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Chapter10/chapter10.tex
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\end{figure}
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\parinterval 显然，以上问题的根本原因在于所使用的表示模型还比较“弱”。因此需要一个更强大的表示模型，在生成目标语言单词时能够有选择地获取源语言句子中更有用的部分。更准确的说，对于要生成的目标语单词，相关性更高的源语言片段应该在源语言句子的表示中体现出来，而不是将所有的源语言单词一视同仁。在神经机器翻译中引入注意力机制正是为了达到这个目的\upcite{bahdanau2014neural,DBLP:journals/corr/LuongPM15}。实际上，除了机器翻译，注意力机制也被成功地应用于图像处理、语音识别、自然语言处理等其他任务。也正是注意力机制的引入，使得包括机器翻译在内很多自然语言处理系统得到了飞跃发展。
\parinterval 显然，以上问题的根本原因在于所使用的表示模型还比较“弱”。因此需要一个更强大的表示模型，在生成目标语言单词时能够有选择地获取源语言句子中更有用的部分。更准确的说，对于要生成的目标语言单词，相关性更高的源语言片段应该在源语言句子的表示中体现出来，而不是将所有的源语言单词一视同仁。在神经机器翻译中引入注意力机制正是为了达到这个目的\upcite{bahdanau2014neural,DBLP:journals/corr/LuongPM15}。实际上，除了机器翻译，注意力机制也被成功地应用于图像处理、语音识别、自然语言处理等其他任务。也正是注意力机制的引入，使得包括机器翻译在内很多自然语言处理系统得到了飞跃发展。
\parinterval 神经机器翻译中的注意力机制并不复杂。对于每个目标语言单词$y_j$，系统生成一个源语言表示向量$\mathbi{C}_j$与之对应，$\mathbi{C}_j$会包含生成$y_j$所需的源语言的信息，或者说$\mathbi{C}_j$是一种包含目标语言单词与源语言单词对应关系的源语言表示。相比用一个静态的表示$\mathbi{C}$，注意机制使用的是动态的表示$\mathbi{C}_j$。$\mathbi{C}_j$也被称作对于目标语言位置$j$的{\small\bfnew{上下文向量}}\index{上下文向量}（Context Vector\index{Context Vector}）。图\ref{fig:10-18}对比了未引入注意力机制和引入了注意力机制的编码器- 解码器结构。可以看出，在注意力模型中，对于每一个目标单词的生成，都会额外引入一个单独的上下文向量参与运算。
\parinterval 神经机器翻译中的注意力机制并不复杂。对于每个目标语言单词$y_j$，系统生成一个源语言表示向量$\mathbi{C}_j$与之对应，$\mathbi{C}_j$会包含生成$y_j$所需的源语言的信息，或者说$\mathbi{C}_j$是一种包含目标语言单词与源语言单词对应关系的源语言表示。相比用一个静态的表示$\mathbi{C}$，注意机制使用的是动态的表示$\mathbi{C}_j$。$\mathbi{C}_j$也被称作对于目标语言位置$j$的{\small\bfnew{上下文向量}}\index{上下文向量}（Context Vector\index{Context Vector}）。图\ref{fig:10-18}对比了未引入注意力机制和引入了注意力机制的编码器- 解码器结构。可以看出，在注意力模型中，对于每一个目标语言单词的生成，都会额外引入一个单独的上下文向量参与运算。
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\begin{figure}[htp]
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Chapter11/chapter11.tex
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\section{基于卷积神经网络的翻译建模}
\parinterval 正如之前所讲，卷积神经网络可以用于序列建模，同时具有并行性高和易于学习的特点，一个很自然的想法就是将其用作神经机器翻译模型中的特征提取器。因此，在神经机器翻译被提出之初，研究人员就已经开始利用卷积神经网络对句子进行特征提取。比较经典的模型是使用卷积神经网络作为源语言句子的编码器，使用循环神经网络作为目标语译文生成的解码器\upcite{kalchbrenner-blunsom-2013-recurrent,Gehring2017ACE}。之后也有研究人员提出完全基于卷积神经网络的翻译模型（ConvS2S）\upcite{DBLP:journals/corr/GehringAGYD17}，或者针对卷积层进行改进，提出效率更高、性能更好的模型\upcite{Kaiser2018DepthwiseSC,Wu2019PayLA}。本节将基于ConvS2S模型，阐述如何使用卷积神经网络搭建端到端神经机器翻译模型。
\parinterval 正如之前所讲，卷积神经网络可以用于序列建模，同时具有并行性高和易于学习的特点，一个很自然的想法就是将其用作神经机器翻译模型中的特征提取器。因此，在神经机器翻译被提出之初，研究人员就已经开始利用卷积神经网络对句子进行特征提取。比较经典的模型是使用卷积神经网络作为源语言句子的编码器，使用循环神经网络作为目标语言译文生成的解码器\upcite{kalchbrenner-blunsom-2013-recurrent,Gehring2017ACE}。之后也有研究人员提出完全基于卷积神经网络的翻译模型（ConvS2S）\upcite{DBLP:journals/corr/GehringAGYD17}，或者针对卷积层进行改进，提出效率更高、性能更好的模型\upcite{Kaiser2018DepthwiseSC,Wu2019PayLA}。本节将基于ConvS2S模型，阐述如何使用卷积神经网络搭建端到端神经机器翻译模型。
\parinterval ConvS2S模型是一种高并行的序列到序列的神经计算模型。该模型利用卷积神经网络分别对源语言端与目标语言端的序列进行特征提取，并使用注意力机制来捕获两个序列之间映射关系。相比于基于多层循环神经网络的GNMT模型\upcite{Wu2016GooglesNM}，其主要优势在于每一层的网络计算是完全并行化的，避免了循环神经网络中计算顺序对时序的依赖。同时，利用多层卷积神经网络的层级结构可以有效地捕捉序列不同位置之间的依赖。即使是远距离依赖，也可以通过若干层卷积单元进行有效的捕捉，而且其信息传递的路径相比循环神经网络更短。除此之外，模型同时使用门控线性单元、残差网络和位置编码等技术来进一步提升模型性能，达到了和GNMT模型相媲美的翻译性能，同时大大缩短了训练时间。
\parinterval 图\ref{fig:11-12}为ConvS2S模型的结构示意图，其内部由若干不同的模块组成，包括：
\begin{itemize}
\item {\small\bfnew{位置编码}}\index{位置编码}（Position Embedding）\index{Position Embedding}：图中绿色背景框表示源语端词嵌入部分。相比于基于循环神经网络的翻译模型中的词嵌入，该模型还引入了位置编码，帮助模型获得词位置信息。位置编码具体实现在图\ref{fig:11-12}中没有显示，详见\ref{sec:11.2.1}节。
\item {\small\bfnew{位置编码}}\index{位置编码}（Position Embedding）\index{Position Embedding}：图中绿色背景框表示源语言端词嵌入部分。相比于基于循环神经网络的翻译模型中的词嵌入，该模型还引入了位置编码，帮助模型获得词位置信息。位置编码具体实现在图\ref{fig:11-12}中没有显示，详见\ref{sec:11.2.1}节。
\item {\small\bfnew{卷积层}}与{\small\bfnew{门控线性单元}}（Gated Linear Units, GLU\index{Gated Linear Units, GLU}）：黄色背景框是卷积模块，这里使用门控线性单元作为非线性函数，之前的研究工作\upcite{Dauphin2017LanguageMW} 表明这种非线性函数更适合于序列建模任务。图中为了简化，只展示了一层卷积，但在实际中为了更好地捕获句子信息，通常使用多层卷积的叠加。
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\parinterval 单层卷积神经网络的感受野受限于卷积核的大小，因此只能捕捉序列中局部的上下文信息，不能很好地进行长序列建模。为了捕捉更长的上下文信息，最简单的做法就是堆叠多个卷积层。相比于循环神经网络的链式结构，对相同的上下文跨度，多层卷积神经网络的层级结构可以通过更少的非线性计算对其进行建模，缓解了长距离建模中的梯度消失问题。因此，卷积神经网络相对更容易进行训练。
\parinterval 在ConvS2S模型中，编码端和解码端分别使用堆叠的门控卷积神经网络对源语和目标语序列进行建模，在传统卷积神经网络的基础上引入了门控线性单元\upcite{Dauphin2017LanguageMW}，通过门控机制对卷积输出进行控制，它在模型中的位置如图\ref{fig:11-13}黄色方框所示：
\parinterval 在ConvS2S模型中，编码端和解码端分别使用堆叠的门控卷积神经网络对源语言和目标语言序列进行建模，在传统卷积神经网络的基础上引入了门控线性单元\upcite{Dauphin2017LanguageMW}，通过门控机制对卷积输出进行控制，它在模型中的位置如图\ref{fig:11-13}黄色方框所示：
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% 图13.
