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Caorunzhe

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Chapter10/chapter10.tex
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\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 实际上，编码器-解码器模型也并不是表示学习实现的唯一途径。比如，在{\chapternine}提到的神经语言模型实际上也是一种有效的学习句子表示的方法，它所衍生出的预训练模型可以从大规模单语数据上学习句子的表示形式。这种学习会比使用少量的双语数据进行编码端和解码端的学习更加充分。相比机器翻译任务，语言模型相当于一个编码器的学习 \footnote{相比神经机器翻译的编码器，神经语言模型会多出一个输出层，这时可以直接把神经语言模型的中间层的输出作为编码器的输出。}，可以无缝嵌入到神经机器翻译模型中。不过，值得注意的是，机器翻译的目的是解决双语字符串之间的映射问题，因此它所使用的句子表示是为了更好地进行翻译。从这个角度说，机器翻译中的表示学习又和语言模型中的表示学习有不同。不过，这里不会深入讨论神经语言模型和预训练与神经机器翻译之间的异同，在后续章节会有相关讨论。 \parinterval 实际上，编码器-解码器模型也并不是表示学习实现的唯一途径。比如，在{\chapternine}提到的神经语言模型实际上也是一种有效的学习句子表示的方法，它所衍生出的预训练模型可以从大规模单语数据上学习句子的表示形式。这种学习会比使用少量的双语数据进行编码器和解码器的学习更加充分。相比机器翻译任务，语言模型相当于一个编码器的学习 \footnote{相比神经机器翻译的编码器，神经语言模型会多出一个输出层，这时可以直接把神经语言模型的中间层的输出作为编码器的输出。}，可以无缝嵌入到神经机器翻译模型中。不过，值得注意的是，机器翻译的目的是解决双语字符串之间的映射问题，因此它所使用的句子表示是为了更好地进行翻译。从这个角度说，机器翻译中的表示学习又和语言模型中的表示学习有不同。不过，这里不会深入讨论神经语言模型和预训练与神经机器翻译之间的异同，在后续章节会有相关讨论。
\parinterval 还有一点，在神经机器翻译中，句子的表示形式可以有很多选择。使用单个向量表示一个句子是一种最简单的方法。当然，也可以用矩阵、高阶张量完成表示。甚至，在解码时动态地生成源语言的表示结果。 \parinterval 还有一点，在神经机器翻译中，句子的表示形式可以有很多选择。使用单个向量表示一个句子是一种最简单的方法。当然，也可以用矩阵、高阶张量完成表示。甚至，在解码时动态地生成源语言的表示结果。
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\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 解码器直接把源语言句子的分布式表示作为输入的隐层状态，之后像编码器一样依次读入目标语言单词，这是一个标准的循环神经网络的执行过程。与编码器不同的是，解码器会有一个输出层，用于根据当前时间步的隐层状态生成目标语言单词及其概率分布。可以看到，解码端当前时刻的输出单词与下一个时刻的输入单词是一样的。从这个角度说，解码器也是一种神经语言模型，只不过它会从另外一种语言（源语言）获得一些信息，而不是仅仅做单语句子的生成。具体来说，当生成第一个单词“I”时，解码器利用了源语言句子表示（红色方框）和目标语言的起始词“<sos>”。在生成第二个单词“am”时，解码器利用了上一个时间步的隐藏状态和已经生成的“I”的信息。这个过程会循环执行，直到生成完整的目标语言句子。 \parinterval 解码器直接把源语言句子的分布式表示作为输入的隐层状态，之后像编码器一样依次读入目标语言单词，这是一个标准的循环神经网络的执行过程。与编码器不同的是，解码器会有一个输出层，用于根据当前时间步的隐层状态生成目标语言单词及其概率分布。可以看到，解码器当前时刻的输出单词与下一个时刻的输入单词是一样的。从这个角度说，解码器也是一种神经语言模型，只不过它会从另外一种语言（源语言）获得一些信息，而不是仅仅做单语句子的生成。具体来说，当生成第一个单词“I”时，解码器利用了源语言句子表示（红色方框）和目标语言的起始词“<sos>”。在生成第二个单词“am”时，解码器利用了上一个时间步的隐藏状态和已经生成的“I”的信息。这个过程会循环执行，直到生成完整的目标语言句子。
\parinterval 从这个例子可以看出，神经机器翻译的流程其实并不复杂：首先通过编码器神经网络将源语言句子编码成实数向量，然后解码器神经网络利用这个向量逐词生成译文。现在几乎所有的神经机器翻译系统都采用类似的架构。 \parinterval 从这个例子可以看出，神经机器翻译的流程其实并不复杂：首先通过编码器神经网络将源语言句子编码成实数向量，然后解码器神经网络利用这个向量逐词生成译文。现在几乎所有的神经机器翻译系统都采用类似的架构。
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\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 在神经机器翻译里使用循环神经网络也很简单。只需要把源语言句子和目标语言句子分别看作两个序列，之后使用两个循环神经网络分别对其进行建模。这个过程如图\ref{fig:10-9}所示。图中，下半部分是编码器，上半部分是解码器。编码器利用循环神经网络对源语言序列逐词进行编码处理，同时利用循环单元的记忆能力，不断累积序列信息，遇到终止符<eos>后便得到了包含源语言句子全部信息的表示结果。解码器利用编码器的输出和起始符<sos>开始逐词地进行解码，即逐词翻译，每得到一个译文单词，便将其作为当前时刻解码端循环单元的输入，这也是一个典型的神经语言模型的序列生成过程。解码器通过循环神经网络不断地累积已经得到的译文的信息，并继续生成下一个单词，直到遇到结束符<eos>，便得到了最终完整的译文。 \parinterval 在神经机器翻译里使用循环神经网络也很简单。只需要把源语言句子和目标语言句子分别看作两个序列，之后使用两个循环神经网络分别对其进行建模。这个过程如图\ref{fig:10-9}所示。图中，下半部分是编码器，上半部分是解码器。编码器利用循环神经网络对源语言序列逐词进行编码处理，同时利用循环单元的记忆能力，不断累积序列信息，遇到终止符<eos>后便得到了包含源语言句子全部信息的表示结果。解码器利用编码器的输出和起始符<sos>开始逐词地进行解码，即逐词翻译，每得到一个译文单词，便将其作为当前时刻解码器端循环单元的输入，这也是一个典型的神经语言模型的序列生成过程。解码器通过循环神经网络不断地累积已经得到的译文的信息，并继续生成下一个单词，直到遇到结束符<eos>，便得到了最终完整的译文。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
...@@ -681,7 +681,7 @@ $\funp{P}({y_j | \mathbi{s}_{j-1} ,y_{j-1},\mathbi{C}})$由Softmax实现，Softm ...@@ -681,7 +681,7 @@ $\funp{P}({y_j | \mathbi{s}_{j-1} ,y_{j-1},\mathbi{C}})$由Softmax实现，Softm
\begin{itemize} \begin{itemize}
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\item 首先，虽然编码器把一个源语言句子的表示传递给解码器，但是一个维度固定的向量所能包含的信息是有限的，随着源语言序列的增长，将整个句子的信息编码到一个固定维度的向量中可能会造成源语言句子信息的丢失。显然，在翻译较长的句子时，解码端可能无法获取完整的源语言信息，降低翻译性能； \item 首先，虽然编码器把一个源语言句子的表示传递给解码器，但是一个维度固定的向量所能包含的信息是有限的，随着源语言序列的增长，将整个句子的信息编码到一个固定维度的向量中可能会造成源语言句子信息的丢失。显然，在翻译较长的句子时，解码器可能无法获取完整的源语言信息，降低翻译性能；
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 此外，当生成某一个目标语言单词时，并不是均匀地使用源语言句子中的单词信息。更普遍的情况是，系统会参考与这个目标语言单词相对应的源语言单词进行翻译。这有些类似于词对齐的作用，即翻译是基于单词之间的某种对应关系。但是，使用单一的源语言表示根本无法区分源语言句子的不同部分，更不用说对源语言单词和目标语言单词之间的联系进行建模了。 \item 此外，当生成某一个目标语言单词时，并不是均匀地使用源语言句子中的单词信息。更普遍的情况是，系统会参考与这个目标语言单词相对应的源语言单词进行翻译。这有些类似于词对齐的作用，即翻译是基于单词之间的某种对应关系。但是，使用单一的源语言表示根本无法区分源语言句子的不同部分，更不用说对源语言单词和目标语言单词之间的联系进行建模了。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
...@@ -725,7 +725,7 @@ $\funp{P}({y_j | \mathbi{s}_{j-1} ,y_{j-1},\mathbi{C}})$由Softmax实现，Softm ...@@ -725,7 +725,7 @@ $\funp{P}({y_j | \mathbi{s}_{j-1} ,y_{j-1},\mathbi{C}})$由Softmax实现，Softm
\label{eq:10-16} \label{eq:10-16}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\noindent 其中，$\alpha_{i,j}$是{\small\sffamily\bfseries{注意力权重}}\index{注意力权重}（Attention Weight）\index{Attention Weight}，它表示目标语言第$j$个位置与源语言第$i$个位置之间的相关性大小。这里，将每个时间步编码器的输出$\mathbi{h}_i$ 看作源语言位置$i$的表示结果。进行翻译时，解码端可以根据当前的位置$j$，通过控制不同$\mathbi{h}_i$的权重得到$\mathbi{C}_j$，使得对目标语言位置$j$贡献大的$\mathbi{h}_i$对$\mathbi{C}_j$的影响增大。也就是说，$\mathbi{C}_j$实际上就是\{${\mathbi{h}_1, \mathbi{h}_2,...,\mathbi{h}_m}$\}的一种组合，只不过不同的$\mathbi{h}_i$会根据对目标端的贡献给予不同的权重。图\ref{fig:10-19}展示了上下文向量$\mathbi{C}_j$的计算过程。 \noindent 其中，$\alpha_{i,j}$是{\small\sffamily\bfseries{注意力权重}}\index{注意力权重}（Attention Weight）\index{Attention Weight}，它表示目标语言第$j$个位置与源语言第$i$个位置之间的相关性大小。这里，将每个时间步编码器的输出$\mathbi{h}_i$ 看作源语言位置$i$的表示结果。进行翻译时，解码器可以根据当前的位置$j$，通过控制不同$\mathbi{h}_i$的权重得到$\mathbi{C}_j$，使得对目标语言位置$j$贡献大的$\mathbi{h}_i$对$\mathbi{C}_j$的影响增大。也就是说，$\mathbi{C}_j$实际上就是\{${\mathbi{h}_1, \mathbi{h}_2,...,\mathbi{h}_m}$\}的一种组合，只不过不同的$\mathbi{h}_i$会根据对目标端的贡献给予不同的权重。图\ref{fig:10-19}展示了上下文向量$\mathbi{C}_j$的计算过程。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
...@@ -1167,7 +1167,7 @@ L(\mathbi{Y},\widehat{\mathbi{Y}}) &=& \sum_{j=1}^n L_{\textrm{ce}}(\mathbi{y}_j ...@@ -1167,7 +1167,7 @@ L(\mathbi{Y},\widehat{\mathbi{Y}}) &=& \sum_{j=1}^n L_{\textrm{ce}}(\mathbi{y}_j
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\vspace{0.2em} \vspace{0.2em}
\parinterval 解码端的每一步Softmax层会输出所有单词的概率，由于是基于贪心的方法，这里会选择概率最大（top-1）的单词作为输出。这个过程可以参考图\ref{fig:10-30}的内容。选择分布中概率最大的单词“Have”作为得到的第一个单词，并再次送入解码器，作为第二步的输入同时预测下一个单词。以此类推，直到生成句子的终止符为止，就得到了完整的译文。 \parinterval 解码器的每一步Softmax层会输出所有单词的概率，由于是基于贪心的方法，这里会选择概率最大（top-1）的单词作为输出。这个过程可以参考图\ref{fig:10-30}的内容。选择分布中概率最大的单词“Have”作为得到的第一个单词，并再次送入解码器，作为第二步的输入同时预测下一个单词。以此类推，直到生成句子的终止符为止，就得到了完整的译文。
\parinterval 贪婪搜索的优点在于速度快。在对翻译速度有较高要求的场景中，贪婪搜索是一种十分有效的系统加速方法。而且贪婪搜索的原理非常简单，易于快速实现。不过，由于每一步只保留一个最好的局部结果，贪婪搜索往往会带来翻译品质上的损失。 \parinterval 贪婪搜索的优点在于速度快。在对翻译速度有较高要求的场景中，贪婪搜索是一种十分有效的系统加速方法。而且贪婪搜索的原理非常简单，易于快速实现。不过，由于每一步只保留一个最好的局部结果，贪婪搜索往往会带来翻译品质上的损失。
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Chapter11/chapter11.tex
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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 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： \parinterval 在ConvS2S模型中，编码器和解码器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. % 图13.
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\noindent 其中，$\sigma$为Sigmoid函数，$\otimes$为按位乘运算。Sigmoid将$\mathbi{B}$映射为0-1范围内的实数，用来充当门控。可以看到，门控卷积神经网络中核心部分就是$\sigma ( \mathbi{B} )$，通过这个门控单元来对卷积输出进行控制，确定保留哪些信息。同时，在梯度反向传播的过程中，这种机制使得不同层之间存在线性的通道，梯度传导更加简单，利于深层网络的训练。这种思想和\ref{sec:11.2.3}节将要介绍的残差网络也很类似。 \noindent 其中，$\sigma$为Sigmoid函数，$\otimes$为按位乘运算。Sigmoid将$\mathbi{B}$映射为0-1范围内的实数，用来充当门控。可以看到，门控卷积神经网络中核心部分就是$\sigma ( \mathbi{B} )$，通过这个门控单元来对卷积输出进行控制，确定保留哪些信息。同时，在梯度反向传播的过程中，这种机制使得不同层之间存在线性的通道，梯度传导更加简单，利于深层网络的训练。这种思想和\ref{sec:11.2.3}节将要介绍的残差网络也很类似。
\parinterval 在ConvS2S模型中，为了保证卷积操作之后的序列长度不变，需要对输入进行填充，这一点已经在之前的章节中讨论过了。因此，在编码端每一次卷积操作前，需要对序列的头部和尾部分别做相应的填充（如图\ref{fig:11-14}左侧部分）。而在解码端中，由于需要训练和解码的一致性，模型在训练过程中不能使用未来的信息，需要对未来信息进行屏蔽，也就是屏蔽掉当前译文单词右侧的译文信息。从实践角度来看，只需要对解码端输入序列的头部填充$K-1$ 个空元素，其中$K$为卷积核的宽度（图\ref{fig:11-15}展示了卷积核宽度$K$=3时，解码端对输入序列的填充情况，图中三角形表示卷积操作）。 \parinterval 在ConvS2S模型中，为了保证卷积操作之后的序列长度不变，需要对输入进行填充，这一点已经在之前的章节中讨论过了。因此，在编码器每一次卷积操作前，需要对序列的头部和尾部分别做相应的填充（如图\ref{fig:11-14}左侧部分）。而在解码器中，由于需要训练和解码的一致性，模型在训练过程中不能使用未来的信息，需要对未来信息进行屏蔽，也就是屏蔽掉当前译文单词右侧的译文信息。从实践角度来看，只需要对解码器输入序列的头部填充$K-1$ 个空元素，其中$K$为卷积核的宽度（图\ref{fig:11-15}展示了卷积核宽度$K$=3时，解码器对输入序列的填充情况，图中三角形表示卷积操作）。
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% 图14-2. % 图14-2.
\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
\centering \centering
\input{./Chapter11/Figures/figure-padding-method} \input{./Chapter11/Figures/figure-padding-method}
\caption{解码端的填充方法} \caption{解码器的填充方法}
\label{fig:11-15} \label{fig:11-15}
\end{figure} \end{figure}
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...@@ -372,7 +372,7 @@ ...@@ -372,7 +372,7 @@
\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 在基于循环神经网络的翻译模型中，注意力机制已经被广泛使用\upcite{bahdanau2014neural}，并用于避免循环神经网络将源语言序列压缩成一个固定维度的向量表示带来的信息损失。另一方面，注意力同样能够帮助解码端区分源语言中不同位置对当前目标语言位置的贡献度，其具体的计算过程如公式\eqref{eq:11-8}和\eqref{eq:11-9}所示： \parinterval 在基于循环神经网络的翻译模型中，注意力机制已经被广泛使用\upcite{bahdanau2014neural}，并用于避免循环神经网络将源语言序列压缩成一个固定维度的向量表示带来的信息损失。另一方面，注意力同样能够帮助解码器区分源语言中不同位置对当前目标语言位置的贡献度，其具体的计算过程如公式\eqref{eq:11-8}和\eqref{eq:11-9}所示：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\mathbi{C}_j &=& \sum_i \alpha_{i,j} \mathbi{h}_i \label{eq:11-8} \\ \mathbi{C}_j &=& \sum_i \alpha_{i,j} \mathbi{h}_i \label{eq:11-8} \\
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Chapter12/Figures/figure-point-product-attention-model.tex
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} }
{ {
\node [anchor=west] (line31) at ([yshift=6em]line1.west) {\scriptsize{在编码端，对句子补齐}}; \node [anchor=west] (line31) at ([yshift=6em]line1.west) {\scriptsize{在编码器端，对句子补齐}};
\node [anchor=north west] (line32) at ([yshift=0.3em]line31.south west) {\scriptsize{填充的部分进行屏蔽}}; \node [anchor=north west] (line32) at ([yshift=0.3em]line31.south west) {\scriptsize{填充的部分进行屏蔽}};
\node [anchor=north west] (line33) at ([yshift=0.3em]line32.south west) {\scriptsize{解码时看不到未来的信息}}; \node [anchor=north west] (line33) at ([yshift=0.3em]line32.south west) {\scriptsize{解码时看不到未来的信息}};
\node [anchor=north west] (line34) at ([yshift=0.3em]line33.south west) {\scriptsize{需要对未来的信息进行屏蔽}}; \node [anchor=north west] (line34) at ([yshift=0.3em]line33.south west) {\scriptsize{需要对未来的信息进行屏蔽}};
......
