果，因此能够建模目标序列单词之间的依赖关系。
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-\item 自回归模型解码时，当前位置单词的生成依赖于先前生成的单词，已生成的单词提供了较强的目标端上下文信息。然而，非自回归模型并行地生成所有词，因此缺乏这样的信息。与自回归模型相比，非自回归模型的解码器需要在信息更少的情况下执行翻译任务。因此可以为非自回归模型的解码器端引入更多的信息，来缩小模型的搜索空间。一些研究工作通过将条件随机场引入非自回归模型中来对结构依赖进行建模\upcite{Ma2019FlowSeqNC}。也有工作引入了词嵌入转换矩阵来将源语言端的词嵌入转换为目标语言端的词嵌入来为解码器提供更好的输入\upcite{Guo2019NonAutoregressiveNM}。此外，研究人员也提出了轻量级的调序模块来显式地建模调序信息，以指导非自回归模型的解码\upcite{Ran2019GuidingNN}。
+\item 自回归模型解码时，当前位置单词的生成依赖于先前生成的单词，已生成的单词提供了较强的目标端上下文信息。然而，非自回归模型并行地生成所有词，因此缺乏这样的信息。与自回归模型相比，非自回归模型的解码器需要在信息更少的情况下执行翻译任务。因此可以为非自回归模型的解码器端引入更多的信息，来缩小模型的搜索空间。一些研究工作通过将条件随机场引入非自回归模型中来对结构依赖进行建模\upcite{Ma2019FlowSeqNC}。也有工作引入了词嵌入转换矩阵来将源语言端的词嵌入转换为目标语言端的词嵌入来为解码器提供更好的输入\upcite{Guo2019NonAutoregressiveNM}。此外，研究人员也提出了轻量级的调序模块来显式地建模调序信息，以指导非自回归模型的推断\upcite{Ran2019GuidingNN}。
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 \end{itemize}