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\subsection{多跳注意力机制}
\parinterval ConvS2S模型也采用了注意力机制来获取每个目标语位置相应的源语言上下文信息。其仍然沿用传统的点乘注意力机制\upcite{DBLP:journals/corr/LuongPM15}，其中图\ref{fig:11-16}蓝色框代表了多跳自注意力机制在模型中的位置。
\parinterval ConvS2S模型也采用了注意力机制来获取每个目标语言位置相应的源语言上下文信息。其仍然沿用传统的点乘注意力机制\upcite{DBLP:journals/corr/LuongPM15}，其中图\ref{fig:11-16}蓝色框代表了多跳自注意力机制在模型中的位置。
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% 图16.
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\alpha_{i,j} &=& \frac{ \textrm{exp}(\funp{a} (\mathbi{s}_{j-1},\mathbi{h}_i)) }{\sum_{i'} \textrm{exp}( \funp{a} (\mathbi{s}_{j-1},\mathbi{h}_{i'}))} \label{eq:11-9}
\end{eqnarray}
\noindent 其中，$\mathbi{h}_i$表示源语端第$i$个位置的隐层状态，即编码器在第$i$个位置的输出。$\mathbi{s}_j$表示目标端第$j$个位置的隐层状态。给定$\mathbi{s}_j$和$\mathbi{h}_i$，注意力机制通过函数$\funp{a}(\cdot)$计算目标语言表示$\mathbi{s}_j$与源语言表示$\mathbi{h}_i$之间的注意力权重$\alpha_{i,j}$，通过加权平均得到当前目标端位置所需的上下文表示$\mathbi{C}_j$。其中$\funp{a}(\cdot)$的具体计算方式在{\chapterten}已经详细讨论。
\noindent 其中，$\mathbi{h}_i$表示源语言端第$i$个位置的隐层状态，即编码器在第$i$个位置的输出。$\mathbi{s}_j$表示目标端第$j$个位置的隐层状态。给定$\mathbi{s}_j$和$\mathbi{h}_i$，注意力机制通过函数$\funp{a}(\cdot)$计算目标语言表示$\mathbi{s}_j$与源语言表示$\mathbi{h}_i$之间的注意力权重$\alpha_{i,j}$，通过加权平均得到当前目标语言端位置所需的上下文表示$\mathbi{C}_j$。其中$\funp{a}(\cdot)$的具体计算方式在{\chapterten}已经详细讨论。
\parinterval 在ConvS2S模型中，解码器同样采用堆叠的多层门控卷积网络来对目标语言进行序列建模。区别于编码器，解码器在每一层卷积网络之后引入了注意力机制，用来参考源语言信息。ConvS2S选用了点乘注意力，并且通过类似残差连接的方式将注意力操作的输入与输出同时作用于下一层计算，称为多跳注意力。其具体计算方式如公式\eqref{eq:11-10}所示：
\begin{eqnarray}
......@@ -387,7 +387,7 @@
\label{eq:11-10}
\end{eqnarray}
\noindent 不同于公式\eqref{eq:11-9}中使用的目标语端隐层表示$\mathbi{s}_{j-1}$，公式\eqref{eq:11-10}中的$\mathbi{d}_{j}^l$同时结合了$\mathbi{s}_{j}$的卷积计算结果和目标语端的词嵌入$\mathbi{g}_j$，其具体计算如公式\eqref{eq:11-11}和\eqref{eq:11-12}所示：
\noindent 不同于公式\eqref{eq:11-9}中使用的目标语言端隐层表示$\mathbi{s}_{j-1}$，公式\eqref{eq:11-10}中的$\mathbi{d}_{j}^l$同时结合了$\mathbi{s}_{j}$的卷积计算结果和目标语言端的词嵌入$\mathbi{g}_j$，其具体计算如公式\eqref{eq:11-11}和\eqref{eq:11-12}所示：
\begin{eqnarray}
\mathbi{d}_{j}^l &=& \mathbi{W}_{d}^{l} \mathbi{z}_{j}^{l} + \mathbi{b}_{d}^{l} + \mathbi{g}_j \label{eq:11-11} \\
\mathbi{z}_j^l &=& \textrm{Conv}(\mathbi{s}_j^l) \label{eq:11-12}
......