Chapter12/Figures/figure-self-att-vs-enco-deco-att.tex
...@@ -11,7 +11,7 @@ ...@@ -11,7 +11,7 @@
\draw[->,thick]([xshift=-3.6em]word1.north)--([xshift=-3.6em]p1.south); \draw[->,thick]([xshift=-3.6em]word1.north)--([xshift=-3.6em]p1.south);
\draw[->,thick]([xshift=3.6em]word1.north)--([xshift=3.6em]p1.south); \draw[->,thick]([xshift=3.6em]word1.north)--([xshift=3.6em]p1.south);
\node[anchor=north,rounded corners=1pt,minimum width=11.0em,minimum height=3.5em,draw=ugreen!70,very thick,dotted](p1-1) at ([yshift=-5.2em]p1.south) {\small{解码端每个位置的表示}}; \node[anchor=north,rounded corners=1pt,minimum width=11.0em,minimum height=3.5em,draw=ugreen!70,very thick,dotted](p1-1) at ([yshift=-5.2em]p1.south) {\small{解码器每个位置的表示}};
\draw [->,thick,dashed] (word3.south) .. controls +(south:1.5em) and +(north:1.5em) .. ([xshift=-0.4em]p1-1.north); \draw [->,thick,dashed] (word3.south) .. controls +(south:1.5em) and +(north:1.5em) .. ([xshift=-0.4em]p1-1.north);
\draw [->,thick,dashed](word1.south) --(p1-1.north); \draw [->,thick,dashed](word1.south) --(p1-1.north);
...@@ -29,7 +29,7 @@ ...@@ -29,7 +29,7 @@
\draw[->,thick]([xshift=-3.6em]word1-2.north)--([xshift=-3.6em]p2.south); \draw[->,thick]([xshift=-3.6em]word1-2.north)--([xshift=-3.6em]p2.south);
\draw[->,thick]([xshift=3.6em]word1-2.north)--([xshift=3.6em]p2.south); \draw[->,thick]([xshift=3.6em]word1-2.north)--([xshift=3.6em]p2.south);
\node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-1) at ([xshift=-3.55em,yshift=-5.5em]p2.south) {\small{解码端每个}}; \node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-1) at ([xshift=-3.55em,yshift=-5.5em]p2.south) {\small{解码器每个}};
\node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-2) at ([xshift=-3.55em,yshift=-6.8em]p2.south) {\small{位置的表示}}; \node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-2) at ([xshift=-3.55em,yshift=-6.8em]p2.south) {\small{位置的表示}};
\begin{pgfonlayer}{background} \begin{pgfonlayer}{background}
{ {
...@@ -38,7 +38,7 @@ ...@@ -38,7 +38,7 @@
\end{pgfonlayer} \end{pgfonlayer}
\node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-3) at ([xshift=3.55em,yshift=-5.5em]p2.south) {\small{编码端每个}}; \node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-3) at ([xshift=3.55em,yshift=-5.5em]p2.south) {\small{编码器每个}};
\node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-4) at ([xshift=3.55em,yshift=-6.8em]p2.south) {\small{位置的表示}}; \node[anchor=north,rounded corners=1pt](p2-4) at ([xshift=3.55em,yshift=-6.8em]p2.south) {\small{位置的表示}};
\begin{pgfonlayer}{background} \begin{pgfonlayer}{background}
{ {
......
Chapter12/chapter12.tex
...@@ -170,7 +170,7 @@ ...@@ -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 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。 \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，在解码器端，自注意力子层的$\mathrm{query}$、$\mathrm{key}$、$\mathrm{value}$是相同的，它们都等于解码器每个位置的表示。而在编码-解码注意力子层中，$\mathrm{query}$是解码器每个位置的表示，此时$\mathrm{key}$和$\mathrm{value}$是相同的，等于编码器每个位置的表示。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] \begin{figure}[htp]
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\end{figure} \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 此外，编码器和解码器都有输入的词序列。编码器的词序列输入是为了对其进行表示，进而解码器能从编码器访问到源语言句子的全部信息。解码器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 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器的表示进行加工，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。 \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。
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\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。 \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 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，在编码器端，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，在解码器端，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$\textrm{Softmax} \parinterval 随后，使用Softmax函数对相关性矩阵在行的维度上进行归一化操作，这可以理解为对第$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。 ( \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}$的大小是一模一样的。图\ref{fig:12-10}展示了点乘注意力计算的全过程。
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\item {\small\bfnew{句长补全掩码}}\index{句长补全掩码}（Padding Mask\index{Padding Mask}）。在批量处理多个样本时（训练或解码），由于要对源语言和目标语言的输入进行批次化处理，而每个批次内序列的长度不一样，为了方便对批次内序列进行矩阵表示，需要进行对齐操作，即在较短的序列后面填充0来占位（padding操作）。而这些填充的位置没有意义，不参与注意力机制的计算，因此，需要进行掩码 操作，屏蔽其影响。 \item {\small\bfnew{句长补全掩码}}\index{句长补全掩码}（Padding Mask\index{Padding Mask}）。在批量处理多个样本时（训练或解码），由于要对源语言和目标语言的输入进行批次化处理，而每个批次内序列的长度不一样，为了方便对批次内序列进行矩阵表示，需要进行对齐操作，即在较短的序列后面填充0来占位（padding操作）。而这些填充的位置没有意义，不参与注意力机制的计算，因此，需要进行掩码 操作，屏蔽其影响。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item {\small\bfnew{未来信息掩码}}\index{未来信息掩码}（Future Mask\index{Future Mask}）。对于解码器来说，由于在预测的时候是自左向右进行的，即第$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。 \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，在解码器计算中，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 % 图3.10
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\section{训练} \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。 \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，解码器每个位置单词的预测都要依赖已经生成的序列。在解码器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] %\begin{figure}[htp]
...@@ -593,7 +593,7 @@ Transformer Deep（48层） & 30.2 & 43.1 & 194$\times 10^ ...@@ -593,7 +593,7 @@ Transformer Deep（48层） & 30.2 & 43.1 & 194$\times 10^
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 神经机器翻译依赖成本较高的GPU设备，因此对模型的裁剪和加速也是很多系统研发人员所感兴趣的方向。比如，从工程上，可以考虑减少运算强度，比如使用低精度浮点数\upcite{Ott2018ScalingNM} 或者整数\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1906-00532,Lin2020TowardsF8}进行计算，或者引入缓存机制来加速模型的推断\upcite{Vaswani2018Tensor2TensorFN}；也可以通过对模型参数矩阵的剪枝来减小整个模型的体积\upcite{DBLP:journals/corr/SeeLM16}；另一种方法是知识蒸馏\upcite{Hinton2015Distilling,kim-rush-2016-sequence}。 利用大模型训练小模型，这样往往可以得到比单独训练小模型更好的效果\upcite{DBLP:journals/corr/ChenLCL17}。 \item 神经机器翻译依赖成本较高的GPU设备，因此对模型的裁剪和加速也是很多系统研发人员所感兴趣的方向。比如，从工程上，可以考虑减少运算强度，比如使用低精度浮点数\upcite{Ott2018ScalingNM} 或者整数\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1906-00532,Lin2020TowardsF8}进行计算，或者引入缓存机制来加速模型的推断\upcite{Vaswani2018Tensor2TensorFN}；也可以通过对模型参数矩阵的剪枝来减小整个模型的体积\upcite{DBLP:journals/corr/SeeLM16}；另一种方法是知识蒸馏\upcite{Hinton2015Distilling,kim-rush-2016-sequence}。 利用大模型训练小模型，这样往往可以得到比单独训练小模型更好的效果\upcite{DBLP:journals/corr/ChenLCL17}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 自注意力网络作为Transformer模型中重要组成部分，近年来受到研究人员的广泛关注，尝试设计更高效地操作来替代它。比如，利用动态卷积网络来替换编码端与解码端的自注意力网络，在保证推断效率的同时取得了和Transformer相当甚至略好的翻译性能\upcite{Wu2019PayLA}；为了加速Transformer处理较长输入文本的效率，利用局部敏感哈希替换自注意力机制的Reformer模型也吸引了广泛的关注\upcite{Kitaev2020ReformerTE}。此外，在自注意力网络引入额外的编码信息能够进一步提高模型的表示能力。比如，引入固定窗口大小的相对位置编码信息\upcite{Shaw2018SelfAttentionWR,dai-etal-2019-transformer},或利用动态系统的思想从数据中学习特定的位置编码表示，具有更好的泛化能力\upcite{Liu2020LearningTE}。通过对Transformer模型中各层输出进行可视化分析，研究人员发现Transformer自底向上各层网络依次聚焦于词级-语法级-语义级的表示\upcite{Jawahar2019WhatDB,li2020shallow}，因此在底层的自注意力网络中引入局部编码信息有助于模型对局部特征的抽象\upcite{Yang2018ModelingLF,DBLP:journals/corr/abs-1904-03107}。 \item 自注意力网络作为Transformer模型中重要组成部分，近年来受到研究人员的广泛关注，尝试设计更高效地操作来替代它。比如，利用动态卷积网络来替换编码器与解码器的自注意力网络，在保证推断效率的同时取得了和Transformer相当甚至略好的翻译性能\upcite{Wu2019PayLA}；为了加速Transformer处理较长输入文本的效率，利用局部敏感哈希替换自注意力机制的Reformer模型也吸引了广泛的关注\upcite{Kitaev2020ReformerTE}。此外，在自注意力网络引入额外的编码信息能够进一步提高模型的表示能力。比如，引入固定窗口大小的相对位置编码信息\upcite{Shaw2018SelfAttentionWR,dai-etal-2019-transformer},或利用动态系统的思想从数据中学习特定的位置编码表示，具有更好的泛化能力\upcite{Liu2020LearningTE}。通过对Transformer模型中各层输出进行可视化分析，研究人员发现Transformer自底向上各层网络依次聚焦于词级-语法级-语义级的表示\upcite{Jawahar2019WhatDB,li2020shallow}，因此在底层的自注意力网络中引入局部编码信息有助于模型对局部特征的抽象\upcite{Yang2018ModelingLF,DBLP:journals/corr/abs-1904-03107}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 除了针对Transformer中子层的优化，网络各层之间的连接方式在一定程度上也能影响模型的表示能力。近年来针对网络连接优化的工作如下：在编码端顶部利用平均池化或权重累加等融合手段得到编码端各层的全局表示\upcite{Wang2018MultilayerRF,Bapna2018TrainingDN,Dou2018ExploitingDR,Wang2019ExploitingSC}，利用之前各层表示来生成当前层的输入表示\upcite{WangLearning,Dou2019DynamicLA,Wei2020MultiscaleCD}。 \item 除了针对Transformer中子层的优化，网络各层之间的连接方式在一定程度上也能影响模型的表示能力。近年来针对网络连接优化的工作如下：在编码器顶部利用平均池化或权重累加等融合手段得到编码器各层的全局表示\upcite{Wang2018MultilayerRF,Bapna2018TrainingDN,Dou2018ExploitingDR,Wang2019ExploitingSC}，利用之前各层表示来生成当前层的输入表示\upcite{WangLearning,Dou2019DynamicLA,Wei2020MultiscaleCD}。
\end{itemize} \end{itemize}
Chapter13/chapter13.tex
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Chapter15/chapter15.tex
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\subsection{神经网络结构搜索} \subsection{神经网络结构搜索}
\parinterval 网络结构搜索属于{\small\bfnew{自动机器学习}}\index{自动机器学习}（Automated Machine Learning）\index{Automated Machine Learning}的范畴，其目的是根据对应任务上的数据找到最合适的模型结构。在这个过程中，模型结构就像神经网络中的参数一样被自动地学习出来。以机器翻译任务为例，通过网络结构搜索方法能够以Transformer模型为基础，对神经网络结构进行自动优化，找到更适用于机器翻译任务的模型结构。图\ref{fig:15-27}(a) 展示了人工设计的Transformer编码器的局部结构，图\ref{fig:15-27}(b) 给出对该结构使用进化算法优化后得到的结构图\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19}。可以看到，使用网络结构搜索方法得到的模型中，出现了与人工设计的结构不同的跨层连接，同时还搜索到了全新的多分支网络结构。这种结构也是人工不易设计出来的。 \parinterval 网络结构搜索属于{\small\bfnew{自动机器学习}}\index{自动机器学习}（Automated Machine Learning）\index{Automated Machine Learning}的范畴，其目的是根据对应任务上的数据找到最合适的模型结构。在这个过程中，模型结构就像神经网络中的参数一样被自动地学习出来。以机器翻译任务为例，通过网络结构搜索方法能够以Transformer模型为基础，对神经网络结构进行自动优化，找到更适用于机器翻译任务的模型结构。图\ref{fig:15-27}(a) 展示了人工设计的Transformer编码器的局部结构，图\ref{fig:15-27}(b) 给出对该结构使用进化算法优化后得到的结构\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19}。可以看到，使用网络结构搜索方法得到的模型中，出现了与人工设计的结构不同的跨层连接，同时还搜索到了全新的多分支结构。这种结构也是人工不易设计出来的。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
...@@ -1076,20 +1076,20 @@ lr &=& d_{model}^{-0.5}\cdot step\_num^{-0.5} ...@@ -1076,20 +1076,20 @@ lr &=& d_{model}^{-0.5}\cdot step\_num^{-0.5}
\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 那么网络结构搜索究竟是一种什么样的技术呢？实际上，人类一直希望能够自动化、快速地解决自己所遇到的问题。机器学习也是为了达到这个目的所产生的技术。如图\ref{fig:15-28}所示，机器学习方法可以看做是一个黑盒模型，这个模型能够根据人类所提供的输入自动给出所期望的输出，这里的输入和输出既可以是图像信息，也可以是自然语言领域中的文字。在传统机器学习方法中，研究者需要设计大量的特征来描述待解决的问题，即“特征工程”。在深度学习时代，神经网络模型可以完成特征的抽取和学习，但是却需要人工设计神经网络结构，这项工作仍然十分繁重。因此一些科研人员开始思考，能否将设计模型结构的工作也交由机器自动完成？深度学习方法中模型参数能够通过梯度下降等方式进行自动优化，那么模型结构是否可以也看做是一种特殊的参数，使用搜索算法自动找到最适用于当前任务的模型结构？ \parinterval 那么网络结构搜索究竟是一种什么样的技术呢？实际上，人类一直希望能够自动化、快速地解决自己所遇到的问题。机器学习也是为了达到这个目的所产生的技术。如图\ref{fig:15-28}所示，在传统机器学习方法中，研究者需要设计大量的特征来描述待解决的问题，即“特征工程”。在深度学习时代，神经网络模型可以完成特征的抽取和学习，但是却需要人工设计神经网络结构，这项工作仍然十分繁重。因此一些科研人员开始思考，能否将设计模型结构的工作也交由机器自动完成？深度学习方法中模型参数能够通过梯度下降等方式进行自动优化，那么模型结构是否可以也看做是一种特殊的参数，使用搜索算法自动找到最适用于当前任务的模型结构？
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
\centering \centering
\input{./Chapter15/Figures/figure-evolution-and-change-of-ml-methods} \input{./Chapter15/Figures/figure-evolution-and-change-of-ml-methods}
\caption{机器学习方法的演化与变迁} \caption{机器学习范式对比}
\label{fig:15-28} \label{fig:15-28}
\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 于是，就诞生了网络结构搜索这个研究方向。早在上世纪八十年代，研究人员就开始使用进化算法对神经网络结构进行设计\upcite{DBLP:conf/icga/MillerTH89}，之后也有很多研究人员对基于进化算法的结构搜索进行了探索\upcite{mandischer1993representation,koza1991genetic,DBLP:conf/ijcnn/Dodd90,DBLP:conf/nips/HarpSG89,DBLP:journals/compsys/Kitano90,DBLP:conf/icec/SantosD94}。近些年，随着深度学习技术的发展，神经网络结构搜索这个方向也重新走进更多人的视线中，受到了来自计算机视觉、自然语言处理多个领域的关注与应用。 \parinterval 于是，就诞生了网络结构搜索这个研究方向。早在上世纪八十年代，研究人员就开始使用进化算法对神经网络结构进行设计\upcite{DBLP:conf/icga/MillerTH89}，之后也有很多研究人员对基于进化算法的结构搜索进行了探索\upcite{mandischer1993representation,koza1991genetic,DBLP:conf/ijcnn/Dodd90,DBLP:conf/nips/HarpSG89,DBLP:journals/compsys/Kitano90,DBLP:conf/icec/SantosD94}（{\color{red} 这个地方可以少放几个参考文献}）。近些年，随着深度学习技术的发展，神经网络结构搜索这个方向也重新走进更多人的视线中，受到了来自计算机视觉、自然语言处理多个领域的关注与应用。
\parinterval 目前网络结构搜索技术尚且处于相对初级的阶段，不过在近些年该方向已经在很多任务中受到关注。例如，在WMT19国际机器翻译比赛中，有参赛单位使用了基于梯度的结构搜索方法改进翻译模型\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18}。此外，在语言建模等任务中也大量应用了结构搜索技术，并取得了很好的结果\upcite{DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,DBLP:conf/emnlp/JiangHXZZ19}。下面将对结构搜索的基本方法和其在机器翻译中的应用进行介绍。 \parinterval 目前网络结构搜索技术在很多任务中受到关注。例如，在WMT19国际机器翻译比赛中，有参赛单位使用了基于梯度的结构搜索方法改进翻译模型\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18}。此外，在语言建模等任务中也大量应用了结构搜索技术，并取得了很好的结果\upcite{DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,DBLP:conf/emnlp/JiangHXZZ19}。下面将对结构搜索的基本方法和其在机器翻译中的应用进行介绍。
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% NEW SUB-SECTION % NEW SUB-SECTION
...@@ -1097,13 +1097,15 @@ lr &=& d_{model}^{-0.5}\cdot step\_num^{-0.5} ...@@ -1097,13 +1097,15 @@ lr &=& d_{model}^{-0.5}\cdot step\_num^{-0.5}
\subsection{结构搜索的基本方法} \subsection{结构搜索的基本方法}
\parinterval 对于网络结构搜索而言，其目标在于通过数据驱动的方式自动地找到最合适的模型结构。以机器翻译这类有监督任务为例，对于给定的具有$K$个训练样本的训练集合$\{(\mathbi{x}_{1},\mathbi{y}_{1}),\ldots,(\mathbi{x}_{n},\mathbi{y}_{n})\}$（其中$\mathbi{x}_{i}$表示的是第$i$个样本的输入数据，$\mathbi{y}_{i}$表示该样本的目标标签值），网络结构搜索过程可以被建模为，根据数据找到最佳模型结构$\hat{a}$的过程，如下所示： \parinterval 对于网络结构搜索而言，其目标在于通过数据驱动的方式自动地找到最合适的模型结构。以有监督学习为例，给定训练集合$\{(\mathbi{x}_{1},\mathbi{y}_{1}),\ldots,(\mathbi{x}_{n},\mathbi{y}_{n})\}$（其中$\mathbi{x}_{i}$表示的是第$i$个样本的输入，$\mathbi{y}_{i}$表示该样本的答案，并假设$\mathbi{x}_{i}$和$\mathbi{y}_{i}$均为向量表示），网络结构搜索过程可以被建模为，根据数据找到最佳模型结构$\hat{a}$的过程，如下所示：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\hat{a} &=& \arg\max_{a}\sum_{i=1}^{n}{\funp{P}(\mathbi{y}_{i}|\mathbi{x}_{i};a)} \hat{a} &=& \arg\max_{a}\sum_{i=1}^{n}{\funp{P}(\mathbi{y}_{i}|\mathbi{x}_{i};a)}
\label{eq:15-54} \label{eq:15-54}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\noindent 公式中$\funp{P}(\mathbi{y}_{i}|\mathbi{x}_{i};a)$为模型$a$观察到数据$\mathbi{x}_{i}$后预测为标签$\mathbi{y}_{i}$的概率，而模型结构$a$本身可以看作是输入$\mathbi{x}$到输出$\mathbi{y}$的映射函数。因此可以简单的把模型$a$看作根据$\mathbi{x}$预测$\mathbi{y}$的一个函数，记为： \noindent 其中，$\funp{P}(\mathbi{y}_{i}|\mathbi{x}_{i};a)$为模型$a$观察到数据$\mathbi{x}_{i}$后预测$\mathbi{y}_{i}$的概率，而模型结构$a$本身可以看作是输入$\mathbi{x}$到输出$\mathbi{y}$ 的映射函数。因此可以简单第把模型$a$看作根据$\mathbi{x}$预测$\mathbi{y}$的一个函数，记为：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\label{eq:15-55} \label{eq:15-55}
...@@ -1115,7 +1117,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1115,7 +1117,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
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\item 设计搜索空间：理论上,网络结构搜索的搜索空间应由所有的潜在模型结构构成（图\ref{fig:15-29}）。在这种情况下，如果不对候选模型结构进行限制的话，搜索空间会十分庞大。因此，在实际的结构搜索过程中，往往会针对特定任务设计一个搜索空间，这个搜索空间是全体结构空间的一个子集，之后的搜索过程将在这个子空间中进行。如图\ref{fig:15-29}中的搜索空间所示，该空间由循环神经网络构成，其中候选的模型包括人工设计的LSTM、GRU等模型结构，也包括其他潜在的循环神经网络结构。 \item 设计搜索空间：理论上,网络结构搜索的搜索空间应由所有的潜在模型结构构成（图\ref{fig:15-29}）。在这种情况下，如果不对候选模型结构进行限制的话，搜索空间会十分庞大。因此，在实际的结构搜索过程中，往往会针对特定任务设计一个搜索空间，这个搜索空间是全体结构空间的一个子集，之后的搜索过程将在这个子空间中进行。如图\ref{fig:15-29}中的搜索空间所示，该空间由循环神经网络构成，其中候选的模型包括人工设计的LSTM、GRU等模型结构，也包括其他潜在的循环神经网络结构。
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\item 选择搜索策略：在设计好搜索空间之后，结构搜索的过程将选择一种合适的策略，对搜索空间进行探索。不同于模型参数的学习，模型结构本身不存在直接可计算的关联，所以很难通过传统的最优化算法对其进行学习。因此，搜索策略往往选择采用遗传算法或强化学习等方法，这些方法间接地对模型结构进行设计或优化\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19,DBLP:conf/aaai/RealAHL19,DBLP:conf/icml/RealMSSSTLK17,DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/iclr/ZophL17,DBLP:conf/cvpr/ZophVSL18,DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/BakerGNR17,DBLP:conf/cvpr/TanCPVSHL19,DBLP:conf/iclr/LiuSVFK18}。 不过近些年来也有研究人员开始尝试将模型结构建模为超网络中的参数，这样即可使用基于梯度的方式直接对最优结构进行搜索\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/iclr/CaiZH19,DBLP:conf/cvpr/LiuCSAHY019,DBLP:conf/cvpr/WuDZWSWTVJK19,DBLP:conf/iclr/XieZLL19,DBLP:conf/uai/LiT19,DBLP:conf/cvpr/DongY19,DBLP:conf/iclr/XuX0CQ0X20,DBLP:conf/iclr/ZelaESMBH20,DBLP:conf/iclr/MeiLLJYYY20}。 \item 选择搜索策略：在设计好搜索空间之后，结构搜索的过程将选择一种合适的策略，对搜索空间进行探索。不同于模型参数的学习，模型结构本身不存在直接可计算的关联，所以很难通过传统的最优化算法对其进行学习。因此，搜索策略往往选择采用遗传算法或强化学习等方法，这些方法间接地对模型结构进行设计或优化\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19,DBLP:conf/aaai/RealAHL19,DBLP:conf/icml/RealMSSSTLK17,DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/iclr/ZophL17,DBLP:conf/cvpr/ZophVSL18,DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/BakerGNR17,DBLP:conf/cvpr/TanCPVSHL19,DBLP:conf/iclr/LiuSVFK18} （{\color{red} 参考文献太多了！}）。 不过近些年来也有研究人员开始尝试将模型结构建模为超网络中的参数，这样即可使用基于梯度的方式直接对最优结构进行搜索\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/iclr/CaiZH19,DBLP:conf/cvpr/LiuCSAHY019,DBLP:conf/cvpr/WuDZWSWTVJK19,DBLP:conf/iclr/XieZLL19,DBLP:conf/uai/LiT19,DBLP:conf/cvpr/DongY19,DBLP:conf/iclr/XuX0CQ0X20,DBLP:conf/iclr/ZelaESMBH20,DBLP:conf/iclr/MeiLLJYYY20} （{\color{red} 参考文献太多了！}）。
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\item 进行性能评估：在搜索到模型结构之后需要对其性能进行验证，确定当前时刻模型结构的性能优劣。但是对于结构搜索任务来说，由于搜索过程中会产生大量的中间模型结构，如果直接对所有可能的结构进行评价，其时间代价是难以接受的。因此在结构搜索任务中也有很多研究人员尝试如何快速获取模型性能（绝对性能或相对性能）\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:journals/jmlr/LiJDRT17,DBLP:conf/eccv/LiuZNSHLFYHM18}。 \item 进行性能评估：在搜索到模型结构之后需要对其性能进行验证，确定当前时刻模型结构的性能优劣。但是对于结构搜索任务来说，由于搜索过程中会产生大量的中间模型结构，如果直接对所有可能的结构进行评价，其时间代价是难以接受的。因此在结构搜索任务中也有很多研究人员尝试如何快速获取模型性能（绝对性能或相对性能）\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:journals/jmlr/LiJDRT17,DBLP:conf/eccv/LiuZNSHLFYHM18}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
...@@ -1168,7 +1170,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1168,7 +1170,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\label{eq:15-56} \label{eq:15-56}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\parinterval 其中函数$\pi(\cdot)$即为结构表示中的内部结构，而循环单元之间的组织方式（即整体框架）则决定了循环单元的输入信息，也就是上式中的循环单元表示$\hat{\mathbi{h}}_{t-1}$和输入表示$\hat{\mathbi{x}}_{t}$。理论上二者均能获得对应时刻之前所有的表示信息，因此可表示为： \noindent 其中，函数$\pi(\cdot)$表达的是结构表示中的内部结构。而循环单元之间的组织方式（即整体框架）决定了循环单元的输入信息，也就是上式中的循环单元表示$\hat{\mathbi{h}}_{t-1}$和输入表示$\hat{\mathbi{x}}_{t}$。理论上二者均能获得对应时刻之前所有的表示信息，因此可表示为：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\hat{\mathbi{h}}_{t-1} &=& f(\mathbi{h}_{[0,t-1]};\mathbi{x}_{[1,t-1]}) \\ \hat{\mathbi{h}}_{t-1} &=& f(\mathbi{h}_{[0,t-1]};\mathbi{x}_{[1,t-1]}) \\
\hat{\mathbi{x}_t} &=& g(\mathbi{x}_{[1,t]};\mathbi{h}_{[0,t-1]}) \hat{\mathbi{x}_t} &=& g(\mathbi{x}_{[1,t]};\mathbi{h}_{[0,t-1]})
...@@ -1181,9 +1183,9 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1181,9 +1183,9 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 整体框架：如图\ref{fig:15-30}所示，在不同任务下，不同结构往往会有不同的建模能力，类似的结构在结构空间中相对集中。因此在搜索空间的设计中，根据不同的任务特点，整体框架会选择在该任务上已经得到验证的经验性结构，这能够更快速地定位到更有潜力的搜索空间。比如，对于图像任务来说，一般会将卷积神经网络设计为候选搜索空间\upcite{DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/eccv/LiuZNSHLFYHM18,DBLP:conf/icml/CaiYZHY18}，而对于包括机器翻译在内的自然语言处理任务而言，则会更倾向于使用循环神经网络或基于自注意力机制的Transformer模型附近的结构空间作为搜索空间\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19,DBLP:conf/iclr/ZophL17,DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:journals/taslp/FanTXQLL20,DBLP:conf/ijcai/ChenLQWLDDHLZ20,DBLP:conf/acl/WangWLCZGH20}。 此外，也可以拓展搜索空间以覆盖更多网络结构\upcite{DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20}。 \item 整体框架：如图\ref{fig:15-30}所示，在不同任务下，不同结构往往会有不同的建模能力，类似的结构在结构空间中相对集中。因此在搜索空间的设计中，根据不同的任务特点，整体框架会选择在该任务上已经得到验证的经验性结构，这能够更快速地定位到更有潜力的搜索空间。比如，对于图像任务来说，一般会将卷积神经网络设计为候选搜索空间\upcite{DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/eccv/LiuZNSHLFYHM18,DBLP:conf/icml/CaiYZHY18}，而对于包括机器翻译在内的自然语言处理任务而言，则会更倾向于使用循环神经网络或基于自注意力机制的Transformer模型附近的结构空间作为搜索空间\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19,DBLP:conf/iclr/ZophL17,DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:journals/taslp/FanTXQLL20,DBLP:conf/ijcai/ChenLQWLDDHLZ20,DBLP:conf/acl/WangWLCZGH20}。 此外，也可以拓展搜索空间以覆盖更多结构\upcite{DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 内部结构：由于算力限制，网络结构搜索任务通常使用经验性的架构作为模型的整体框架，之后对内部结构堆叠进而得到完整的模型结构。对于内部结构的设计需要考虑到搜索过程中的最小搜索单元，以及搜索单元之间的连接方式。最小搜索单元指的是在结构搜索过程中可被选择的最小独立计算单元（或被称为搜索算子、操作），在不同搜索空间的设计中，最小搜索单元的颗粒度各有不同，较小的搜索粒度主要包括如矩阵乘法、张量缩放等基本数学运算\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2003-03384}，中等粒度的搜索单元包括常见的激活函数，如ReLU、Tanh等\upcite{DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,Chollet2017XceptionDL}，较大颗粒度的搜索单元为局部结构，如注意力机制、层标准化等人工设计的经验性结构\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19,DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:journals/taslp/FanTXQLL20}。不过，对于搜索颗粒度的问题，目前还缺乏有效的方法针对不同任务进行自动优化。 \item 内部结构：由于算力限制，网络结构搜索任务通常使用经验性的架构作为模型的整体框架，之后对内部结构堆叠进而得到完整的模型结构。对于内部结构的设计需要考虑到搜索过程中的最小搜索单元，以及搜索单元之间的连接方式。最小搜索单元指的是在结构搜索过程中可被选择的最小独立计算单元（或被称为搜索算子），在不同搜索空间的设计中，最小搜索单元的颗粒度各有不同，较小的搜索粒度主要包括如矩阵乘法、张量缩放等基本数学运算\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2003-03384}，更大粒度的搜索单元包括常见的激活函数，如ReLU、Tanh等\upcite{DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,Chollet2017XceptionDL}，甚至搜索单元可以是一些模型的局部结构，如注意力模型、层标准化模型等\upcite{DBLP:conf/icml/SoLL19,DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:journals/taslp/FanTXQLL20}。不过，对于搜索颗粒度的问题，目前还缺乏有效的方法针对不同任务进行自动优化。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\end{itemize} \end{itemize}