Chapter12/chapter12.tex
......@@ -56,13 +56,13 @@
\end{figure}
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\parinterval 自注意力机制也可以被看作是一个序列表示模型。比如，对于每个目标位置$j$，都生成一个与之对应的源语句子表示，它的形式如公式\eqref{eq:12-1}所示：
\parinterval 自注意力机制也可以被看作是一个序列表示模型。比如，对于每个目标位置$j$，都生成一个与之对应的源语言句子表示，它的形式如公式\eqref{eq:12-1}所示：
\begin{eqnarray}
\mathbi{C}_j & = & \sum_i \alpha_{i,j}\mathbi{h}_i
\label{eq:12-1}
\end{eqnarray}
\noindent 其中，$\mathbi{h}_i$ 为源语句子每个位置的表示结果，$\alpha_{i,j}$是目标位置$j$对$\mathbi{h}_i$的注意力权重。以源语句子为例，自注意力机制将序列中每个位置的表示$\mathbi{h}_i$看作$\mathrm{query}$（查询），并且将所有位置的表示看作$\mathrm{key}$（键）和$\mathrm{value}$ （值）。自注意力模型通过计算当前位置与所有位置的匹配程度，也就是在注意力机制中提到的注意力权重，来对各个位置的$\mathrm{value}$进行加权求和。得到的结果可以被看作是在这个句子中当前位置的抽象表示。这个过程，可以叠加多次，形成多层注意力模型，对输入序列中各个位置进行更深层的表示。
\noindent 其中，$\mathbi{h}_i$ 为源语言句子每个位置的表示结果，$\alpha_{i,j}$是目标位置$j$对$\mathbi{h}_i$的注意力权重。以源语言句子为例，自注意力机制将序列中每个位置的表示$\mathbi{h}_i$看作$\mathrm{query}$（查询），并且将所有位置的表示看作$\mathrm{key}$（键）和$\mathrm{value}$ （值）。自注意力模型通过计算当前位置与所有位置的匹配程度，也就是在注意力机制中提到的注意力权重，来对各个位置的$\mathrm{value}$进行加权求和。得到的结果可以被看作是在这个句子中当前位置的抽象表示。这个过程，可以叠加多次，形成多层注意力模型，对输入序列中各个位置进行更深层的表示。
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\begin{figure}[htp]
......@@ -170,7 +170,7 @@
\parinterval 以上操作就构成了Transformer的一层，各个模块执行的顺序可以简单描述为：Self-Attention $\to$ Residual Connection $\to$ Layer Normalization $\to$ Feed Forward Network $\to$ Residual Connection $\to$ Layer Normalization。编码器可以包含多个这样的层，比如，可以构建一个六层编码器，每层都执行上面的操作。最上层的结果作为整个编码的结果，会被传入解码器。
\parinterval 解码器的结构与编码器十分类似。它也是由若干层组成，每一层包含编码器中的所有结构，即：自注意力子层、前馈神经网络子层、残差连接和层标准化模块。此外，为了捕捉源语言的信息，解码器又引入了一个额外的{\small\sffamily\bfseries{编码-解码注意力子层}}\index{编码-解码注意力子层}（Encoder-Decoder Attention Sub-layer）\index{Encoder-Decoder Attention Sub-layer}。这个新的子层，可以帮助模型使用源语言句子的表示信息生成目标语不同位置的表示。编码-解码注意力子层仍然基于自注意力机制，因此它和自注意力子层的结构是相同的，只是$\mathrm{query}$、$\mathrm{key}$、$\mathrm{value}$的定义不同。比如，在解码端，自注意力子层的$\mathrm{query}$、$\mathrm{key}$、$\mathrm{value}$是相同的，它们都等于解码端每个位置的表示。而在编码-解码注意力子层中，$\mathrm{query}$是解码端每个位置的表示，此时$\mathrm{key}$和$\mathrm{value}$是相同的，等于编码端每个位置的表示。图\ref{fig:12-5}给出了这两种不同注意力子层输入的区别。
\parinterval 解码器的结构与编码器十分类似。它也是由若干层组成，每一层包含编码器中的所有结构，即：自注意力子层、前馈神经网络子层、残差连接和层标准化模块。此外，为了捕捉源语言的信息，解码器又引入了一个额外的{\small\sffamily\bfseries{编码-解码注意力子层}}\index{编码-解码注意力子层}（Encoder-Decoder Attention Sub-layer）\index{Encoder-Decoder Attention Sub-layer}。这个新的子层，可以帮助模型使用源语言句子的表示信息生成目标语言不同位置的表示。编码-解码注意力子层仍然基于自注意力机制，因此它和自注意力子层的结构是相同的，只是$\mathrm{query}$、$\mathrm{key}$、$\mathrm{value}$的定义不同。比如，在解码端，自注意力子层的$\mathrm{query}$、$\mathrm{key}$、$\mathrm{value}$是相同的，它们都等于解码端每个位置的表示。而在编码-解码注意力子层中，$\mathrm{query}$是解码端每个位置的表示，此时$\mathrm{key}$和$\mathrm{value}$是相同的，等于编码端每个位置的表示。图\ref{fig:12-5}给出了这两种不同注意力子层输入的区别。
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\begin{figure}[htp]
......@@ -181,9 +181,9 @@
\end{figure}
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\parinterval 此外，编码端和解码端都有输入的词序列。编码端的词序列输入是为了对其进行表示，进而解码端能从编码端访问到源语言句子的全部信息。解码端的词序列输入是为了进行目标语的生成，本质上它和语言模型是一样的，在得到前$n-1$个单词的情况下输出第$n$个单词。除了输入词序列的词嵌入，Transformer中也引入了位置嵌入，以表示每个位置信息。原因是，自注意力机制没有显性地对位置进行表示，因此也无法考虑词序。在输入中引入位置信息可以让自注意力机制间接地感受到每个词的位置，进而保证对序列表示的合理性。最终，整个模型的输出由一个Softmax层完成，它和循环神经网络中的输出层是完全一样的。
\parinterval 此外，编码端和解码端都有输入的词序列。编码端的词序列输入是为了对其进行表示，进而解码端能从编码端访问到源语言句子的全部信息。解码端的词序列输入是为了进行目标语言的生成，本质上它和语言模型是一样的，在得到前$n-1$个单词的情况下输出第$n$个单词。除了输入词序列的词嵌入，Transformer中也引入了位置嵌入，以表示每个位置信息。原因是，自注意力机制没有显性地对位置进行表示，因此也无法考虑词序。在输入中引入位置信息可以让自注意力机制间接地感受到每个词的位置，进而保证对序列表示的合理性。最终，整个模型的输出由一个Softmax层完成，它和循环神经网络中的输出层是完全一样的。
\parinterval 在进行更详细的介绍前，先利用图\ref{fig:12-4}简单了解一下Transformer模型是如何进行翻译的。首先，Transformer将源语言句子“我/很/好”的词嵌入融合位置编码后作为输入。然后，编码器对输入的源语句子进行逐层抽象，得到包含丰富的上下文信息的源语表示并传递给解码器。解码器的每一层，使用自注意力子层对输入解码端的表示进行加工，之后再使用编码-解码注意力子层融合源语句子的表示信息。就这样逐词生成目标语译文单词序列。解码器每个位置的输入是当前单词（比如，“I”），而这个位置的输出是下一个单词（比如，“am”），这个设计和标准的神经语言模型是完全一样的。
\parinterval 在进行更详细的介绍前，先利用图\ref{fig:12-4}简单了解一下Transformer模型是如何进行翻译的。首先，Transformer将源语言句子“我/很/好”的词嵌入融合位置编码后作为输入。然后，编码器对输入的源语言句子进行逐层抽象，得到包含丰富的上下文信息的源语言表示并传递给解码器。解码器的每一层，使用自注意力子层对输入解码端的表示进行加工，之后再使用编码-解码注意力子层融合源语言句子的表示信息。就这样逐词生成目标语言译文单词序列。解码器每个位置的输入是当前单词（比如，“I”），而这个位置的输出是下一个单词（比如，“am”），这个设计和标准的神经语言模型是完全一样的。
\parinterval 当然，这里可能还有很多疑惑，比如，什么是位置编码？Transformer的自注意力机制具体是怎么进行计算的，其结构是怎样的？层标准化又是什么？等等。下面就一一展开介绍。