...@@ -1199,19 +1201,10 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1199,19 +1201,10 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 进化算法：进化算法最初被用来对神经网络模型结构以及权重参数进行优化\upcite{DBLP:conf/icga/MillerTH89,DBLP:journals/tnn/AngelineSP94,stanley2002evolving,DBLP:journals/alife/StanleyDG09}。虽然随着最优化算法的发展，近年来，对于网络参数的学习更多地采用梯度下降法的方式，但是进化算法仍被用于对模型结构进行优化\upcite{DBLP:conf/aaai/RealAHL19,DBLP:conf/icml/RealMSSSTLK17,DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/ijcai/SuganumaSN18,Real2019AgingEF,DBLP:conf/iclr/LiuSVFK18,DBLP:conf/iccv/XieY17}。 从结构优化的角度来说，一般是将模型结构看做遗传算法中种群的个体，使用轮盘赌或锦标赛等抽取方式，对种群中的结构进行取样作为亲本，之后通过亲本模型的突变产生新的模型结构，最终对这些新的模型结构进行适应度评估\ref{subsubsec-15.4.2.3}。根据模型结构在校验集上的性能确定是否将其加入种群，整个过程如图\ref{fig:15-32}所示。进化算法中结构的突变主要指的是对模型中局部结构的改变，如增加跨层连接、替换局部操作等。 \item 进化算法：进化算法最初被用来对神经网络模型结构以及权重参数进行优化\upcite{DBLP:conf/icga/MillerTH89,DBLP:journals/tnn/AngelineSP94,stanley2002evolving,DBLP:journals/alife/StanleyDG09}。虽然随着最优化算法的发展，近年来，对于网络参数的学习更多地采用梯度下降法的方式，但是进化算法仍被用于对模型结构进行优化\upcite{DBLP:conf/aaai/RealAHL19,DBLP:conf/icml/RealMSSSTLK17,DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/ijcai/SuganumaSN18,Real2019AgingEF,DBLP:conf/iclr/LiuSVFK18,DBLP:conf/iccv/XieY17}。 从结构优化的角度来说，一般是将模型结构看做遗传算法中种群的个体，使用轮盘赌或锦标赛等抽取方式，对种群中的结构进行取样作为亲本，之后通过亲本模型的突变产生新的模型结构，最终对这些新的模型结构进行适应度评估。根据模型结构在校验集上的性能确定是否将其加入种群。
%----------------------------------------------
\begin{figure}[htp]
\centering
\input{./Chapter15/Figures/figure-structure-search-based-on-evolutionary-algorithm}
\caption{基于进化算法的结构搜索}
\label{fig:15-32}
\end{figure}
%-------------------------------------------
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 强化学习：近些年随着强化学习在各领域中的广泛应用，研究人员逐渐将该方法引入到神经网络的结构学习中。例如，将网络结构的设计看做是一种序列生成任务，使用字符序列对网络结构进行表述，通过使用强化学习训练的循环神经网络对该序列（目标任务网络结构）进行预测，从而为目标任务生成高效的网络结构\upcite{DBLP:conf/iclr/ZophL17}。基于强化学习的结构搜索方法过程如图\ref{fig:15-33}所示，其中智能体可以看做是一个用于生成模型结构的生成模型，该模型将产生智能体认为的最适用于当前任务的模型结构，强化学习中的动作在这里指的是由智能体产生一个模型结构，而环境对应着当前任务。当环境获得模型结构后，环境将输出当前任务下该模型的输出以及对输出结果的评价，二者分别对应强化学习中的状态和奖励，接下来这两个信息将反馈给智能体，让结构生成器更好地了解该状态下生成的模型结果，进而对结构生成的模式进行调整，然后生成更优的模型结构。对于基于强化学习的结构搜索策略来说，不同研究工作的差异主要集中在如何表示生成网络这个过程，以及如何对结构生成器进行优化\upcite{DBLP:conf/iclr/ZophL17,DBLP:conf/cvpr/ZophVSL18,DBLP:conf/iclr/BakerGNR17,DBLP:conf/cvpr/ZhongYWSL18}。{\red{（下图转录时，主体改成智能体）}} \item 强化学习：例如，将网络结构的设计看做是一种序列生成任务，使用字符序列对网络结构进行表述，通过使用强化学习训练的循环神经网络对该序列（目标任务网络结构）进行预测，从而为目标任务生成高效的网络结构\upcite{DBLP:conf/iclr/ZophL17}。基于强化学习的结构搜索方法过程如图\ref{fig:15-33}所示，其中智能体可以看做是一个用于生成模型结构的生成模型，该模型将产生智能体认为的最适用于当前任务的模型结构，强化学习中的动作在这里指的是由智能体产生一个模型结构，而环境对应着当前任务。当环境获得模型结构后，环境将输出当前任务下该模型的输出以及对输出结果的评价，二者分别对应强化学习中的状态和奖励，接下来这两个信息将反馈给智能体，让结构生成器更好地了解该状态下生成的模型结果，进而对结构生成的模式进行调整，然后生成更优的模型结构。对于基于强化学习的结构搜索策略来说，不同研究工作的差异主要集中在如何表示生成网络这个过程，以及如何对结构生成器进行优化\upcite{DBLP:conf/iclr/ZophL17,DBLP:conf/cvpr/ZophVSL18,DBLP:conf/iclr/BakerGNR17,DBLP:conf/cvpr/ZhongYWSL18}。{\red{（下图转录时，主体改成智能体）}}
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
...@@ -1253,7 +1246,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1253,7 +1246,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 现有参数的继承及复用：另一类方法希望从训练过程的角度出发，在现有的模型参数基础上，继续优化中间过程产生的模型结构，快速达到收敛状态后进行性能评估\upcite{DBLP:conf/icml/RealMSSSTLK17,DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/icml/CaiYZHY18,DBLP:conf/aaai/CaiCZYW18,DBLP:conf/iclr/ElskenMH18}。这种方式无需从头训练中间结构，通过“热启动”的方式对模型参数进行优化，大幅减少性能评估过程的时间消耗。此外对于前文提到的基于梯度的结构搜索方法，由于将众多候选模型结构建模在同一个超网络中，因此在完成超网络的参数优化时，其子模型的模型参数也得到了优化，通过这种共享参数的方式也能够快速对网络结构的性能进行评估\upcite{DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/XieZLL19,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/iclr/CaiZH19,DBLP:conf/nips/SaxenaV16,DBLP:conf/icml/BenderKZVL18}。 \item 现有参数的继承及复用：另一类方法希望从训练过程的角度出发，在现有的模型参数基础上，继续优化中间过程产生的模型结构，快速达到收敛状态后进行性能评估\upcite{DBLP:conf/icml/RealMSSSTLK17,DBLP:conf/iclr/ElskenMH19,DBLP:conf/icml/CaiYZHY18,DBLP:conf/aaai/CaiCZYW18,DBLP:conf/iclr/ElskenMH18}。这种方式无需从头训练中间结构，通过“热启动”的方式对模型参数进行优化，大幅减少性能评估过程的时间消耗。此外对于前文提到的基于梯度的结构搜索方法，由于将众多候选模型结构建模在同一个超网络中，因此在完成超网络的参数优化时，其子模型的模型参数也得到了优化，通过这种共享参数的方式也能够快速对网络结构的性能进行评估\upcite{DBLP:conf/icml/PhamGZLD18,DBLP:conf/iclr/XieZLL19,DBLP:conf/iclr/LiuSY19,DBLP:conf/iclr/CaiZH19,DBLP:conf/nips/SaxenaV16,DBLP:conf/icml/BenderKZVL18}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 模型性能的预测：从加速性能评估过程的角度来看，模型性能预测也是一个具有潜力的方法。这种方式使用少量训练过程中的性能变化曲线来预估模型是否具有潜力，从而快速终止低性能模型的训练过程，节约更多训练时间\upcite{DBLP:conf/ijcai/DomhanSH15,DBLP:conf/iclr/KleinFSH17,DBLP:conf/iclr/BakerGRN18}。除了根据性能变化曲线预测模型性能之外，也有研究人员根据局部结构的性能预测整体结构性能，这种方式也能更快速地了解结构搜索过程中中间结构的表示能力\upcite{DBLP:conf/eccv/LiuZNSHLFYHM18}。 \item 模型性能的预测：从加速性能评估过程的角度来看，模型性能预测也是一个具有潜力的方法。这种方式使用训练过程中的性能变化曲线来预估模型是否具有潜力，从而快速终止低性能模型的训练过程，节约更多训练时间\upcite{DBLP:conf/ijcai/DomhanSH15,DBLP:conf/iclr/KleinFSH17,DBLP:conf/iclr/BakerGRN18}。除了根据性能变化曲线预测模型性能之外，也有研究人员根据局部结构的性能预测整体结构性能，这种方式也能更快速地了解结构搜索过程中中间结构的表示能力\upcite{DBLP:conf/eccv/LiuZNSHLFYHM18}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\end{itemize} \end{itemize}
...@@ -1263,7 +1256,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1263,7 +1256,7 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\subsection{机器翻译任务下的结构搜索} \subsection{机器翻译任务下的结构搜索}
\parinterval 目前来说，网络结构搜索方法在包括图像、自然语言处理等领域中方兴未艾。对于自然语言处理的任务来说，网络结构搜索方法更多是在语言建模、命名实体识别等简单任务上进行的尝试\upcite{DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,DBLP:conf/emnlp/JiangHXZZ19}。其中，大多数工作是在基于循环神经网络的模型结构上进行探索，相较目前在机器翻译领域中广泛使用的Transformer模型结构来说，它们在性能上并没有体现出绝对优势。此外，由于机器翻译任务的复杂性，针对基于Transformer的机器翻译模型的结构搜索方法会更少一些。不过仍有部分工作在机器翻译任务上取得了很好的表现。例如，在WMT19机器翻译比赛中，神经网络结构优化方法在多个任务上取得了很好的成绩\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:conf/wmt/XiaTTGHCFGLLWWZ19}。对于结构搜索在机器翻译领域的应用目前主要包括两个方面，分别是对模型性能的改进以及模型效率的优化： \parinterval 对于自然语言处理的任务来说，网络结构搜索方法更多是在语言建模、命名实体识别等简单任务上进行的尝试\upcite{DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,DBLP:conf/emnlp/JiangHXZZ19}。其中，大多数工作是在基于循环神经网络的模型结构上进行探索，相较目前在机器翻译领域中广泛使用的Transformer模型结构来说，它们在性能上并没有体现出绝对优势。此外，由于机器翻译任务的复杂性，针对基于Transformer的机器翻译模型的结构搜索方法会更少一些。不过仍有部分工作在机器翻译任务上取得了很好的表现。例如，在WMT19机器翻译比赛中，神经网络结构优化方法在多个任务上取得了很好的成绩\upcite{DBLP:conf/nips/LuoTQCL18,DBLP:conf/wmt/XiaTTGHCFGLLWWZ19}。对于结构搜索在机器翻译领域的应用目前主要包括两个方面，分别是对模型性能的改进以及模型效率的优化：
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% NEW SUBSUB-SECTION % NEW SUBSUB-SECTION
...@@ -1286,21 +1279,13 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x}) ...@@ -1286,21 +1279,13 @@ a(\mathbi{x}) &=& \funp{P}(\cdot|\mathbi{x})
\end{figure} \end{figure}
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\noindent 此外，还有方法将为深层神经网络找到更合适的激活函数作为搜索的目标\upcite{DBLP:conf/iclr/RamachandranZL18}，通过基于强化学习的搜索策略对激活函数空间进行探索，找到了若干新的激活函数，之后通过对这些激活函数在包括图像分类、机器翻译等任务上进行实验，确定了Swish激活函数在深层神经网络上的有效性，函数公式如下式所示，函数曲线如图\ref{fig:15-36}所示。 \noindent 此外，还有方法将为深层神经网络找到更合适的激活函数作为搜索的目标\upcite{DBLP:conf/iclr/RamachandranZL18}，通过基于强化学习的搜索策略对激活函数空间进行探索，找到了若干新的激活函数，之后通过对这些激活函数在包括图像分类、机器翻译等任务上进行实验。例如，Swish激活函数就是一种被找到的新的激活函数，如下：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
f(x) &=& x \cdot \delta(\beta x) \\ f(x) &=& x \cdot \delta(\beta x) \\
\delta(z) &=& {(1 + \exp{(-z)})}^{-1} \delta(z) &=& {(1 + \exp{(-z)})}^{-1}
\label{eq:15-60} \label{eq:15-60}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
%----------------------------------------------
\begin{figure}[htp]
\centering
\input{./Chapter15/Figures/figure-swish-function-image}
\caption{Swish函数图像}
\label{fig:15-36}
\end{figure}
%-------------------------------------------
\noindent 相比传统人工设计的激活函数ReLU而言，Swish函数在多个机器翻译的测试集上具有更优的性能表现，同时使用该函数不要求对原本的模型结构进行更多修改，非常容易实现。 \noindent 相比传统人工设计的激活函数ReLU而言，Swish函数在多个机器翻译的测试集上具有更优的性能表现，同时使用该函数不要求对原本的模型结构进行更多修改，非常容易实现。
...@@ -1331,23 +1316,14 @@ f(x) &=& x \cdot \delta(\beta x) \\ ...@@ -1331,23 +1316,14 @@ f(x) &=& x \cdot \delta(\beta x) \\
\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 面向特定设备的模型结构优化：随着终端设备算力日益增强，在小设备上直接进行机器翻译的需求也日益增大。虽然简单地削减Transformer模型的超参数能够让翻译模型在低算力设备上运行，不过研究人员仍希望得到更适用于当前设备的翻译模型。因此一些研究人员开始尝试使用结构搜索方法改良Transformer模型，一些研究人员尝试在结构优化的过程中将设备的算力作为一个约束，为不同硬件设备（如CPU、GPU等设备）发现更加有效的结构\upcite{DBLP:conf/acl/WangWLCZGH20}。例如可以将搜索空间中各种基于Transformer结构的变体建模在同一个超网络中，通过权重共享的方式进行训练。使用设备算力约束子模型，并通过进化算法对子模型进行搜索，搜索到适用于目标设备的模型结构，整个过程如图\ref{fig:15-38}所示。该方法搜索到的模型能够在保证模型性能不变前提下获得较大的效率提升。 \item 面向特定设备的模型结构优化：随着终端设备算力日益增强，在小设备上直接进行机器翻译的需求也日益增大。虽然简单地削减Transformer模型的超参数能够让翻译模型在低算力设备上运行，不过研究人员仍希望得到更适用于当前设备的翻译模型。因此一些研究人员开始尝试使用结构搜索方法改良Transformer模型，例如，可以在结构优化的过程中将设备的算力作为一个约束，为不同硬件设备（如CPU、GPU 等设备）发现更加有效的结构\upcite{DBLP:conf/acl/WangWLCZGH20}。具体来说，可以将搜索空间中各种基于Transformer结构的变体建模在同一个超网络中，通过权重共享的方式进行训练。使用设备算力约束子模型，并通过进化算法对子模型进行搜索，搜索到适用于目标设备的模型结构。该方法搜索到的模型能够在保证模型性能不变前提下获得较大的效率提升。
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\begin{figure}[htp]
\centering
\input{./Chapter15/Figures/figure-model-structure-optimization-framework-for-specific-equipment}
\caption{面向特定设备的模型结构优化框架}
\label{fig:15-38}
\end{figure}
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\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 模型压缩：此外，在不考虑设备算力的情况下，也有一些研究人员通过结构搜索方法对基于Transformer的预训练模型进行压缩。例如，将Transformer模型拆分为若干小组件，然后通过基于采样的结构搜索方法对压缩后的模型结构进行搜索，尝试找到最优且高效的推断模型\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2008-06808}。类似的，也有研究者在基于BERT的预训练模型上通过结构搜索方法进行模型压缩，通过基于梯度的结构搜索方法，针对不同的下游任务将BERT模型压缩为小模型\upcite{DBLP:conf/ijcai/ChenLQWLDDHLZ20}。 \item 模型压缩：此外，在不考虑设备算力的情况下，也可以通过结构搜索方法对基于Transformer的预训练模型进行压缩。例如，将Transformer模型拆分为若干小组件，然后通过基于采样的结构搜索方法对压缩后的模型结构进行搜索，尝试找到最优且高效的推断模型\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2008-06808}。类似的，也可以在基于BERT的预训练模型上通过结构搜索方法进行模型压缩，通过基于梯度的结构搜索方法，针对不同的下游任务将BERT模型压缩为小模型\upcite{DBLP:conf/ijcai/ChenLQWLDDHLZ20}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\end{itemize} \end{itemize}
\parinterval 虽然由于算力等条件的限制，导致目前很多网络结构搜索方法并没有直接在机器翻译任务中进行实验，但是这些方法并没有被限制在特定任务上。例如，可微分结构搜索方法被成功的用于学习更好的循环单元结构，这类方法完全可以应用在机器翻译任务上，不过大部分工作并没有在这个任务上进行尝试。此外，受到自然语言处理领域预训练模型的启发，一些研究人员也表示网络结构预搜索可能是一个极具潜力的方向，也有研究人员尝试在大规模语言模型上进行结构搜索\upcite{DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20}，然后将搜索到的模型结构应用于更多的自然语言处理任务中，这种方式有效提升了模型结构的可复用性。同时，相较于在特定任务下受限的数据集合中所得到的信息，从大规模单语数据中能获取到更加充分的信息，因此能够更好地指导模型结构的设计。此外，对于机器翻译任务而言，结构的预搜索同样是一个值得关注的研究方向。 \parinterval 虽然由于算力等条件的限制，导致目前很多网络结构搜索方法并没有直接在机器翻译任务中进行实验，但是这些方法并没有被限制在特定任务上。例如，可微分结构搜索方法被成功的用于学习更好的循环单元结构，这类方法完全可以应用在机器翻译任务上，不过大部分工作并没有在这个任务上进行尝试。此外，受到自然语言处理领域预训练模型的启发，一些研究人员也表示网络结构预搜索可能是一个极具潜力的方向，并尝试在大规模语言模型上进行结构搜索\upcite{DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20}，然后将搜索到的模型结构应用于更多的自然语言处理任务中，这种方式有效提升了模型结构的可复用性。同时，相较于在特定任务下受限的数据集合中所得到的信息，从大规模单语数据中能获取到更加充分的信息，因此能够更好地指导模型结构的设计。此外，对于机器翻译任务而言，结构的预搜索同样是一个值得关注的研究方向。