......@@ -277,7 +277,7 @@
\parinterval 具体来看，在注意力机制的计算过程中，包含三个重要的参数，分别是query，\\key和value。在下面的描述中，分别用$\mathbi{Q}$，$\mathbi{K}$，$\mathbi{V}$对它们进行表示，其中$\mathbi{Q}$ 和$\mathbi{K}$的维度为$L\times d_k$，$\mathbi{V}$的维度为$L\times d_v$。这里，$L$为序列的长度，$d_k$和$d_v$分别表示每个key和value的大小，通常设置为$d_k=d_v=d_{\textrm{model}}$。
\parinterval 在自注意力机制中，$\mathbi{Q}$、$\mathbi{K}$、$\mathbi{V}$都是相同的，对应着源语言或目标语言序列的表示。而在编码-解码注意力机制中，由于要对双语之间的信息进行建模，因此，将目标语每个位置的表示视为编码-解码注意力机制的$\mathbi{Q}$，源语言句子的表示视为$\mathbi{K}$ 和$\mathbi{V}$。
\parinterval 在自注意力机制中，$\mathbi{Q}$、$\mathbi{K}$、$\mathbi{V}$都是相同的，对应着源语言或目标语言序列的表示。而在编码-解码注意力机制中，由于要对双语之间的信息进行建模，因此，将目标语言每个位置的表示视为编码-解码注意力机制的$\mathbi{Q}$，源语言句子的表示视为$\mathbi{K}$ 和$\mathbi{V}$。
\parinterval 在得到$\mathbi{Q}$，$\mathbi{K}$和$\mathbi{V}$后，便可以进行注意力机制的运算，这个过程可以被形式化为公式\eqref{eq:12-9}：
\begin{eqnarray}
......@@ -288,7 +288,7 @@
\noindent 首先，通过对$\mathbi{Q}$和$\mathbi{K}$的转置进行矩阵乘法操作，计算得到一个维度大小为$L \times L$的相关性矩阵，即$\mathbi{Q}\mathbi{K}^{\textrm{T}}$，它表示一个序列上任意两个位置的相关性。再通过系数1/$\sqrt{d_k}$进行放缩操作，放缩可以减少相关性矩阵的方差，具体体现在运算过程中实数矩阵中的数值不会过大，有利于模型训练。
\parinterval 在此基础上，通过对相关性矩阵累加一个掩码矩阵$\mathbi{Mask}$，来屏蔽掉矩阵中的无用信息。比如，在编码端，如果需要对多个句子同时处理，由于这些句子长度不统一，需要对句子补齐。再比如，在解码端，训练的时候需要屏蔽掉当前目标语位置右侧的单词，因此这些单词在推断的时候是看不到的。
\parinterval 在此基础上，通过对相关性矩阵累加一个掩码矩阵$\mathbi{Mask}$，来屏蔽掉矩阵中的无用信息。比如，在编码端，如果需要对多个句子同时处理，由于这些句子长度不统一，需要对句子补齐。再比如，在解码端，训练的时候需要屏蔽掉当前目标语言位置右侧的单词，因此这些单词在推断的时候是看不到的。
\parinterval 随后，使用Softmax函数对相关性矩阵在行的维度上进行归一化操作，这可以理解为对第$i$ 行进行归一化，结果对应了$\mathbi{V}$ 中不同位置上向量的注意力权重。对于$\mathrm{value}$ 的加权求和，可以直接用相关性系数和$\mathbi{V}$ 进行矩阵乘法得到，即$\textrm{Softmax}
( \frac{\mathbi{Q}\mathbi{K}^{\textrm{T}}} {\sqrt{d_k}} + \mathbi{Mask} )$和$\mathbi{V}$进行矩阵乘。最终得到自注意力的输出，它和输入的$\mathbi{V}$的大小是一模一样的。图\ref{fig:12-10}展示了点乘注意力计算的全过程。
......@@ -363,7 +363,7 @@
\vspace{0.5em}
\item {\small\bfnew{句长补全掩码}}\index{句长补全掩码}（Padding Mask\index{Padding Mask}）。在批量处理多个样本时（训练或解码），由于要对源语言和目标语言的输入进行批次化处理，而每个批次内序列的长度不一样，为了方便对批次内序列进行矩阵表示，需要进行对齐操作，即在较短的序列后面填充0来占位（padding操作）。而这些填充的位置没有意义，不参与注意力机制的计算，因此，需要进行掩码 操作，屏蔽其影响。
\vspace{0.5em}
\item {\small\bfnew{未来信息掩码}}\index{未来信息掩码}（Future Mask\index{Future Mask}）。对于解码器来说，由于在预测的时候是自左向右进行的，即第$t$时刻解码器的输出只能依赖于$t$时刻之前的输出。且为了保证训练解码一致，避免在训练过程中观测到目标语端每个位置未来的信息，因此需要对未来信息进行屏蔽。具体的做法是：构造一个上三角值全为-inf的Mask矩阵，也就是说，在解码端计算中，在当前位置，通过未来信息掩码把序列之后的信息屏蔽掉了，避免了$t$ 时刻之后的位置对当前的计算产生影响。图\ref{fig:12-13}给出了一个具体的实例。
\item {\small\bfnew{未来信息掩码}}\index{未来信息掩码}（Future Mask\index{Future Mask}）。对于解码器来说，由于在预测的时候是自左向右进行的，即第$t$时刻解码器的输出只能依赖于$t$时刻之前的输出。且为了保证训练解码一致，避免在训练过程中观测到目标语言端每个位置未来的信息，因此需要对未来信息进行屏蔽。具体的做法是：构造一个上三角值全为-inf的Mask矩阵，也就是说，在解码端计算中，在当前位置，通过未来信息掩码把序列之后的信息屏蔽掉了，避免了$t$ 时刻之后的位置对当前的计算产生影响。图\ref{fig:12-13}给出了一个具体的实例。
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% 图3.10
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\section{训练}
\parinterval 与前面介绍的神经机器翻译模型的训练一样，Transformer的训练流程为：首先对模型进行初始化，然后在编码器输入包含结束符的源语言单词序列。前面已经介绍过，解码端每个位置单词的预测都要依赖已经生成的序列。在解码端输入包含起始符号的目标语序列，通过起始符号预测目标语的第一个单词，用真实的目标语的第一个单词去预测第二个单词，以此类推，然后用真实的目标语序列和预测的结果比较，计算它的损失。Transformer使用了交叉熵损失函数，损失越小说明模型的预测越接近真实输出。然后利用反向传播来调整模型中的参数。由于Transformer 将任意时刻输入信息之间的距离拉近为1，摒弃了RNN中每一个时刻的计算都要基于前一时刻的计算这种具有时序性的训练方式，因此Transformer中训练的不同位置可以并行化训练，大大提高了训练效率。
\parinterval 与前面介绍的神经机器翻译模型的训练一样，Transformer的训练流程为：首先对模型进行初始化，然后在编码器输入包含结束符的源语言单词序列。前面已经介绍过，解码端每个位置单词的预测都要依赖已经生成的序列。在解码端输入包含起始符号的目标语言序列，通过起始符号预测目标语言的第一个单词，用真实的目标语言的第一个单词去预测第二个单词，以此类推，然后用真实的目标语言序列和预测的结果比较，计算它的损失。Transformer使用了交叉熵损失函数，损失越小说明模型的预测越接近真实输出。然后利用反向传播来调整模型中的参数。由于Transformer 将任意时刻输入信息之间的距离拉近为1，摒弃了RNN中每一个时刻的计算都要基于前一时刻的计算这种具有时序性的训练方式，因此Transformer中训练的不同位置可以并行化训练，大大提高了训练效率。
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%\begin{figure}[htp]
......@@ -565,7 +565,7 @@ Transformer Deep（48层） & 30.2 & 43.1 & 194$\times 10^
\parinterval Transformer解码器生成译文词序列的过程和其它神经机器翻译系统类似，都是从左往右生成，且下一个单词的预测依赖已经生成的单词。其具体推断过程如图\ref{fig:12-19}所示，其中$\mathbi{C}_i$是编码-解码注意力的结果，解码器首先根据“<sos>”和$\mathbi{C}_1$生成第一个单词“how”，然后根据“how”和$\mathbi{C}_2$生成第二个单词“are”，以此类推，当解码器生成“<eos>”时结束推断。
\parinterval 但是，Transformer在推断阶段无法对所有位置进行并行化操作，因为对于每一个目标语单词都需要对前面所有单词进行注意力操作，因此它推断速度非常慢。可以采用的加速手段有：Cache（缓存需要重复计算的变量）\upcite{Vaswani2018Tensor2TensorFN}、低精度计算\upcite{DBLP:journals/corr/CourbariauxB16,Lin2020TowardsF8}、共享注意力网络等\upcite{Xiao2019SharingAW}。关于Transformer模型的推断加速方法将会在{\chapterfourteen}进一步深入讨论。
\parinterval 但是，Transformer在推断阶段无法对所有位置进行并行化操作，因为对于每一个目标语言单词都需要对前面所有单词进行注意力操作，因此它推断速度非常慢。可以采用的加速手段有：Cache（缓存需要重复计算的变量）\upcite{Vaswani2018Tensor2TensorFN}、低精度计算\upcite{DBLP:journals/corr/CourbariauxB16,Lin2020TowardsF8}、共享注意力网络等\upcite{Xiao2019SharingAW}。关于Transformer模型的推断加速方法将会在{\chapterfourteen}进一步深入讨论。
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\begin{figure}[htp]
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Chapter15/chapter15.tex
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Chapter16/Figures/figure-bilingual-dictionary-Induction.tex
......@@ -9,7 +9,7 @@
\draw [-,thick] (-0.7,1.0)--(-0.7,-1.0);
\node [anchor=center](c1) at (-0.1,0){\tiny{$\mathbi{Y}$}};
\node [anchor=center](c2) at (-0.3,-0.7){\tiny{$\mathbi{W}\cdot \mathbi{X}$}};
\node [anchor=center](c2) at (-0.3,-0.7){\tiny{$\mathbi{W} \mathbi{X}$}};
\node [anchor=center,red!70](cr1) at (0.65,-0.65){\scriptsize{$\bullet$}};
\node [anchor=center,ublue](cb1) at (0.6,-0.5){\scriptsize{$\bullet$}};
\node [anchor=center,red!70](cr2) at (1.65,-0.65){\scriptsize{$\bullet$}};
......@@ -30,7 +30,7 @@
\draw [-,thick] (-0.7,1.0)--(-0.7,-1.0);
\node [anchor=center](c1) at (-0.1,0){\tiny{$\mathbi{Y}$}};
\node [anchor=center](c2) at (-0.3,-0.7){\tiny{$\mathbi{W}\cdot \mathbi{X}$}};
\node [anchor=center](c2) at (-0.3,-0.7){\tiny{$\mathbi{W} \mathbi{X}$}};
\node [anchor=center,red!70](cr1) at (0.65,-0.65){\scriptsize{$\bullet$}};
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......@@ -136,7 +136,7 @@
\draw [-,thick] (-0.8,1.0)--(-0.8,-1.0);
\node [anchor=center](c1) at (0.1,0.6){\tiny{$\mathbi{Y}$}};
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......
Chapter16/Figures/figure-shared-space-inductive-bilingual-dictionary.tex
......@@ -88,8 +88,8 @@
\node [anchor=north](part1) at ([yshift=0.5em]circle1.south){\small{$\mathbi{X}$}};
\node [anchor=west](part2) at ([xshift=6em]part1.east){\small{$\mathbi{Y}$}};
\node [anchor=west](part3) at ([xshift=8.2em]part2.east){\small{$\mathbi{X}\cdot \mathbi{W}$}};
\node [anchor=west](part3) at ([xshift=15.0em]part2.east){\small{$\mathbi{X}\cdot \mathbi{W}$和$\mathbi{Y}$在同一空间}};
\node [anchor=west](part3) at ([xshift=8.5em]part2.east){\small{$\mathbi{X} \mathbi{W}$}};
\node [anchor=west](part3) at ([xshift=15.0em]part2.east){\small{$\mathbi{X} \mathbi{W}$和$\mathbi{Y}$在同一空间}};
\node [anchor=center](c1) at (5.4,-1.0){\small{$\mathbi{W}$}};
......
Chapter16/chapter16.tex
......@@ -24,7 +24,7 @@
\parinterval 神经机器翻译带来的性能提升是显著的，但随之而来的问题是对海量双语训练数据的依赖。不过，不同语言可以使用的数据规模是不同的。比如汉语、英语这种使用范围广泛的语言，存在着大量的双语平行句对，这些语言被称为{\small\bfnew{富资源语言}}\index{富资源语言}（High-resource Language\index{High-resource Language}）。而对于其它一些使用范围稍小的语言，如斐济语、古吉拉特语等，相关的数据非常稀少，这些语言被称为{\small\bfnew{低资源语言}}\index{低资源语言}（Low-resource Language\index{Low-resource Language}）。世界上现存语言超过5000种，仅有很少一部分为富资源语言，绝大多数均为低资源语言。即使在富资源语言中，对于一些特定的领域，双语平行语料也是十分稀缺的。有时，一些特殊的语种或者领域甚至会面临“零资源”的问题。因此，{\small\bfnew{低资源机器翻译}}\index{低资源机器翻译}（Low-resource Machine Translation）是当下急需解决且颇具挑战的问题。
\parinterval 本章将对低资源神经机器机器翻译的相关问题、模型和方法展开介绍，内容涉及数据的有效使用、双向翻译模型、多语言翻译建模、无监督机器翻译、领域适应五个方面。下面一一展开讨论。
\parinterval 本章将对低资源神经机器翻译的相关问题、模型和方法展开介绍，内容涉及数据的有效使用、双向翻译模型、多语言翻译建模、无监督机器翻译、领域适应五个方面。下面一一展开讨论。
%----------------------------------------------------------------------------------------
% NEW SECTION 16.1
......@@ -181,7 +181,7 @@
\parinterval 神经机器翻译模型所使用的编码器-解码器框架天然就包含了对输入（源语言）和输出（目标语言）进行表示学习的过程。在编码端，需要学习一种分布式表示来表示源语言句子的信息，这种分布式表示可以包含序列中每个位置的表示结果（见{\chapternine}）。从结构上看，神经机器翻译所使用的编码器与神经语言模型无异，或者说神经机器翻译的编码器其实就是一个源语言的语言模型。唯一的区别在于，神经机器翻译的编码器并不直接输出源语言句子的生成概率，而传统语言模型是建立在序列生成任务上的。既然神经机器翻译的编码器可以与解码器一起在双语数据上联合训练，那为什么不使用更大规模的数据单独对编码器进行训练呢？或者说，直接使用一个预先训练好的编码器，与机器翻译的解码器配合完成翻译过程。
\parinterval 实现上述想法的一种手段是{\small\sffamily\bfnew{预训练}}\index{预训练}（Pre-training）\index{Pre-training,DBLP:conf/nips/DaiL15,DBLP:journals/corr/abs-1802-05365,radford2018improving,devlin2019bert}。预训练的做法相当于将表示模型的学习任务从目标任务中分离出来，这样可以利用额外的更大规模的数据进行学习。常用的一种方法是使用语言建模等方式在大规模单语数据上进行训练，来得到神经机器翻译模型中的一部分（比如词嵌入和编码器等）的模型参数，作为模型的初始值。然后，神经机器翻译模型在双语数据上进行{\small\sffamily\bfnew{微调}}\index{微调}（Fine-tuning）\index{Fine-tuning}，以得到最终的翻译模型。