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...@@ -1356,10 +1332,12 @@ f(x) &=& x \cdot \delta(\beta x) \\ ...@@ -1356,10 +1332,12 @@ f(x) &=& x \cdot \delta(\beta x) \\
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\section{小结及深入阅读} \section{小结及深入阅读}
\parinterval 除了上述介绍的多分支网络，还可以通过多尺度的思想来对输入的特征表示进行分级表示，引入短语的信息\upcite{DBLP:conf/emnlp/HaoWSZT19}。此外，在对自注意力网络中的注意力权重分布进行修改时，同样可以根据不同的缩放比例对序列中的实词与虚词进行区分\upcite{DBLP:conf/emnlp/Lin0RLS18}。 \parinterval 神经网络结构的设计一直是研究热点。本章节介绍了基于Transformer模型的结构优化工作，其中涉及了基于注意力机制的改进，网络连接优化，基于树结构的模型，以及神经网络结构的自动搜索。依靠自注意力机制的高并行化的计算特性，以及其全局建模能力，Transformer模型在各项自然语言处理任务中取得了优异的成绩。因此，该模型常被用来当作各项任务的基线模型。Transformer模型能够取得如此傲人的成绩，一定程度上受益于多头自注意力机制。多头机制可以让模型从更多维度的空间中提取相应的特征，与多分支思想有异曲同工之妙。研究人员针对编码端的多头进行分析，发现部分头在神经网络的学习过程中扮演至关重要的角色，并且蕴含语言学解释\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1905-09418}。而另一部分头本身则不具备实质性的解释，可以通过剪枝的方式去除神经网络的冗余。然而在Transformer模型中，并不是头数越多，模型的性能就越强。{\red 一个有趣的发现是，在训练过程中利用多头，在推断过程中可以去除大部分头，性能没有明显变化，但却能够提高在CPU等串行计算单元的计算效率}\upcite{Michel2019AreSH}。
\parinterval 为了进一步提高Transformer的性能，可以利用正则化训练手段,在训练过程中增大不同头之间的差异\upcite{DBLP:conf/emnlp/LiTYLZ18}。也可以通过多尺度的思想,对输入的特征进行分级表示，并引入短语的信息\upcite{DBLP:conf/emnlp/HaoWSZT19}。此外，在对自注意力网络中的注意力权重分布进行修改时，同样可以根据不同的缩放比例对序列中的实词与虚词进行区分\upcite{DBLP:conf/emnlp/Lin0RLS18}。除了上述基于编码端-解码端的建模范式，还可以定义隐变量模型来捕获句子中潜在的语义信息\upcite{Su2018VariationalRN,DBLP:conf/acl/SetiawanSNP20},或直接对源语言和目标语言进行联合的抽象表示\upcite{Li2020NeuralMT}。
\parinterval 高效地Transformer：针对处理长文本数据时面临庞大的时间复杂度问题，除了上述章节介绍的方法，研究人员通过简化网络的结构来构建更高效地Transformer结构\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2004-05150,DBLP:journals/corr/abs-2006-04768,DBLP:journals/corr/abs-2009-14794}。 \parinterval Transformer的优越性能得益于自注意力机制与前馈神经网络的子层设计，同时残差连接{\red (引用)}与层正则化{\red (引用)}的引入让网络的训练变得更加稳定。此外，Transformer在训练过程中使用多种dropout来缓解过拟合问题\upcite{JMLR:v15:srivastava14a}，同时在计算交叉熵损失时，也可以使用标签平滑(Label Smoothing)来提高模型的泛化能力\upcite{Szegedy_2016_CVPR}。有研究人员综合了上述的技术并提出了RNMT模型\upcite{Chen2018TheBO}，即利用循环神经网络作为编码器和解码器，搭配上残差连接、层正则化、多头自注意力以及标签平滑等机制，构建了一个新模型。该模型能够取得与Transformer相媲美的性能，这也侧面反映了Transformer模型恰似一件艺术品，各个组件共同作用，缺一不可。
\parinterval ODE工作（图像） \parinterval 针对处理长文本数据时面临的复杂度较高的问题，一种比较直接的方式是优化自注意力机制，将复杂度减少到O(N)，其中N代表输入序列的长度。例如采用基于滑动窗口的局部注意力的Longformer模型\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2004-05150}，基于正向的正价随机特征的Performer\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2006-04768},应用低秩分解重新设计注意力计算的Linformer\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2009-14794}，应用星型拓扑排序的Star-Transformer模型(Star-Transformer)。
\parinterval 结构搜索技术是模型结构优化的一种方法，在近些年愈加得到广泛的关注。其中搜索策略作为衔接搜索空间和评价方法的关键步骤，在整个结构搜索方法中扮演着非常重要的角色，不同类型的搜索策略也决定了搜索过程能够在怎样的搜索空间中进行、性能评估如何帮助完成搜索等。除前文详细介绍的基于进化算法、强化学习以及梯度的方法外，基于贝叶斯优化以及随机搜索的方式同样能够有效对搜索空间进行探索。贝叶斯优化的方式已经在超参数优化领域中取得一定成绩，而对于结构搜索任务来说，也有相关研究人员尝试使用基于树的模型来对模型结构以及超参数进行协同优化\upcite{DBLP:conf/nips/BergstraBBK11,DBLP:conf/lion/HutterHL11,DBLP:conf/icml/BergstraYC13,DBLP:conf/ijcai/DomhanSH15,DBLP:conf/icml/MendozaKFSH16,DBLP:journals/corr/abs-1807-06906}。随机搜索的方法在很多工作中被作为基线，这种方式在搜索空间中随机对搜索单元进行选择及操作，最终通过组合或进化等方式找到适用于于当前任务的模型结构\upcite{li2020automated,DBLP:conf/cvpr/BenderLCCCKL20,DBLP:conf/uai/LiT19}。对于结构搜索任务来说如何提升目前搜索策略的稳定性\upcite{DBLP:conf/iccv/ChenXW019,DBLP:conf/icml/ChenH20,DBLP:conf/iclr/XuX0CQ0X20}，如何在更大的搜索空间\upcite{DBLP:conf/iclr/XieZLL19,DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,DBLP:conf/iclr/CaiZH19}、更多的任务中进行搜索\upcite{DBLP:conf/emnlp/JiangHXZZ19,DBLP:conf/icml/SoLL19}等问题成为结构搜索方法中亟待解决的重要问题。 \parinterval 结构搜索技术是模型结构优化的一种方法，在近些年得到了愈加广泛的关注。其中搜索策略是衔接搜索空间和评价方法的关键步骤，在整个结构搜索方法中扮演着非常重要的角色，不同类型的搜索策略也决定了搜索过程能够在怎样的搜索空间中进行，以及性能评估如何帮助完成搜索等。除前文详细介绍的基于进化算法、强化学习以及基于梯度的方法外，基于贝叶斯优化以及随机搜索的方式同样能够有效地对搜索空间进行探索。贝叶斯优化的方式已经在超参数优化领域中取得一定成绩，而对于结构搜索任务来说，也有相关研究人员尝试使用基于树的模型来对模型结构以及超参数进行协同优化\upcite{DBLP:conf/nips/BergstraBBK11,DBLP:conf/lion/HutterHL11,DBLP:conf/icml/BergstraYC13,DBLP:conf/ijcai/DomhanSH15,DBLP:conf/icml/MendozaKFSH16,DBLP:journals/corr/abs-1807-06906}。随机搜索的方法在很多工作中被作为基线，这种方式在搜索空间中随机对搜索单元进行选择及操作，最终通过组合或进化等方式找到适用于当前任务的模型结构\upcite{li2020automated,DBLP:conf/cvpr/BenderLCCCKL20,DBLP:conf/uai/LiT19}。对于结构搜索任务来说如何提升目前搜索策略的稳定性\upcite{DBLP:conf/iccv/ChenXW019,DBLP:conf/icml/ChenH20,DBLP:conf/iclr/XuX0CQ0X20}，如何在更大的搜索空间\upcite{DBLP:conf/iclr/XieZLL19,DBLP:conf/acl/LiHZXJXZLL20,DBLP:conf/iclr/CaiZH19}、如何在更多的任务中进行搜索\upcite{DBLP:conf/emnlp/JiangHXZZ19,DBLP:conf/icml/SoLL19}等等，已经成为结构搜索方法中亟待解决的重要问题。
Chapter16/Figures/figure-three-common-methods-of-adding-noise.tex
...@@ -34,7 +34,7 @@ ...@@ -34,7 +34,7 @@
\node [anchor=south,inner sep=2pt,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (a20) at (a21.north) {\small{$P$}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (a20) at (a21.north) {\small{$P$}};
\node [anchor=south,inner sep=2pt] (a30) at (a41.north) {\scriptsize{丢弃的结果}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt] (a30) at (a41.north) {\scriptsize{丢弃的结果}};
\node [anchor=south,inner sep=2pt] (a30-2) at (a30.north) {\scriptsize{部分词随机}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt] (a30-2) at (a30.north) {\scriptsize{部分词随机}};
\node [anchor=north,inner sep=2pt] (pos1) at ([xshift=0.5em,yshift=-0.5em]a25.south) {\scriptsize{(a)部分词随机丢弃的加噪方法}}; \node [anchor=north,inner sep=2pt] (pos1) at ([xshift=0.5em,yshift=-0.5em]a25.south) {\small{(a)部分词随机丢弃的加噪方法}};
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%mask %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%mask
\node [anchor=west,inner sep=2pt,fill=blue!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (b11) at ([xshift=2.0em]a41.east) {我}; \node [anchor=west,inner sep=2pt,fill=blue!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (b11) at ([xshift=2.0em]a41.east) {我};
\node [anchor=north,inner sep=2pt,fill=blue!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (b12) at ([yshift=-0.2em]b11.south) {对}; \node [anchor=north,inner sep=2pt,fill=blue!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (b12) at ([yshift=-0.2em]b11.south) {对};
...@@ -72,7 +72,7 @@ ...@@ -72,7 +72,7 @@
\node [anchor=south,inner sep=2pt,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (b20) at (b21.north) {\small{$P$}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (b20) at (b21.north) {\small{$P$}};
\node [anchor=south,inner sep=2pt] (b30) at (b41.north) {\scriptsize{屏蔽的结果}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt] (b30) at (b41.north) {\scriptsize{屏蔽的结果}};
\node [anchor=south,inner sep=2pt] (b30-2) at (b30.north) {\scriptsize{部分词随机}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt] (b30-2) at (b30.north) {\scriptsize{部分词随机}};
\node [anchor=north,inner sep=2pt] (pos2) at ([xshift=0.5em,yshift=-0.5em]b25.south) {\scriptsize{(b)部分词随机屏蔽的加噪方法}}; \node [anchor=north,inner sep=2pt] (pos2) at ([xshift=0.5em,yshift=-0.5em]b25.south) {\small{(b)部分词随机屏蔽的加噪方法}};
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%打乱源语句子 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%打乱源语句子
\node [anchor=north,inner sep=2pt,fill=yellow!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (c11) at ([yshift=-4.5em]a15.south) {我}; \node [anchor=north,inner sep=2pt,fill=yellow!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (c11) at ([yshift=-4.5em]a15.south) {我};
\node [anchor=north,inner sep=2pt,fill=yellow!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (c12) at ([yshift=-0.2em]c11.south) {对}; \node [anchor=north,inner sep=2pt,fill=yellow!20,minimum height=1.5em,minimum width=3.0em] (c12) at ([yshift=-0.2em]c11.south) {对};
...@@ -145,7 +145,7 @@ ...@@ -145,7 +145,7 @@
\node [anchor=south,inner sep=2pt] (c80) at (c81.north) {\scriptsize{后的结果}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt] (c80) at (c81.north) {\scriptsize{后的结果}};
\node [anchor=south,inner sep=2pt] (c80-2) at (c80.north) {\scriptsize{打乱顺序}}; \node [anchor=south,inner sep=2pt] (c80-2) at (c80.north) {\scriptsize{打乱顺序}};
\node [anchor=north,inner sep=2pt] (pos3) at ([xshift=2.4em,yshift=-0.5em]c55.south) {\scriptsize{(c)轻微打乱单词顺序的加噪方法}}; \node [anchor=north,inner sep=2pt] (pos3) at ([xshift=2.4em,yshift=-0.5em]c55.south) {\small{(c)轻微打乱单词顺序的加噪方法}};
\end{tikzpicture} \end{tikzpicture}
Chapter16/Figures/figure-unsupervised-dual-learning-process.tex
...@@ -17,7 +17,7 @@ ...@@ -17,7 +17,7 @@
\node[anchor=north,circle,fill=red!20,minimum width=6.8em](node2) at ([xshift=-6.0em,yshift=-2.0em]remark1.south) {源语言句子$\seq{x}$}; \node[anchor=north,circle,fill=red!20,minimum width=6.8em](node2) at ([xshift=-6.0em,yshift=-2.0em]remark1.south) {源语言句子$\seq{x}$};
\node[anchor=north,circle,fill=red!20,minimum width=6.8em](node2-2) at ([yshift=-0.2em]node2.south) {新生成句子$\seq{x'}$}; \node[anchor=north,circle,fill=red!20,minimum width=6.8em](node2-2) at ([yshift=-0.2em]node2.south) {新生成句子$\seq{x'}$};
\draw [->,thick]([yshift=0.2em]node2.north).. controls (-1.93,-1.5) and (-2.0,-0.2)..([xshift=-0.2em]remark1.west); \draw [->,thick]([yshift=0.2em]node2.north).. controls (-1.93,-1.5) and (-2.0,-0.2)..([xshift=-0.2em]remark1.west);
\node[anchor=north,circle,fill=red!20](node3) at ([xshift=6.5em,yshift=-2.0em]remark1.south) {目标语言句子$\seq{x}$}; \node[anchor=north,circle,fill=red!20](node3) at ([xshift=6.5em,yshift=-2.0em]remark1.south) {目标语言句子$\seq{y}$};
\draw [->,thick]([xshift=0.2em]remark1.east).. controls (2.9,-0.25) and (2.9,-0.7) ..([yshift=0.2em]node3.north); \draw [->,thick]([xshift=0.2em]remark1.east).. controls (2.9,-0.25) and (2.9,-0.7) ..([yshift=0.2em]node3.north);
......
Chapter16/chapter16.tex
...@@ -32,23 +32,23 @@ ...@@ -32,23 +32,23 @@
\section{数据的有效使用}\label{effective-use-of-data} \section{数据的有效使用}\label{effective-use-of-data}
\parinterval 数据稀缺是低资源机器翻译所面临的主要问题。充分使用既有数据是一种解决问题的思路。比如，在双语训练不充分的时候，可以简单地对双语数据的部分单词用近义词进行替换，达到丰富双语数据的目的\upcite{DBLP:conf/acl/FadaeeBM17a,DBLP:conf/emnlp/WangPDN18}，也可以考虑用转述等方式生成更多的双语训练数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/MartonCR09,DBLP:conf/eacl/LapataSM17}。 \parinterval 数据稀缺是低资源机器翻译所面临的主要问题。充分使用既有数据是一种解决问题的思路。比如，在双语训练不充足的时候，可以简单地对双语数据的部分单词用近义词进行替换，达到丰富双语数据的目的\upcite{DBLP:conf/acl/FadaeeBM17a,DBLP:conf/emnlp/WangPDN18}，也可以考虑用转述等方式生成更多的双语训练数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/MartonCR09,DBLP:conf/eacl/LapataSM17}。