\parinterval 实现上述想法的一种手段是{\small\sffamily\bfnew{预训练}}\index{预训练}（Pre-training）\index{Pre-training}\upcite{DBLP:conf/nips/DaiL15,DBLP:journals/corr/abs-1802-05365,radford2018improving,devlin2019bert}。预训练的做法相当于将表示模型的学习任务从目标任务中分离出来，这样可以利用额外的更大规模的数据进行学习。常用的一种方法是使用语言建模等方式在大规模单语数据上进行训练，来得到神经机器翻译模型中的一部分（比如词嵌入和编码器等）的模型参数，作为模型的初始值。然后，神经机器翻译模型在双语数据上进行{\small\sffamily\bfnew{微调}}\index{微调}（Fine-tuning）\index{Fine-tuning}，以得到最终的翻译模型。
\parinterval 词嵌入可以被看作是对每个独立单词进行的表示学习，在自然语言处理的众多任务中都扮演着重要角色\upcite{DBLP:conf/icml/CollobertW08,2011Natural,DBLP:journals/corr/abs-1901-09069}。到目前为止已经有大量的词嵌入学习方法被提出（见{\chapternine}），因此可以直接应用这些方法在海量的单语数据上训练得到词嵌入，用来初始化神经机器翻译模型的词嵌入矩阵\upcite{DBLP:conf/aclwat/NeishiSTIYT17,2018When}。
......@@ -595,19 +595,19 @@
\begin{itemize}
\vspace{0.5em}
\item 基于GAN的方法\upcite{DBLP:conf/iclr/LampleCRDJ18,DBLP:conf/acl/ZhangLLS17,DBLP:conf/emnlp/XuYOW18,DBLP:conf/naacl/MohiuddinJ19}。在这个方法中，通过生成器来产生映射$\mathbi{W}$，鉴别器负责区分随机抽样的元素$\mathbi{W}\cdot \mathbi{X}$ 和$\mathbi{Y}$，两者共同优化收敛后即可得到映射$\mathbi{W}$。
\item 基于GAN的方法\upcite{DBLP:conf/iclr/LampleCRDJ18,DBLP:conf/acl/ZhangLLS17,DBLP:conf/emnlp/XuYOW18,DBLP:conf/naacl/MohiuddinJ19}。在这个方法中，通过生成器来产生映射$\mathbi{W}$，鉴别器负责区分随机抽样的元素$\mathbi{W} \mathbi{X}$ 和$\mathbi{Y}$，两者共同优化收敛后即可得到映射$\mathbi{W}$。
\vspace{0.5em}
\item 基于Gromov-Wasserstein 的方法\upcite{DBLP:conf/emnlp/Alvarez-MelisJ18,DBLP:conf/lrec/GarneauGBDL20,DBLP:journals/corr/abs-1811-01124,DBLP:conf/emnlp/XuYOW18}。Wasserstein距离是度量空间中定义两个概率分布之间距离的函数。在这个任务中，它用来衡量不同语言中单词对之间的相似性，利用空间近似同构的信息可以定义出一些目标函数，之后通过优化该目标函数也可以得到映射$\mathbi{W}$。
\vspace{0.5em}
\end{itemize}
\parinterval 在得到映射$\mathbi{W}$之后，对于$\mathbi{X}$中的任意一个单词$x_{i}$，通过$\mathbi{W}\cdot \mathbi{E}({x}_{i})$将其映射到空间$\mathbi{y}$中（$\mathbi{E}({x}_{i})$表示的是单词$x_{i}$的词嵌入向量），然后在$\mathbi{Y}$中找到该点的最近邻点$y_{j}$，于是$y_{j}$就是$x_{i}$的翻译词，重复该过程即可归纳出种子词典$D$，第一阶段结束。事实上，由于第一阶段缺乏监督信号，得到的种子词典$D$会包含大量的噪音，性能并不高，因此需要进行进一步的微调。
\parinterval 在得到映射$\mathbi{W}$之后，对于$\mathbi{X}$中的任意一个单词$x_{i}$，通过$\mathbi{W} \mathbi{E}({x}_{i})$将其映射到空间$\mathbi{y}$中（$\mathbi{E}({x}_{i})$表示的是单词$x_{i}$的词嵌入向量），然后在$\mathbi{Y}$中找到该点的最近邻点$y_{j}$，于是$y_{j}$就是$x_{i}$的翻译词，重复该过程即可归纳出种子词典$D$，第一阶段结束。事实上，由于第一阶段缺乏监督信号，得到的种子词典$D$会包含大量的噪音，性能并不高，因此需要进行进一步的微调。
\parinterval 微调的原理普遍基于普氏分析\upcite{DBLP:journals/corr/MikolovLS13}。假设现在有一个种子词典$D=\left\{x_{i}, y_{i}\right\}$其中${i \in\{1, n\}}$，和两个单语词嵌入$\mathbi{X}$和$\mathbi{Y}$，那么就可以将$D$作为{\small\bfnew{映射锚点}}\index{映射锚点}（Anchor\index{Anchor}）学习一个转移矩阵$\mathbi{W}$，使得$\mathbi{W}\cdot \mathbi{X}$与$\mathbi{Y}$这两个空间尽可能相近，此外通过对$\mathbi{W}$施加正交约束可以显著提高能\upcite{DBLP:conf/naacl/XingWLL15}，于是这个优化问题就转变成了{\small\bfnew{普鲁克问题}}\index{普鲁克问题}（Procrustes Problem\index{Procrustes Problem}）\upcite{DBLP:conf/iclr/SmithTHH17}，可以通过{\small\bfnew{奇异值分解}}\index{奇异值分解}（Singular Value Decomposition，SVD\index{Singular Value Decomposition，SVD}）来获得近似解：
\parinterval 微调的原理普遍基于普氏分析\upcite{DBLP:journals/corr/MikolovLS13}。假设现在有一个种子词典$D=\left\{x_{i}, y_{i}\right\}$其中${i \in\{1, n\}}$，和两个单语词嵌入$\mathbi{X}$和$\mathbi{Y}$，那么就可以将$D$作为{\small\bfnew{映射锚点}}\index{映射锚点}（Anchor\index{Anchor}）学习一个转移矩阵$\mathbi{W}$，使得$\mathbi{W} \mathbi{X}$与$\mathbi{Y}$这两个空间尽可能相近，此外通过对$\mathbi{W}$施加正交约束可以显著提高能\upcite{DBLP:conf/naacl/XingWLL15}，于是这个优化问题就转变成了{\small\bfnew{普鲁克问题}}\index{普鲁克问题}（Procrustes Problem\index{Procrustes Problem}）\upcite{DBLP:conf/iclr/SmithTHH17}，可以通过{\small\bfnew{奇异值分解}}\index{奇异值分解}（Singular Value Decomposition，SVD\index{Singular Value Decomposition，SVD}）来获得近似解：
\begin{eqnarray}
\mathbi{W}^{\star} & = &\underset{\mathbi{W} \in O_{d}(\mathbb{R})}{\operatorname{argmin}}\|\mathbi{W}\cdot \mathbi{X}'- \mathbi{Y}' \|_{\mathrm{F}}=\mathbi{U}\cdot \mathbi{V}^{\rm{T}} \\ \label{eq:16-9}
\textrm{s.t.\ \ \ \ } \mathbi{U} \Sigma \mathbi{V}^{\rm{T}} &= &\operatorname{SVD}\left(\mathbi{Y}'\cdot \mathbi{X}'^{\rm{T}}\right)
\mathbi{W}^{\star} & = &\underset{\mathbi{W} \in O_{d}(\mathbb{R})}{\operatorname{argmin}}\|\mathbi{W} \mathbi{X}'- \mathbi{Y}' \|_{\mathrm{F}}=\mathbi{U} \mathbi{V}^{\rm{T}} \\ \label{eq:16-9}
\textrm{s.t.\ \ \ \ } \mathbi{U} \Sigma \mathbi{V}^{\rm{T}} &= &\operatorname{SVD}\left(\mathbi{Y}' \mathbi{X}'^{\rm{T}}\right)
\label{eq:16-10}
\end{eqnarray}
......