\parinterval 另一种思路是使用相比双语数据更容易获取的单语数据。实际上，在统计机器翻译时代，使用单语数据训练语言模型是构建机器翻译系统的关键步骤，好的语言模型往往会带来性能的增益。而这个现象在神经机器翻译中似乎并不明显，因为在大多数神经机器翻译的范式中，并不要求使用大规模单语数据来帮助机器翻译系统。甚至，连语言模型都不会作为一个独立的模块。这一方面是由于神经机器翻译系统的解码端本身就起着语言模型的作用，另一方面是由于数据的增多使得翻译模型可以更好的捕捉目标语言的规律。但是，双语数据总是有限的，很多场景下，单语数据的规模会远大于双语数据，如果能够让这些单语数据发挥作用，显然是一种非常好的选择。针对以上问题，下面将从数据增强、基于语言模型的单语数据使用等方面展开讨论。 \parinterval 另一种思路是使用相比双语数据更容易获取的单语数据。实际上，在统计机器翻译时代，使用单语数据训练语言模型是构建机器翻译系统的关键步骤，好的语言模型往往会带来性能的增益。而这个现象在神经机器翻译中似乎并不明显，因为在大多数神经机器翻译的范式中，并不要求使用大规模单语数据来帮助机器翻译系统。甚至，连语言模型都不会作为一个独立的模块。这一方面是由于神经机器翻译系统的解码端本身就起着语言模型的作用，另一方面是由于双语数据的增多使得翻译模型可以更好的捕捉目标语言的规律。但是，双语数据总是有限的，很多场景下，单语数据的规模会远大于双语数据，如果能够让这些单语数据发挥作用，显然是一种非常好的选择。针对以上问题，下面将从数据增强、基于语言模型的单语数据使用等方面展开讨论。
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\subsection{数据增强} \subsection{数据增强}
\parinterval {\small\bfnew{数据增强}}\index{数据增强}（Data Augmentation）\index{Data Augmentation}是一种增加训练数据的方法，通常通过对既有数据进行修改或者生成新的伪数据等方式实现。有时候，数据增强也可以被看做是一种防止模型过拟合的手段\upcite{DBLP:journals/jbd/ShortenK19}。在机器翻译中，典型的数据增强方法包括回译、修改双语数据、双语数据挖掘等。 \parinterval {\small\bfnew{数据增强}}\index{数据增强}（Data Augmentation）\index{Data Augmentation}是一种增加训练数据的方法，通常通过对既有数据进行修改或者生成新的伪数据等方式实现。有时候，数据增强也可以被看做是一种防止模型过拟合的手段\upcite{DBLP:journals/jbd/ShortenK19}。在机器翻译中，典型的数据增强方法包括回译、修改双语数据、双语句对挖掘等。
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\subsubsection{1. 回译} \subsubsection{1. 回译}
\parinterval {\small\bfnew{回译}}\index{回译}（Back Translation, BT\index{Back Translation}）是目前机器翻译任务上最常用的一种数据增强方法\upcite{Sennrich2016ImprovingNM,DBLP:conf/emnlp/EdunovOAG18,DBLP:conf/aclnmt/HoangKHC18}。回译的主要思想是：利用目标语言-源语言模型（反向翻译模型）来生成伪双语句对，用于训练源语言-目标语言翻译模型（正向翻译模型）。假设现在需要训练一个英汉翻译模型。首先，使用双语数据训练汉英翻译模型，即反向翻译模型。然后通过该模型将额外的汉语单语句子翻译为英语句子，从而得到大量的生成英语- 真实汉语伪双语句对。然后，将回译得到的伪双语句对和真实双语句对混合，训练得到最终的英汉翻译模型。 \parinterval {\small\bfnew{回译}}\index{回译}（Back Translation, BT\index{Back Translation}）是目前机器翻译任务上最常用的一种数据增强方法\upcite{Sennrich2016ImprovingNM,DBLP:conf/emnlp/EdunovOAG18,DBLP:conf/aclnmt/HoangKHC18}。回译的主要思想是：利用目标语言-源语言翻译模型（反向翻译模型）来生成伪双语句对，用于训练源语言-目标语言翻译模型（正向翻译模型）。假设现在需要训练一个英汉翻译模型。首先，使用双语数据训练汉英翻译模型，即反向翻译模型。然后通过该模型将额外的汉语单语句子翻译为英语句子，从而得到大量的生成英语- 真实汉语伪双语句对。然后，将回译得到的伪双语句对和真实双语句对混合，训练得到最终的英汉翻译模型。
回译方法是模型无关的，只需要训练一个反向翻译模型，就可以简单有效地利用单语数据来增加训练数据的数量，因此得到了广泛使用\upcite{Hassan2018AchievingHP,DBLP:conf/iclr/LampleCDR18,DBLP:conf/emnlp/LampleOCDR18}。图\ref{fig:16-1} 给出了回译方法的一个简要流程。 回译方法是模型无关的，只需要训练一个反向翻译模型，就可以简单有效地利用单语数据来增加训练数据的数量，因此得到了广泛使用\upcite{Hassan2018AchievingHP,DBLP:conf/iclr/LampleCDR18,DBLP:conf/emnlp/LampleOCDR18}。图\ref{fig:16-1} 给出了回译方法的一个简要流程。
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\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 围绕如何利用回译方法生成伪双语数据这一问题，研究人员进行了详细地分析探讨。一般观点认为，反向翻译模型的性能越好，生成的伪数据质量也就越高，对正向翻译模型的性能提升也就越大\upcite{Sennrich2016ImprovingNM,DBLP:conf/aclnmt/HoangKHC18}。不过，在实践中发现，即使一些简单的策略也能带来性能的增长。比如，对于一些低资源翻译任务，通过将目标语言句子复制到源语言端构造伪数据便能带来增益\upcite{DBLP:conf/wmt/CurreyBH17}。原因在于，即使构造的双语伪数据是不准确的，其目标语言端仍然是真实数据，可以使解码器训练得更加充分，因此保证了神经机器翻译模型生成结果的流畅度。但是，相比这些简单的伪数据生成策略，利用目标语言单语数据进行回译可以获得更高质量的数据\upcite{DBLP:conf/wmt/CurreyBH17}。一种可能的解释是，双语伪数据的源语言是模型生成的翻译结果，保留了两种语言之间的互译信息，相比真实数据又存在一定的噪声。神经机器翻译模型在伪双语句对上进行训练，可以学习到如何处理带有噪声的输入，提高了模型的健壮性。 \parinterval 围绕如何利用回译方法生成伪双语数据这一问题，研究人员进行了详细地分析探讨。一般观点认为，反向翻译模型的性能越好，生成的伪数据质量也就越高，对正向翻译模型的性能提升也就越大\upcite{Sennrich2016ImprovingNM,DBLP:conf/aclnmt/HoangKHC18}。不过，在实践中发现，即使一些简单的策略也能带来性能的增长。比如，对于一些低资源翻译任务，通过将目标语言句子复制到源语言端构造伪数据便能带来增益\upcite{DBLP:conf/wmt/CurreyBH17}。原因在于，即使构造的双语伪数据是不准确的，其目标语言端仍然是真实数据，可以使解码器训练得更加充分，用来提升神经机器翻译模型生成结果的流畅度。但是，相比这些简单的伪数据生成策略，利用目标语言单语数据进行回译可以带来更高的提升\upcite{DBLP:conf/wmt/CurreyBH17}。一种可能的解释是，双语伪数据的源语言是模型生成的翻译结果，保留了两种语言之间的互译信息，相比真实数据又存在一定的噪声。神经机器翻译模型在伪双语句对上进行训练，可以学习到如何处理带有噪声的输入，提高了模型的健壮性。
\parinterval 在回译方法中，反向翻译模型的训练只依赖于有限的双语数据，因此生成的源语言端伪数据的质量难以保证。为此，可以采用{\small\sffamily\bfnew{迭代式回译}}\index{迭代式回译}（Iterative Back Translation）\index{Iterative Back Translation}的方法\upcite{DBLP:conf/aclnmt/HoangKHC18}，同时利用源语言端和目标语言端的单语数据，不断通过回译的方式来提升正向和反向翻译模型的性能。图\ref{fig:16-2}展示了迭代式回译的框架。首先，使用双语数据训练一个正向翻译模型，然后利用额外的源语言单语数据通过回译的方式生成伪双语数据，来提升反向翻译模型的性能，再利用反向翻译模型和额外的目标语言单语数据生成伪双语数据，用于提升正向翻译模型的性能。可以看出，迭代式回译的过程是完全闭环的，因此可以一直重复进行，直到正向和反向翻译模型的性能均不再提升。 \parinterval 在回译方法中，反向翻译模型的训练只依赖于有限的双语数据，因此生成的源语言端伪数据的质量难以保证。为此，可以采用{\small\sffamily\bfnew{迭代式回译}}\index{迭代式回译}（Iterative Back Translation）\index{Iterative Back Translation}的方法\upcite{DBLP:conf/aclnmt/HoangKHC18}，同时利用源语言端和目标语言端的单语数据，不断通过回译的方式来提升正向和反向翻译模型的性能。图\ref{fig:16-2}展示了迭代式回译的框架。首先，使用双语数据训练一个正向翻译模型，然后利用额外的源语言单语数据通过回译的方式生成伪双语数据，来提升反向翻译模型的性能，再利用反向翻译模型和额外的目标语言单语数据生成伪双语数据，用于提升正向翻译模型的性能。可以看出，迭代式回译的过程是完全闭环的，因此可以一直重复进行，直到正向和反向翻译模型的性能均不再提升。
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\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 然而，研究人员发现，在低资源场景中，由于缺乏双语数据，高质量的伪双语数据对于模型来说更有帮助。而在富资源场景中，在回译产生的源语言句子中添加一些噪声，提高翻译结果的多样性，反而可以达到更好的效果，比较常用的方法是使用采样解码、Top-$k$解码和加噪\upcite{DBLP:conf/emnlp/EdunovOAG18,DBLP:conf/aclnmt/ImamuraFS18,DBLP:conf/emnlp/WuWXQLL19}。回译中常用的解码方式为束搜索，在生成每个词的时候只考虑预测概率最高的词，因此生成的翻译结果质量更高，但导致的问题是翻译结果主要集中在部分高频词上，生成的伪数据缺乏多样性，也就很难去准确地覆盖真实的数据分布\upcite{DBLP:conf/icml/OttAGR18}。采样解码是指在解码过程中，对词表中所有的词按照预测概率进行随机采样，因此整个词表中的词都有可能被选中，从而使生成结果多样性更强，但翻译质量和流畅度也会明显下降。Top-$k$解码是对束搜索和采样解码的一个折中方法。在解码过程中，Top-$k$解码对词表中预测概率最高的前$k$个词进行随机采样，这样在保证翻译结果准确的前提下，提高了结果的多样性。加噪方法在束搜索的解码结果加入一些噪声，如丢掉或掩码部分词、打乱句子顺序等。这些方法在生成的源语言句子中引入了噪声，不仅增加了对包含低频词或噪声句子的训练次数，同时也提高了模型的健壮性和泛化能力\upcite{DBLP:conf/icml/VincentLBM08}。 \parinterval 更进一步，研究人员发现，在低资源场景中，由于缺乏双语数据，高质量的伪双语数据对于模型来说更有帮助。而在富资源场景中，在回译产生的源语言句子中添加一些噪声，提高翻译结果的多样性，反而可以达到更好的效果，比较常用的方法是使用采样解码、Top-$k$解码和加噪\upcite{DBLP:conf/emnlp/EdunovOAG18,DBLP:conf/aclnmt/ImamuraFS18,DBLP:conf/emnlp/WuWXQLL19}。回译中常用的解码方式为束搜索，在生成每个词的时候只考虑预测概率最高的前几个词，因此生成的翻译结果质量更高，但导致的问题是翻译结果主要集中在部分高频词上，生成的伪数据缺乏多样性，也就很难去准确地覆盖真实的数据分布\upcite{DBLP:conf/icml/OttAGR18}。采样解码是指在解码过程中，对词表中所有的词按照预测概率进行随机采样，因此整个词表中的词都有可能被选中，从而使生成结果多样性更强，但翻译质量和流畅度也会明显下降。Top-$k$解码是对束搜索和采样解码的一个折中方法。在解码过程中，Top-$k$解码对词表中预测概率最高的前$k$个词进行随机采样，这样在保证翻译结果准确的前提下，提高了结果的多样性。加噪方法在束搜索的解码结果加入一些噪声，如丢掉或掩码部分词、打乱句子顺序等。这些方法在生成的源语言句子中引入了噪声，不仅增加了对包含低频词或噪声句子的训练次数，同时也提高了模型的健壮性和泛化能力\upcite{DBLP:conf/icml/VincentLBM08}。
\parinterval 与回译方法类似，源语言单语数据也可以通过一个双语数据训练的正向翻译模型获得对应的目标语言数据，从而构造正向翻译的伪数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16}。与回译方法相反，这时的伪数据中源语言句子是真实的，而目标语言句子是自动生成的，构造的伪数据对译文的流畅性并没有太大帮助，其主要作用是提升编码器的特征提取能力。然而，由于伪数据中生成的译文质量很难保证，因此利用正向翻译模型生成伪数据的方法带来的性能提升效果要弱于回译，甚至可能是有害的\upcite{DBLP:conf/emnlp/WuWXQLL19}。 \parinterval 与回译方法类似，源语言单语数据也可以通过一个双语数据训练的正向翻译模型获得对应的目标语言数据，从而构造正向翻译的伪数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16}。与回译方法相反，这时的伪数据中源语言句子是真实的，而目标语言句子是自动生成的，构造的伪数据对译文的流畅性并没有太大帮助，其主要作用是提升编码器的特征提取能力。然而，由于伪数据中生成的译文质量很难保证，因此利用正向翻译模型生成伪数据的方法带来的性能提升效果要弱于回译，甚至可能是有害的\upcite{DBLP:conf/emnlp/WuWXQLL19}。
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\subsubsection{2. 修改双语数据} \subsubsection{2. 修改双语数据}
\parinterval 回译方法是利用单语数据来生成伪数据，而另外一种数据增强技术是对原始双语数据进行修改来得到伪双语数据，常用的方法包括加噪、词替换和转述等。 \parinterval 回译方法是利用单语数据来生成伪数据，而另外一种数据增强技术是对原始双语数据进行修改来得到伪双语数据，常用的方法包括加噪和转述等。
\parinterval 加噪是自然语言处理任务中广泛使用的一种方法\upcite{DBLP:conf/icml/VincentLBM08,DBLP:journals/ipm/FarhanTAJATT20,DBLP:conf/iclr/LampleCDR18,devlin2019bert}。比如，在广泛使用的{\small\bfnew{降噪自编码器}}\index{降噪自编码器}（Denoising Autoencoder）\index{Denoising Autoencoder}中，向原始数据中加入噪声作为模型的输入，模型通过学习如何预测原始数据进行训练。而在神经机器翻译中，利用加噪方法进行数据增强的常用方法是，在保证句子整体语义不变的情况下，对原始的双语数据适当加入一些噪声，从而生成伪双语数据来增加训练数据的规模。常用的加噪方法主要有以下三种： \parinterval 加噪是自然语言处理任务中广泛使用的一种方法\upcite{DBLP:conf/icml/VincentLBM08,DBLP:journals/ipm/FarhanTAJATT20,DBLP:conf/iclr/LampleCDR18,devlin2019bert}。比如，在广泛使用的{\small\bfnew{降噪自编码器}}\index{降噪自编码器}（Denoising Autoencoder）\index{Denoising Autoencoder}中，向原始数据中加入噪声作为模型的输入，模型通过学习如何预测原始数据进行训练。而在神经机器翻译中，利用加噪方法进行数据增强的常用方法是，在保证句子整体语义不变的情况下，对原始的双语数据适当加入一些噪声，从而生成伪双语数据来增加训练数据的规模。常用的加噪方法主要有以下三种：
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\parinterval 和回译方法相似，加噪方法一般仅在源语言句子上进行操作，既保证了目标语言句子的流畅度，又可以提高训练数据量，增加数据的多样性，还可以提高模型的健壮性和泛化能力\upcite{DBLP:conf/icml/VincentLBM08}。加噪作为一种简单有效的方法，实际的应用场景很多，比如： \parinterval 和回译方法相似，加噪方法一般仅在源语言句子上进行操作，既保证了目标语言句子的流畅度，又可以增加数据的多样性，提高模型的健壮性和泛化能力\upcite{DBLP:conf/icml/VincentLBM08}。加噪作为一种简单有效的方法，实际的应用场景很多，比如：
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\parinterval 另外一种加噪方法是进行词替换。将一个句子中的某个词替换为其他词，可能并不会影响句子的合理性和流畅度。比如，对于“我/出去/玩。”这句话，将“我”替换为“你”、“他”、“我们”或者将“玩”替换为“骑车”、“学习”、“吃饭”等，虽然改变了语义，但句子在语法上仍然是合理的。词替换方法即是将双语数据中的部分词替换为词表中的其他词，在保证句子的语义或语法正确性的前提下，增加了训练数据的多样性。 \parinterval 另外一种加噪方法是进行词替换。将一个句子中的某个词替换为其他词，可能并不会影响句子的合理性和流畅度。比如，对于“我/出去/玩。”这句话，将“我”替换为“你”、“他”、“我们”或者将“玩”替换为“骑车”、“学习”、“吃饭”等，虽然改变了语义，但句子在语法上仍然是合理的。词替换方法即是将双语数据中的部分词替换为词表中的其他词，在保证句子的语义或语法正确性的前提下，增加了训练数据的多样性。
\parinterval 词替换的另一种策略是将目标语言中的稀有词替换为语义相近的词\upcite{DBLP:conf/acl/FadaeeBM17a}。词表中的稀有词由于出现次数较少，很容易导致训练不充分问题，从而无法准确预测稀有词\upcite{DBLP:conf/acl/SennrichHB16a}。通过语言模型将源语言句子中的某个词替换为满足语法或语义条件的稀有词，再通过词对齐工具找到源语言句子中被替换的词在目标语言句子中对应的位置，借助翻译词典将这个目标语言位置的单词替换为词典中的翻译结果，从而得到伪双语数据。 \parinterval 词替换的另一种策略是将源语言中的稀有词替换为语义相近的词\upcite{DBLP:conf/acl/FadaeeBM17a}。词表中的稀有词由于出现次数较少，很容易导致训练不充分问题，从而无法准确预测稀有词\upcite{DBLP:conf/acl/SennrichHB16a}。通过语言模型将源语言句子中的某个词替换为满足语法或语义条件的稀有词，再通过词对齐工具找到源语言句子中被替换的词在目标语言句子中对应的位置，借助翻译词典将这个目标语言位置的单词替换为词典中的翻译结果，从而得到伪双语数据。
\parinterval 此外，通过在源语言或目标语言中随机选择某些词，将这些词替换为词表中一个随机词，也可以得到伪双语数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangPDN18}。随机选择句子中的某个词，将这个词的词嵌入替换为其他词的词嵌入加权表示融合，权重可以通过语言模型来计算，相比离散的替换方式（替换为其他词等），这种丰富的分布式表示相比直接使用词嵌入可以包含更多的语义信息，同一个词在不同的上下文中也会被替换为不同的上下文表示结果\upcite{DBLP:conf/acl/GaoZWXQCZL19}。 \parinterval 此外，通过在源语言或目标语言中随机选择某些词，将这些词替换为词表中一个随机词，也可以得到伪双语数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangPDN18}。随机选择句子中的某个词，将这个词的词嵌入替换为其他词的词嵌入加权表示融合，权重可以通过语言模型来计算，相比离散的替换方式（替换为其他词等），这种丰富的分布式表示相比直接使用词嵌入可以包含更多的语义信息，同一个词在不同的上下文中也会被替换为不同的上下文表示结果\upcite{DBLP:conf/acl/GaoZWXQCZL19}。
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\subsubsection{1. 语言模型在目标端的融合} \subsubsection{1. 语言模型在目标语言端的融合}