Chapter18/chapter18.tex
......@@ -18,7 +18,7 @@
\chapterimage{fig-NEU-8.jpg} % Chapter heading image
%----------------------------------------------------------------------------------------
% CHAPTER 17
% CHAPTER 18
%----------------------------------------------------------------------------------------
\chapter{机器翻译应用技术}
......@@ -106,25 +106,53 @@
\section{交互式机器翻译}
\parinterval 机器翻译的结果会存在错误，因此很多时候需要人工的修改才能被使用。例如，在{\small\bfnew 译后编辑}\index{译后编辑}（Post-editing）\index{Post-editing}中，译员对机器翻译的译文进行修改，最终使译文达到要求。但是，译后编辑的成本仍然很高，因为它需要译员阅读机器翻译的结果，同时做出修改的动作。有时候，由于译文修改的内容较为复杂，译后编辑的时间甚至比人工直接翻译源语言句子的时间都长。因此在机器翻译应用中，需要更高效的方式调整机器翻译的结果，使其达到可用。比如，可以使用质量评估方法（{\chapterfour}），选择模型置信度较高的译文进行译后编辑，对置信度低的译文直接进行人工翻译。而另一种思路是，让人的行为直接影响机器翻译生成译文的过程，让人和机器翻译系统进行交互，在不断的修正中生成更好的译文。这个过程也被称作{\small\bfnew 交互式机器翻译}\index{交互式机器翻译}（Interactive Machine Translation,，IMT）\index{Interactive Machine Translation,，IMT}。
\parinterval 交互式机器翻译的大致流程如下：机器翻译系统根据用户输入的源语言句子预测出可能的译文交给用户，然后用户在现有翻译的基础上进行接受、修改或者删除等操作，然后翻译系统根据用户的反馈信息再次生成比前一次更好的翻译并提交给用户。以此循环，直到得到最终的译文。
\parinterval {\red 图1.3.1}给出了一个使用TranSmart系统进行交互式机器翻译的例子，在这里我们要将一个汉语句子“疼痛/也/可能/会在/夜间/使/你/醒来。”翻译成英语“The pain may also wake you up during the night .”。在开始交互之前，系统首先推荐一个可能的译文“The pain may also wake you up at night .”。在第一次交互中，用户将单词at替换成during，然后系统根据用户修改后的译文立即给出新的译文候选，提供给用户选择。循环往复，直到用户接受了系统当前推荐的译文。
%----------------------------------------------
\begin{figure}[htp]
\centering
%\input{./Chapter18/Figures/figure-comparison-of-incremental-model-optimization-methods}
%\setlength{\abovecaptionskip}{-0.2cm}
\caption{使用TranSmart系统进行交互式翻译的实例}
\label{fig:18-1}
\end{figure}
%----------------------------------------------
\parinterval 交互式机器翻译系统主要通过用户的反馈来提升译文的质量，不同类型的反馈信息则影响着系统最终的性能。根据反馈形式的不同，可以将交互式机器翻译分为以下几种：
\begin{itemize}
\item {\small\bfnew 基于前缀的交互式机器翻译}。早期的交互式机器翻译系统都是采用基于前缀的方式。基于翻译系统生成的初始译文，翻译人员从左到右检查翻译的正确性，并在第一个错误的位置进行更正。这为系统提供了一种双重信号：表明该位置上单词必须是译员修改过后的单词，并且该位置之前的单词都是正确的。之后系统根据已经检查过的前缀再生成后面的译文\upcite{DBLP:conf/acl/WuebkerGDHL16,Zens2003EfficientSF,DBLP:journals/coling/BarrachinaBCCCKLNTVV09,DBLP:journals/csl/PerisC19}。
\item {\small\bfnew 基于片段的交互式机器翻译}。根据用户提供的反馈来生成更好的翻译结果是交互式翻译系统的关键。而基于前缀的系统则存在一个严重的缺陷，当翻译系统获得确定的翻译前缀之后，再重新生成译文时会将原本正确的翻译后缀遗漏了，因此会引入新的错误。在基于片段的交互式机器翻译系统中，翻译人员除了纠正第一个错误的单词，还可以指定在未来迭代中保留的单词序列。之后系统根据这些反馈信号再生成新的译文\upcite{Peris2017InteractiveNM,DBLP:journals/mt/DomingoPC17}。
\item {\small\bfnew 基于评分的交互式机器翻译}。随着计算机算力的提升，有时会出现“机器等人”的现象，因此需要提升人参与交互的效率也是需要考虑的。与之前的系统不同，基于评分的交互式机器翻译系统不需要译员选择、纠正或删除某个片段，而是使用译员对译文的评分来强化机器翻译的学习\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1805-01553,DBLP:conf/emnlp/NguyenDB17}。
\end{itemize}
\parinterval 除此之外，基于在线学习的框架越来越引发人们的关注。在学习过程中，用户希望翻译系统能从反馈中自动纠正以前的错误。当用户最终确认一个修改过后的译文后，翻译系统将源语与该修正后的译文作为训练语料继续训练\upcite{DBLP:conf/acl/DomingoGEBHPCH19}。实际上，交互式机器翻译是机器翻译大规模应用的重要路径之一，它为打通译员和机器翻译系统之间的障碍提供了手段。不过，交互式机器翻译也有许多挑战等待解决。一个是如何设计交互方式？理想的交互方式应该式更加贴近译员输入文字的习惯，比如，利用输入法完成交互；另一个是如何把交互式翻译嵌入到翻译的生产流程里？这本身不完全是一个技术问题，可能需要更多的产品手段来求解。
%----------------------------------------------------------------------------------------
% NEW SECTION
%----------------------------------------------------------------------------------------
\section{翻译结果可干预性}
\parinterval 交互式机器翻译体现了一种用户的行为“干预”机器翻译结果的思想。实际上，在机器翻译出现错误时，人们总是希望用一种直接有效的方式“改变”译文，到达改善翻译质量的目的。比如，如果机器翻译系统可以输出多个候选译文，用户可以在其中挑选最好的译文进行输出。也就是，人干预了译文候选的排序过程。另一个例子是使用{\small\bfnew{翻译记忆}}\index{翻译记忆}（Translation Memory\index{Translation Memory}）改善机器翻译系统的性能。翻译记忆记录了高质量的源语言-目标语言句对，有时也可以被看作是一种先验知识或“记忆”。因此，当进行机器翻译（包括统计机器翻译和神经机器翻译）时，使用翻译记忆指导翻译过程也可以被看作是一种干预手段（{\color{red} 参考文献！SMT和NMT都有，SMT中CL上有个长文，自动化所的，NMT的我记得腾讯应该有，找到后和我确认一下！}）。
\parinterval 交互式机器翻译体现了一种用户的行为“干预”机器翻译结果的思想。实际上，在机器翻译出现错误时，人们总是希望用一种直接有效的方式“改变”译文，到达改善翻译质量的目的。比如，如果机器翻译系统可以输出多个候选译文，用户可以在其中挑选最好的译文进行输出。也就是，人干预了译文候选的排序过程。另一个例子是使用{\small\bfnew{翻译记忆}}\index{翻译记忆}（Translation Memory\index{Translation Memory}）改善机器翻译系统的性能。翻译记忆记录了高质量的源语言-目标语言句对，有时也可以被看作是一种先验知识或“记忆”。因此，当进行机器翻译（包括统计机器翻译和神经机器翻译）时，使用翻译记忆指导翻译过程也可以被看作是一种干预手段\upcite{DBLP:conf/acl/WangZS13,DBLP:conf/aaai/XiaHLS19}。
\parinterval 虽然干预机器翻译系统的方式很多，最常用的还是对源语言特定片段翻译的干预，以期望最终句子的译文中满足某些对片段翻译的约束。这个问题也被称作{\small\bfnew{基于约束的翻译}}\index{基于约束的翻译} （Constraint-based Translation\index{Constraint-based Translation}）。比如，在翻译网页时，需要保持译文中的网页标签与源文一致。另一个典型例子是术语翻译。在实际应用中，经常会遇到公司名称、品牌名称、产品名称等专有名词和行业术语，以及不同含义的缩写，比如，对于“小牛翻译”这个专有术语，不同的机器翻译系统给出的结果不一样:“Maverick translation”、“Calf translation”、“The mavericks translation”…… 而它正确的翻译应该为“NiuTrans”。 对于这些类似的特殊词汇，大多数机器翻译引擎很难翻译得准确。一方面，因为模型大多是在通用数据集上训练出来的，并不能保证数据集能涵盖所有的语言现象。另一方面，即使是这些术语在训练数据中出现，它们通常也是低频的，模型比较难学到。为了保证翻译的准确性，对术语翻译进行干预是十分有必要的，这对领域适应等问题的求解也是非常有意义的。
\parinterval 就{\small\bfnew 术语翻译}\index{术语翻译}（Lexically Constrained Translation）\index{Lexically Constrained Translation}而言，在不干预的情况下让模型直接翻译出正确术语是很难的，因为目标术语翻译词很可能是未登录词，因此必须人为提供额外的术语词典，那么我们的目标就是让模型的翻译输出遵守用户提供的术语约束。这个过程如图\ref{fig:18-2}所示。