\parinterval 融合目标语言端的语言模型是一种最直接的使用单语数据的方法\upcite{2015OnGulcehre,DBLP:journals/csl/GulcehreFXCB17,DBLP:conf/wmt/StahlbergCS18}。实际上，神经机器翻译模型本身也具备了语言模型的作用，因为解码器本质上也是一个语言模型，用于描述生成译文词串的规律。类似于语言模型，神经机器翻译模型可以自回归地生成翻译结果。对于一个双语句对$(\seq{x}, \seq{y})$，神经机器翻译模型根据源语言句子$\seq{x}$和前面生成的词来预测当前位置词的概率分布： \parinterval 融合目标语言端的语言模型是一种最直接的使用单语数据的方法\upcite{2015OnGulcehre,DBLP:journals/csl/GulcehreFXCB17,DBLP:conf/wmt/StahlbergCS18}。实际上，神经机器翻译模型本身也具备了语言模型的作用，因为解码器本质上也是一个语言模型，用于描述生成译文词串的规律。类似于语言模型，神经机器翻译模型可以自回归地生成翻译结果。对于一个双语句对$(\seq{x}, \seq{y})$，神经机器翻译模型根据源语言句子$\seq{x}$和前面生成的词来预测当前位置词的概率分布：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\log{P(\seq{y} | \seq{x}; \theta)} & = & \sum_{t}{\log{P(y_t | \seq{x}, {\seq{y}}_{<t}; \theta)}} \log{P(\seq{y} | \seq{x}; \theta)} & = & \sum_{t}{\log{P(y_t | {\seq{y}}_{<t}, \seq{x}; \theta)}}
\label{eq:16-1} \label{eq:16-1}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\noindent 这里，$\theta$是神经机器翻译模型的参数，${\seq{y}}_{<t}$表示第$t$个词前面生成的词。可以看出，模型的翻译过程与两部分信息有关，分别是源语言句子$\seq{x}$以及前面生成的翻译序列${\seq{y}}_{<t}$。语言模型可以与解码过程融合，根据${\seq{y}}_{<t}$生成流畅度更高的翻译结果。常用的融合方法主要分为浅融合和深融合\upcite{2015OnGulcehre}。 \noindent 这里，$\theta$是神经机器翻译模型的参数，${\seq{y}}_{<t}$表示第$t$个位置前面已经生成的词序列。可以看出，模型的翻译过程与两部分信息有关，分别是源语言句子$\seq{x}$以及前面生成的翻译序列${\seq{y}}_{<t}$。语言模型可以与解码过程融合，根据${\seq{y}}_{<t}$生成流畅度更高的翻译结果。常用的融合方法主要分为浅融合和深融合\upcite{2015OnGulcehre}。
\parinterval 浅融合方法独立训练翻译模型和语言模型，在生成每个词的时候，对两个模型的预测概率进行加权求和得到最终的预测概率。浅融合的不足在于，解码过程对每个词均采用相同的语言模型权重，这实际上是不合理的。比如，在汉语-英语翻译系统中，英语句子中的冠词可能在汉语句子中没有显式的单词对应，这种情况下，英语语言模型可以提供更多帮助，保证翻译结果更加符合英语的语言结构；而在翻译某些名词的时候，语言模型由于没有源语言句子的信息，反而会对解码过程产生干扰，因此权重越小越好。针对这个问题，深融合联合翻译模型和语言模型进行训练，从而在解码过程中动态地计算语言模型的权重，更好地融合翻译模型和语言模型来计算预测概率。 \parinterval 浅融合方法独立训练翻译模型和语言模型，在生成每个词的时候，对两个模型的预测概率进行加权求和得到最终的预测概率。浅融合的不足在于，解码过程对每个词均采用相同的语言模型权重，这实际上是不合理的。比如，在汉语-英语翻译系统中，英语句子中的冠词可能在汉语句子中没有显式的单词对应，这种情况下，英语语言模型可以提供更多帮助，保证翻译结果更加符合英语的语言结构；而在翻译某些名词的时候，语言模型由于没有源语言句子的信息，反而会对解码过程产生干扰，因此权重越小越好。针对这个问题，深融合联合翻译模型和语言模型进行训练，从而在解码过程中动态地计算语言模型的权重，更好地融合翻译模型和语言模型来计算预测概率。
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\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 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}\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 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参数矩阵\upcite{DBLP:conf/aclwat/NeishiSTIYT17,2018When}。 \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参数矩阵\upcite{DBLP:conf/aclwat/NeishiSTIYT17,2018When}。
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\parinterval 因此，一种做法将预训练模型和翻译模型进行融合，把预训练模型作为一个独立的模块来为编码器或者解码器提供句子级表示信息\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2002-06823,DBLP:conf/aaai/YangW0Z00020}。另外一种做法是针对生成任务进行预训练。机器翻译是一种典型的语言生成任务，不仅包含源语言表示学习的问题，还有序列到序列的映射，以及目标语言端序列生成的问题，这些知识是无法单独通过（源语言）单语数据学习到的。因此，可以使用单语数据对编码器-解码器结构进行预训练\upcite{song2019mass,DBLP:conf/acl/LewisLGGMLSZ20,DBLP:conf/emnlp/QiYGLDCZ020}。 \parinterval 因此，一种做法将预训练模型和翻译模型进行融合，把预训练模型作为一个独立的模块来为编码器或者解码器提供句子级表示信息\upcite{DBLP:journals/corr/abs-2002-06823,DBLP:conf/aaai/YangW0Z00020}。另外一种做法是针对生成任务进行预训练。机器翻译是一种典型的语言生成任务，不仅包含源语言表示学习的问题，还有序列到序列的映射，以及目标语言端序列生成的问题，这些知识是无法单独通过（源语言）单语数据学习到的。因此，可以使用单语数据对编码器-解码器结构进行预训练\upcite{song2019mass,DBLP:conf/acl/LewisLGGMLSZ20,DBLP:conf/emnlp/QiYGLDCZ020}。
\parinterval 以{\small\bfnew{掩码端到端预训练}}（Masked Sequence To Sequence Pre-training，MASS）\index{掩码端到端预训练}\index{MASS}方法为例\upcite{song2019mass}，其思想与BERT十分相似，也是在预训练过程中采用掩码的方式，随机选择编码器输入句子中的连续片段替换为特殊词[Mask]，然后在解码器预测这个连续片段，如图\ref{fig:16-6} 所示。这种做法可以使得编码器捕捉上下文信息，同时迫使解码器依赖于编码器进行自回归的生成，从而学习到编码器和解码器之间的注意力。为了适配下游的机器翻译任务，使预训练模型可以学习到不同语言的表示，MASS对不同语言的句子采用共享词汇表和模型参数的方法，利用同一个预训练模型来进行不同语言句子的预训练。通过这种方式，模型既学到了对源语言句子的编码，也学习到了对目标语言句子的生成方法，之后通过使用双语句对来对预训练模型的参数进行微调，模型可以快速收敛到较好的水平。 \parinterval 以{\small\bfnew{掩码端到端预训练}}（Masked Sequence to Sequence Pre-training，MASS）\index{掩码端到端预训练}\index{MASS}方法为例\upcite{song2019mass}，其思想与BERT十分相似，也是在预训练过程中采用掩码的方式，随机选择编码器输入句子中的连续片段替换为特殊词[Mask]，然后在解码器预测这个连续片段，如图\ref{fig:16-6} 所示。这种做法可以使得编码器捕捉上下文信息，同时迫使解码器依赖于编码器进行自回归的生成，从而学习到编码器和解码器之间的注意力。为了适配下游的机器翻译任务，使预训练模型可以学习到不同语言的表示，MASS对不同语言的句子采用共享词汇表和模型参数的方法，利用同一个预训练模型来进行不同语言句子的预训练。通过这种方式，模型既学到了对源语言句子的编码，也学习到了对目标语言句子的生成方法，之后通过使用双语句对来对预训练模型的参数进行微调，模型可以快速收敛到较好的水平。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\parinterval 在训练一个神经网络的时候，会给定模型一个训练目标，希望模型通过不断训练在这个目标上表现得越来越好。同时也希望模型在训练过程中可以自动提取到与训练目标相关的所有信息。然而，过分地关注单个训练目标，可能使模型忽略掉其他可能有帮助的信息，这些信息可能来自于一些其他相关的任务\upcite{DBLP:journals/corr/Ruder17a}。通过联合多个独立但相关的任务共同学习，任务之间相互``促进''，就是{\small\sffamily\bfnew{多任务学习}}\index{多任务学习}（Multitask Learning）\index{Multitask Learning}方法\upcite{DBLP:journals/corr/Ruder17a,DBLP:books/sp/98/Caruana98,liu2019multi}。多任务学习的常用做法是针对多个相关的任务，共享模型的部分参数来学习不同任务之间相似的特征，并通过特定的模块来学习每个任务独立的特征（见\chapterfifteen）。常用的策略是对底层的模型参数进行共享，顶层的模型参数用于独立学习各个不同的任务。 \parinterval 在训练一个神经网络的时候，会给定模型一个训练目标，希望模型通过不断训练在这个目标上表现得越来越好。同时也希望模型在训练过程中可以自动提取到与训练目标相关的所有信息。然而，过分地关注单个训练目标，可能使模型忽略掉其他可能有帮助的信息，这些信息可能来自于一些其他相关的任务\upcite{DBLP:journals/corr/Ruder17a}。通过联合多个独立但相关的任务共同学习，任务之间相互``促进''，就是{\small\sffamily\bfnew{多任务学习}}\index{多任务学习}（Multitask Learning）\index{Multitask Learning}方法\upcite{DBLP:journals/corr/Ruder17a,DBLP:books/sp/98/Caruana98,liu2019multi}。多任务学习的常用做法是针对多个相关的任务，共享模型的部分参数来学习不同任务之间相似的特征，并通过特定的模块来学习每个任务独立的特征（见\chapterfifteen）。常用的策略是对底层的模型参数进行共享，顶层的模型参数用于独立学习各个不同的任务。
\parinterval 在神经机器翻译中，应用多任务学习的主要策略是将翻译任务作为主任务，同时设置一些仅使用单语数据的子任务，通过这些子任务来捕捉单语数据中的语言知识\upcite{DBLP:conf/emnlp/DomhanH17,DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16,DBLP:journals/corr/LuongLSVK15}。一种多任务学习的方法是利用源语言单语数据，通过单个编码器对源语言数据进行建模，再分别使用两个解码器来学习源语言排序和翻译任务。源语言排序任务是指对句子的顺序进行调整，可以通过单语数据来构造训练数据，从而使编码器被训练得更加充分\upcite{DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16}，如图\ref{fig:16-7}所示。 \parinterval 在神经机器翻译中，应用多任务学习的主要策略是将翻译任务作为主任务，同时设置一些仅使用单语数据的子任务，通过这些子任务来捕捉单语数据中的语言知识\upcite{DBLP:conf/emnlp/DomhanH17,DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16,DBLP:journals/corr/LuongLSVK15}。一种多任务学习的方法是利用源语言单语数据，通过单个编码器对源语言数据进行建模，再分别使用两个解码器来学习源语言排序和翻译任务。源语言排序任务是指利用预排序规则\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangCK07}对源语言句子中词的顺序进行调整，可以通过单语数据来构造训练数据，从而使编码器被训练得更加充分\upcite{DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16}，如图\ref{fig:16-7}所示。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\parinterval 这个例子说明$\funp{P}(\seq{y}|\seq{x})$和$\funp{P}(\seq{x}|\seq{y})$直觉上应当存在联系。当然，$\seq{x}$和$\seq{y}$之间是否存在简单的线性变换关系并没有结论，但是上面的例子给出了一种对源语言句子和目标语言句子进行相互转化的思路。实际上，研究人员已经通过一些数学技巧用目标函数来把$\funp{P}(\seq{y}|\seq{x})$和$\funp{P}(\seq{x}|\seq{y})$联系起来，这样训练神经机器翻译系统一次就可以同时得到两个方向的翻译模型，使得训练变得更加高效\upcite{Hassan2018AchievingHP,DBLP:conf/aaai/Zhang0LZC18,DBLP:conf/wmt/SunJXHWW19}。双向联合训练的基本思想是：使用两个方向的翻译模型对单语数据进行解码，之后用解码后的翻译结果与原始的单语数据作为训练语料，通过多次迭代更新两个方向上的机器翻译模型。 \parinterval 这个例子说明$\funp{P}(\seq{y}|\seq{x})$和$\funp{P}(\seq{x}|\seq{y})$直觉上应当存在联系。当然，$\seq{x}$和$\seq{y}$之间是否存在简单的线性变换关系并没有结论，但是上面的例子给出了一种对源语言句子和目标语言句子进行相互转化的思路。实际上，研究人员已经通过一些数学技巧用目标函数来把$\funp{P}(\seq{y}|\seq{x})$和$\funp{P}(\seq{x}|\seq{y})$联系起来，这样训练神经机器翻译系统一次就可以同时得到两个方向的翻译模型，使得训练变得更加高效\upcite{Hassan2018AchievingHP,DBLP:conf/aaai/Zhang0LZC18,DBLP:conf/wmt/SunJXHWW19}。双向联合训练的基本思想是：使用两个方向的翻译模型对单语数据进行解码，之后用解码后的翻译结果与原始的单语数据作为训练语料，通过多次迭代更新两个方向上的机器翻译模型。
\parinterval 图\ref{fig:16-9}给出了一个双向训练的详细流程，其中$M_{x \rightarrow y}^{k}$表示第$k$轮得到的$x$到$y$的翻译模型，$M_{y \rightarrow x}^{k}$表示第$k$轮得到的$y$到$x$的翻译模型。这里只展示了前两轮迭代。在第一次迭代开始之前，首先使用双语数据对两个初始翻译模型进行预训练。为了保持一致性，这里称之为第0 轮迭代。在第一轮迭代中，首先使用这两个翻译模型$M_{x \rightarrow y}^{0}$和$M_{y \rightarrow x}^{0}$ 翻译单语数据$X=\{ x_i \}$ 和$Y= \{ y_i \}$ 后得到译文$\{\hat{y}_i^{0} \}$和$\{ \hat{x}_i^{0}\}$。进一步，构建伪训练数据集$\{ x_i,\hat{y}_i^{0}\}$ 与$\{ \hat{x}_i^{0},y_i \}$。然后使用上面的两个伪训练集和原始双语数据混合训练得到模型$M_{x \rightarrow y}^{1}$和$M_{y \rightarrow x}^{1}$并进行参数更新，即用$\{ x_i,\hat{y}_i^{0}\} \bigcup \{ x_i,y_i\}$训练$M_{x \rightarrow y}^{1}$，用$\{ y_i,\hat{x}_i^{0}\} \bigcup \{ y_i,x_i\}$训练$M_{y \rightarrow x}^{1}$。第二轮迭代继续重复上述过程，使用更新参数后的翻译模型$M_{x \rightarrow y}^{1}$和$M_{y \rightarrow x}^{1}$ 得到新的伪数据集$\{ x_i,\hat{y}_i^{1}\}$ 与$\{ \hat{x}_i^{1},y_i \}$。然后，进一步得到翻译模型$M_{x \rightarrow y}^{2}$和$M_{y \rightarrow x}^{2}$。这种方式本质上也是一种自学习的过程，通过逐步生成更好的伪数据来提升模型质量。 \parinterval 图\ref{fig:16-9}给出了一个双向训练的详细流程，其中$M_{x \rightarrow y}^{k}$表示第$k$轮得到的$x$到$y$的翻译模型，$M_{y \rightarrow x}^{k}$表示第$k$轮得到的$y$到$x$的翻译模型。这里只展示了前两轮迭代。在第一次迭代开始之前，首先使用双语数据对两个初始翻译模型进行预训练。为了保持一致性，这里称之为第0 轮迭代。在第一轮迭代中，首先使用这两个翻译模型$M_{x \rightarrow y}^{0}$和$M_{y \rightarrow x}^{0}$ 翻译单语数据$X=\{ x_i \}$ 和$Y= \{ y_i \}$ 后得到译文$\{\hat{y}_i^{0} \}$和$\{ \hat{x}_i^{0}\}$。进一步，构建伪训练数据集$\{ x_i,\hat{y}_i^{0}\}$ 与$\{ \hat{x}_i^{0},y_i \}$。然后使用上面的两个伪训练集和原始双语数据混合训练得到模型$M_{x \rightarrow y}^{1}$和$M_{y \rightarrow x}^{1}$并进行参数更新，即用$\{ x_i,\hat{y}_i^{0}\} \bigcup \{ x_i,y_i\}$训练$M_{y \rightarrow x}^{1}$，用$\{ y_i,\hat{x}_i^{0}\} \bigcup \{ y_i,x_i\}$训练$M_{x \rightarrow y}^{1}$。第二轮迭代继续重复上述过程，使用更新参数后的翻译模型$M_{x \rightarrow y}^{1}$和$M_{y \rightarrow x}^{1}$ 得到新的伪数据集$\{ x_i,\hat{y}_i^{1}\}$ 与$\{ \hat{x}_i^{1},y_i \}$。然后，进一步得到翻译模型$M_{x \rightarrow y}^{2}$和$M_{y \rightarrow x}^{2}$。这种方式本质上也是一种自学习的过程，通过逐步生成更好的伪数据来提升模型质量。
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\begin{figure}[h] \begin{figure}[h]
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\subsection{对偶学习} \subsection{对偶学习}
\parinterval 对称，也许是人类最喜欢的美，其始终贯穿在整个人类文明的诞生与发展之中。古语“夫美者，上下、内外、大小、远近皆无害焉，故曰美”描述的即是这样的美。在人工智能的任务中，也存在着这样的对称结构，比如机器翻译中英译汉和汉译英、图像处理中的图像标注和图像生成以及语音处理中的语音识别和文字合成等。利用这些任务的对称性质（也称对偶性），可以使互为对偶的两个任务获得更有效的反馈，从而使对应的模型相互学习、相互提高。目前，对偶学习的思想已经广泛应用于低资源机器翻译领域，它不仅能够提升在有限双语资源下的翻译模型性能（{\small\bfnew{有监督对偶学习}}，Dual Supervised Learning\index{Dual Supervised Learning}）\upcite{DBLP:conf/icml/XiaQCBYL17,DBLP:conf/acl/SuHC19,DBLP:journals/ejasmp/RadzikowskiNWY19}，而且能够利用未标注的单语数据来进行学习（{\small\bfnew{无监督对偶学习}}，Dual Unsupervised Learning\index{Dual Unsupervised Learning}）\upcite{qin2020dual,DBLP:conf/iccv/YiZTG17,DBLP:journals/access/DuRZH20}。下面将一一展开讨论。 \parinterval 对称，也许是人类最喜欢的美，其始终贯穿在整个人类文明的诞生与发展之中。古语“夫美者，上下、内外、大小、远近皆无害焉，故曰美”描述的即是这样的美。在人工智能的任务中，也存在着这样的对称结构，比如机器翻译中英译汉和汉译英、图像处理中的图像标注和图像生成以及语音处理中的语音识别和语音合成等。利用这些任务的对称性质（也称对偶性），可以使互为对偶的两个任务获得更有效的反馈，从而使对应的模型相互学习、相互提高。
目前，对偶学习的思想已经广泛应用于低资源机器翻译领域，它不仅能够提升在有限双语资源下的翻译模型性能（{\small\bfnew{有监督对偶学习}}，Dual Supervised Learning\index{Dual Supervised Learning}）\upcite{DBLP:conf/icml/XiaQCBYL17,DBLP:conf/icml/XiaTTQYL18}，而且能够利用未标注的单语数据来进行学习（{\small\bfnew{无监督对偶学习}}，Dual Unsupervised Learning\index{Dual Unsupervised Learning}）\upcite{qin2020dual,DBLP:conf/nips/HeXQWYLM16,zhao2020dual}。下面将一一展开讨论。
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\subsubsection{2. 无监督对偶学习} \subsubsection{2. 无监督对偶学习}
\parinterval 如上一节所述，有监督的对偶学习需要使用双语数据来训练两个翻译模型。幸运的是，存在大量的单语数据可供使用。因此，如何使用这些单语数据来提升翻译模型的性能是一个关键问题。 \parinterval 有监督的对偶学习需要使用双语数据来训练两个翻译模型，但是有些低资源语言仅有少量双语数据可以训练。幸运的是，存在大量的单语数据可供使用。因此，如何使用这些单语数据来提升翻译模型的性能也是一个关键问题。