\parinterval 就{\small\bfnew 术语翻译}\index{术语翻译}（Lexically Constrained Translation）\index{Lexically Constrained Translation}而言，在不干预的情况下让模型直接翻译出正确术语是很难的，因为目标术语翻译词很可能是未登录词，因此必须人为提供额外的术语词典，那么我们的目标就是让模型的翻译输出遵守用户提供的术语约束。这个过程如图\ref{fig:18-3}所示。
%----------------------------------------------
\begin{figure}[htp]
\centering
\input{./Chapter18/Figures/figure-translation-interfered}
%\setlength{\abovecaptionskip}{-0.2cm}
\caption{翻译结果可干预性（{\color{red} 这个图需要修改！有些乱，等回沈阳找我讨论！}）}
\label{fig:18-2}
\label{fig:18-3}
\end{figure}
%----------------------------------------------
......
bibliography.bib
......@@ -9438,6 +9438,22 @@ author = {Zhuang Liu and
year = {2020}
}
@inproceedings{Jawahar2019WhatDB,
title={What Does BERT Learn about the Structure of Language?},
author={Ganesh Jawahar and Beno{\^{\i}}t Sagot and Djam{\'e} Seddah},
publisher={Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year={2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/Ethayarajh19,
author = {Kawin Ethayarajh},
title = {How Contextual are Contextualized Word Representations? Comparing
the Geometry of BERT, ELMo, and {GPT-2} Embeddings},
pages = {55--65},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2019}
}
%%%%% chapter 15------------------------------------------------------
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
......@@ -12499,6 +12515,137 @@ author = {Zhuang Liu and
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%% chapter 18------------------------------------------------------
@inproceedings{DBLP:conf/aaai/XiaHLS19,
author = {Mengzhou Xia and
Guoping Huang and
Lemao Liu and
Shuming Shi},
title = {Graph Based Translation Memory for Neural Machine Translation},
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}
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title = {Demonstration of a Neural Machine Translation System with Online Learning
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year = {2019}
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@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/NguyenDB17,
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publisher = {Empirical Methods in Natural Language Processing},
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@article{DBLP:journals/corr/abs-1805-01553,
author = {Tsz Kin Lam and
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journal = {CoRR},
volume = {abs/1805.01553},
year = {2018}
}
@article{DBLP:journals/mt/DomingoPC17,
author = {Miguel Domingo and
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title = {Segment-based interactive-predictive machine translation},
journal = {Machine Translation},
volume = {31},
number = {4},
pages = {163--185},
year = {2017}
}
@article{Peris2017InteractiveNM,
title={Interactive neural machine translation},
author={{\'A}lvaro Peris and Miguel Domingo and F. Casacuberta},
journal={Computer Speech and Language},
year={2017},
volume={45},
pages={201-220}
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@article{DBLP:journals/csl/PerisC19,
author = {{\'{A}}lvaro Peris and
Francisco Casacuberta},
title = {Online learning for effort reduction in interactive neural machine
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journal = {Computer Speech Language},
volume = {58},
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year = {2019}
}
@article{DBLP:journals/coling/BarrachinaBCCCKLNTVV09,
author = {Sergio Barrachina and
Oliver Bender and
Francisco Casacuberta and
Jorge Civera and
Elsa Cubel and
Shahram Khadivi and
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Hermann Ney and
Jes{\'{u}}s Tom{\'{a}}s and
Enrique Vidal and
Juan Miguel Vilar},
title = {Statistical Approaches to Computer-Assisted Translation},
journal = {Computer Linguistics},
volume = {35},
number = {1},
pages = {3--28},
year = {2009}
}
@inproceedings{Zens2003EfficientSF,
title={Efficient Search for Interactive Statistical Machine Translation},
author={Franz Josef Och and Richard Zens and Hermann Ney},
booktitle={the European Chapter of the Association for Computational Linguistics},
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}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/WuebkerGDHL16,
author = {Joern Wuebker and
Spence Green and
John DeNero and
Sasa Hasan and
Minh-Thang Luong},
title = {Models and Inference for Prefix-Constrained Machine Translation},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2016}
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@article{DBLP:journals/corr/abs-2010-05680,
author = {Jiarui Fang and
Yang Yu and
......
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