\parinterval 无监督对偶学习提供了一个解决问题的思路\upcite{qin2020dual}。假设目前有两个比较弱的翻译模型，一个原始任务模型$f$将源语言句子$\seq{x}$翻译成目标语言句子$\seq{y}$，一个对偶任务模型$g$将目标语言句子$\seq{y}$翻译成源语言句子$\seq{x}$。翻译模型可由有限的双语训练或者使用无监督机器翻译的方法得到。如图\ref{fig:16-10}所示，无监督对偶学习的做法是，先通过原始任务模型$f$将一个源语言单语句子$x$翻译为目标语言句子$y$，由于没有参考译文，无法判断$y$的正确性。但通过语言模型，可以判断这个句子是否通顺、符合语法规范，这些信息可用来评估翻译模型$f$的翻译流畅性。随后，再通过对偶任务模型$g$将目标语言句子$y$翻译为源语言句子$x^{'}$。如果模型$f$和$g$的翻译性能较好，那么$x^{'}$和$x$会十分相似。通过计算二者的{\small\bfnew{重构损失}}\index{重构损失}（Reconstruction Loss）\index{Reconstruction Loss}，就可以优化模型$f$和$g$的参数。这个过程可以多次迭代，从大量的无标注单语数据上不断提升性能。 \parinterval 无监督对偶学习提供了一个解决问题的思路\upcite{qin2020dual}。假设目前有两个比较弱的翻译模型，一个原始任务模型$f$将源语言句子$\seq{x}$翻译成目标语言句子$\seq{y}$，一个对偶任务模型$g$将目标语言句子$\seq{y}$翻译成源语言句子$\seq{x}$。翻译模型可由有限的双语训练或者使用无监督机器翻译的方法得到。如图\ref{fig:16-10}所示，无监督对偶学习的做法是，先通过原始任务模型$f$将一个源语言单语句子$x$翻译为目标语言句子$y$，由于没有参考译文，无法判断$y$的正确性。但通过语言模型，可以判断这个句子是否通顺、符合语法规范，这些信息可用来评估翻译模型$f$的翻译流畅性。随后，再通过对偶任务模型$g$将目标语言句子$y$翻译为源语言句子$x^{'}$。如果模型$f$和$g$的翻译性能较好，那么$x^{'}$和$x$会十分相似。通过计算二者的{\small\bfnew{重构损失}}\index{重构损失}（Reconstruction Loss）\index{Reconstruction Loss}，就可以优化模型$f$和$g$的参数。这个过程可以多次迭代，从大量的无标注单语数据上不断提升性能。
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\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，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，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$\mathbi{W} \mathbi{X}$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}）来获得近似解：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\mathbi{W}^{\star} & = &\underset{\mathbi{W} \in O_{d}(\mathbb{R})}{\operatorname{argmin}}\|\mathbi{W} \mathbi{X}'- \mathbi{Y}' \|_{\mathrm{F}} \nonumber \\ \mathbi{W}^{\star} & = &\underset{\mathbi{W} \in O_{d}(\mathbb{R})}{\operatorname{argmin}}\|\mathbi{W} \mathbi{X}'- \mathbi{Y}' \|_{\mathrm{F}} \nonumber \\
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\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 首先词典归纳依赖于基于大规模单语语料训练出来的词嵌入，而词嵌入会受到单语数据的来源领域及数量、词向量训练算法、超参数配置等多方面因素的影响，这很容易导致不同情况下词嵌入结果的差异很大。 \item 词典归纳依赖于基于大规模单语数据训练出来的词嵌入，而词嵌入会受到单语数据的来源领域及数量、词向量训练算法、超参数配置等多方面因素的影响，这很容易导致不同情况下词嵌入结果的差异很大。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 词典归纳强烈依赖于词嵌入空间近似同构的假设，然而许多语言之间天然的差异导致该假设并不成立。由于无监督系统通常是基于两阶段的方法，起始阶段由于缺乏监督信号的引导很容易就失败，从而导致后面的阶段无法有效运行。\upcite{DBLP:conf/acl/SogaardVR18,A2020Li} \item 词典归纳强烈依赖于词嵌入空间近似同构的假设，然而许多语言之间天然的差异导致该假设并不成立。因为无监督系统通常是基于两阶段的方法，起始阶段由于缺乏监督信号的引导很容易就失败，从而导致后面的阶段无法有效运行\upcite{DBLP:conf/acl/SogaardVR18,A2020Li}。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 由于词嵌入这种表示方式的局限性，模型无法实现单词多对多的对齐，而且对于一些相似的词或者实体，模型也很难实现对齐。 \item 由于词嵌入这种表示方式的局限性，模型无法实现单词多对多的对齐，而且对于一些相似的词或者实体，模型也很难实现对齐。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\end{itemize} \end{itemize}
\parinterval 无监督方法的健壮性是一个很难解决的问题。对于词典推断这个任务来说，是否有必要无监督仍然值得商榷，因为其作为一个底层任务，不仅可以利用词嵌入，还可以利用单语、甚至是双语信息。此外，基于弱监督的方法代价也不是很大，只需要数千个词典即可，有了监督信号的引导，健壮性问题就能得到一定的缓解。 \parinterval 无监督方法的健壮性是一个很难解决的问题。对于词典推断这个任务来说，是否有必要无监督仍然值得商榷。因为其作为一个底层任务，不仅可以利用词嵌入，还可以利用单语、甚至是双语信息。此外，基于弱监督的方法代价也不是很大，只需要数千个词典即可。有了监督信号的引导，健壮性问题就能得到一定的缓解。
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\subsection{无监督统计机器翻译} \subsection{无监督统计机器翻译}
\parinterval 在无监督词典归纳的基础上，可以进一步得到句子间的翻译，实现无监督机器翻译\upcite{DBLP:journals/talip/MarieF20}。统计机器翻译作为机器翻译的主流方法，对其进行无监督学习可以帮助我们构建初始的无监督机器翻译系统。这样，它可以进一步被用于训练更为先进的无监督神经机器翻译系统。以基于短语的统计机器翻译为例，系统主要包含短语表、语言模型、调序模型以及权重调优等模块（见{\chapterseven}）。其中短语表和模型调优需要双语数据，而语言模型和调序模型只依赖于单语数据。因此，如果可以通过无监督的方法完成短语表和权重调优，那么就得到了无监督统计机器翻译系统\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。 \parinterval 在无监督词典归纳的基础上，可以进一步得到句子间的翻译，实现无监督机器翻译\upcite{DBLP:journals/talip/MarieF20}。统计机器翻译作为机器翻译的主流方法，对其进行无监督学习可以帮助构建初始的无监督机器翻译系统。这样，它可以进一步被用于训练更为先进的无监督神经机器翻译系统。以基于短语的统计机器翻译为例，系统主要包含短语表、语言模型、调序模型以及权重调优等模块（见{\chapterseven}）。其中短语表和模型调优需要双语数据，而语言模型和调序模型只依赖于单语数据。因此，如果可以通过无监督的方法完成短语表和权重调优，那么就得到了无监督统计机器翻译系统\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。
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\subsubsection{1. 无监督短语归纳} \subsubsection{1. 无监督短语归纳}
\parinterval 回顾统计机器翻译中的短语表，其实它类似于一个词典，对一个源语言短语给出相应的短语翻译\upcite{DBLP:conf/ki/ZensON02}。只不过词典的基本单元是词，而短语表的基本单元是短语（或$n$-gram）。此外短语表还提供短语翻译的得分。既然短语表跟词典如此相似，那么很容易就可以把无监督词典归纳的方法移植到处理短语上，也就是把里面的词替换成短语，就可以无监督地得到短语表。 \parinterval 回顾统计机器翻译中的短语表，它类似于一个词典，对一个源语言短语给出相应的短语翻译\upcite{DBLP:conf/ki/ZensON02}。只不过词典的基本单元是词，而短语表的基本单元是短语（或$n$-gram）。此外短语表还提供短语翻译的得分。既然短语表跟词典如此相似，那么很容易就可以把无监督词典归纳的方法移植到处理短语上，也就是把里面的词替换成短语，就可以无监督地得到短语表。
\parinterval 如\ref{unsupervised-dictionary-induction}节所述，无监督词典归纳的方法依赖于词的分布式表示，也就是词嵌入。因此当把无监督词典归纳拓展到短语上时，首先需要获得短语的分布式表示。比较简单的方法是把词换成短语，然后借助无监督词典归纳相同的算法得到短语的分布式表示。最后直接应用无监督词典归纳方法，得到源语言短语与目标语言短语之间的对应。 \parinterval 如\ref{unsupervised-dictionary-induction}节所述，无监督词典归纳的方法依赖于词的分布式表示，也就是词嵌入。因此当把无监督词典归纳拓展到短语上时，首先需要获得短语的分布式表示。比较简单的方法是把词换成短语，然后借助无监督词典归纳相同的算法得到短语的分布式表示。最后直接应用无监督词典归纳方法，得到源语言短语与目标语言短语之间的对应。
\parinterval 尽管已经得到了短语的翻译，短语表的另外一个重要的组成部分，也就是短语对的得分（概率）无法直接由词典归纳方法直接给出，而这些得分在统计机器翻译模型中非常重要。在无监督词典归纳中，在推断词典的时候会为一对源语言单词和目标语言单词打分（词嵌入之间的相似度），然后根据打分来决定哪一个目标语言单词更有可能是当前源语言单词的翻译。在无监督短语归纳中，这样一个打分已经提供了对短语对质量的度量，因此经过适当的归一化处理后就可以得到短语对的得分： \parinterval 尽管已经得到了短语的翻译，短语表的另外一个重要的组成部分，也就是短语对的得分（概率）无法由词典归纳方法直接给出，而这些得分在统计机器翻译模型中非常重要。在无监督词典归纳中，在推断词典的时候会为一对源语言单词和目标语言单词打分（词嵌入之间的相似度），再根据打分来决定哪一个目标语言单词更有可能是当前源语言单词的翻译。在无监督短语归纳中，这样一个打分已经提供了对短语对质量的度量，因此经过适当的归一化处理后就可以得到短语对的得分：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\sum_{\mathbi{y}^{'}}\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y}^{'})/\tau} P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\sum_{\mathbi{y}^{'}}\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y}^{'})/\tau}
\label{eq:16-11} \label{eq:16-11}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\noindent 其中，$\mathrm{cos}$是余弦相似度，$\mathbi{x}$是经过无监督词典归纳里$\mathbi{W}$转换的源语言短语嵌入，$\mathbi{y}$是目标语言短语嵌入，$\mathbi{y}^{'}$是所有可能的目标语短语嵌入，$\tau$是控制产生分布$P$的尖锐程度的一个超参数。 \noindent 其中，$\mathrm{cos}$是余弦相似度，$\mathbi{x}$是经过无监督词典归纳里$\mathbi{W}$转换的源语言短语嵌入，$\mathbi{y}$是目标语言短语嵌入，$\mathbi{y}^{'}$是所有可能的目标语言短语嵌入，$\tau$是控制产生分布$P$的尖锐程度的一个超参数。
\parinterval 一个问题是在无监督的情景下我们没有任何双语数据，那么如何得到最优的$\tau$？这里，可以寻找一个$\tau$使得所有$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$ 最大\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。通常，取离一个给定的$\mathbi{y}$最接近的$\mathbi{x}$ 而不是给定$\mathbi{x}$ 选取最近的$\mathbi{y}$来计算$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$，因为给定$\mathbi{x}$得到的最近$\mathbi{y}$总是$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$里概率最大的元素，这时候总是可以调整$\tau$使得所有$P$的取值都接近1。实际中为了选取最优$\tau$会为$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$ 和$P(\mathbi{x}|\mathbi{y})$ 同时优化$\tau$。 \parinterval 一个问题是在无监督的情景下没有任何双语数据，那么如何得到最优的$\tau$？这里，可以寻找一个$\tau$使得所有$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$ 最大\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。通常，选取与一个给定的$\mathbi{y}$最接近的$\mathbi{x}$ 而不是选取与一个给定的$\mathbi{x}$最接近的$\mathbi{y}$来计算$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$，因为选取与一个给定的$\mathbi{x}$最接近的$\mathbi{y}$总是$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$里概率最大的元素，这时候总是可以调整$\tau$使得所有$P$的取值都接近1。实际中为了选取最优$\tau$会为$P(\mathbi{y}|\mathbi{x})$ 和$P(\mathbi{x}|\mathbi{y})$ 同时优化$\tau$。
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...@@ -646,9 +650,9 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -646,9 +650,9 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\parinterval 有了短语表之后，剩下的问题是如何在没有双语数据的情况下进行模型调优，从而把短语表、语言模型、调序模型等模块融合起来\upcite{DBLP:conf/acl/Och03}。在统计机器翻译系统中，短语表可以提供短语的翻译，而语言模型可以保证从短语的翻译拼装得到的句子的流畅度，因此统计机器翻译模型即使在没有权重调优的基础上也已经具备了一定的翻译能力。所以一个简单而有效的无监督方法就是使用未经过模型调优的统计机器翻译模型进行回译，也就是将目标语言句子翻译成源语言句子后，再将翻译得到的源语句言子当成输入而目标语言句子当成标准答案，完成权重调优。 \parinterval 有了短语表之后，剩下的问题是如何在没有双语数据的情况下进行模型调优，从而把短语表、语言模型、调序模型等模块融合起来\upcite{DBLP:conf/acl/Och03}。在统计机器翻译系统中，短语表可以提供短语的翻译，而语言模型可以保证从短语的翻译拼装得到的句子的流畅度，因此统计机器翻译模型即使在没有权重调优的基础上也已经具备了一定的翻译能力。所以一个简单而有效的无监督方法就是使用未经过模型调优的统计机器翻译模型进行回译，也就是将目标语言句子翻译成源语言句子后，再将翻译得到的源语句言子当成输入而目标语言句子当成标准答案，完成权重调优。
\parinterval 经过上述的无监督模型调优后，就获得了一个比未经调优效果更好的翻译模型。这时候，可以这个翻译模型去产生质量更高的数据，然后用这些数据来继续对翻译模型进行调优，如此反复迭代一定次数后停止。这个方法也被称为{\small\bfnew{迭代优化}}\index{迭代优化}（Iterative Refinement\index{Iterative Refinement}）\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。 \parinterval 经过上述的无监督模型调优后，就获得了一个比未经调优效果更好的翻译模型。这时候，可以使用这个翻译模型去产生质量更高的数据，再用这些数据来继续对翻译模型进行调优，如此反复迭代一定次数后停止。这个方法也被称为{\small\bfnew{迭代优化}}\index{迭代优化}（Iterative Refinement\index{Iterative Refinement}）\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。
\parinterval 迭代优化也会带来另外一个问题：在每一次迭代中都会产生新的模型，应该什么时候停止生成新模型，挑选哪一个模型呢？因为在无监督的场景当中，没有任何真实的双语数据可以使用，所以无法使用监督学习里的校验集来对每个模型进行检验并筛选。另外，即使有很少量的双语数据（比如数百条双语句对），直接在上面挑选模型和调整超参数会导致过拟合问题，使得最后结果越来越差。一个经验上非常高效的模型选择方法是：事先从训练集里挑选一部分句子作为校验集不参与训练，然后使用当前的模型把这些句子翻译过去之后再翻译回来（源语言$\to $目标语言$\to$源语言，或者目标语言$\to$源语言$\to$目标语言），得到的结果跟原始的结果计算BLEU，得分越高则效果越好。这种方法已被证明跟使用大规模双语校验集的结果是高度相关的\upcite{DBLP:conf/emnlp/LampleOCDR18}。 \parinterval 迭代优化也会带来另外一个问题：在每一次迭代中都会产生新的模型，应该什么时候停止生成新模型，挑选哪一个模型呢？因为在无监督的场景当中，没有任何真实的双语数据可以使用，所以无法使用监督学习里的校验集来对每个模型进行检验并筛选。另外，即使有很少量的双语数据（比如数百条双语句对），直接在上面挑选模型和调整超参数会导致过拟合问题，使得最后结果越来越差。一个经验上非常高效的模型选择方法是：事先从训练集里挑选一部分句子作为校验集不参与训练，再使用当前的模型把这些句子翻译过去之后再翻译回来（源语言$\to $目标语言$\to$源语言，或者目标语言$\to$源语言$\to$目标语言），得到的结果跟原始的结果计算BLEU，得分越高则效果越好。这种方法已被证明跟使用大规模双语校验集的结果是高度相关的\upcite{DBLP:conf/emnlp/LampleOCDR18}。
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...@@ -656,14 +660,14 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -656,14 +660,14 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\subsection{无监督神经机器翻译}\label{unsupervised-NMT} \subsection{无监督神经机器翻译}\label{unsupervised-NMT}
\parinterval 既然神经机器翻译已经在很多任务上优于统计机器翻译，为什么不直接做无监督神经机器翻译呢？实际上，由于神经网络的黑盒特性使得我们无法像统计机器翻译那样对其进行拆解，并定位问题。因此需要借用其它无监督翻译系统来训练神经机器翻译模型。 \parinterval 既然神经机器翻译已经在很多任务上优于统计机器翻译，为什么不直接做无监督神经机器翻译呢？实际上，由于神经网络的黑盒特性使其无法像统计机器翻译那样对其进行拆解，并定位问题。因此需要借用其它无监督翻译系统来训练神经机器翻译模型。
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\subsubsection{1. 基于无监督统计机器翻译的方法} \subsubsection{1. 基于无监督统计机器翻译的方法}
\parinterval 一个简单的方法是，借助已经成功的无监督方法来为神经机器翻译模型提供少量双语监督信号。由于初始的监督信号可能很少或者包含大量噪声，因此需要逐步优化数据来重新训练出更好的模型。这也是目前所有无监督神经机器翻译方法的核心思路。这个方案最简单最直接的实现就是借助已经成功的无监督统计机器翻译模型产生伪双语数据来训练神经机器翻译模型 ，然后模型进行迭代回译来进行数据优化\upcite{DBLP:conf/acl/ArtetxeLA19}。这个方法的优点是直观，并且性能稳定，容易调试（所有模块都互相独立）。缺点是复杂繁琐，涉及许多超参数调整工作，而且训练代价较大。 \parinterval 一个简单的方法是，借助已经成功的无监督方法来为神经机器翻译模型提供少量双语监督信号。初始的监督信号可能很少或者包含大量噪声，因此需要逐步优化数据来重新训练出更好的模型。这也是目前所有无监督神经机器翻译方法的核心思路。这个方案最简单最直接的实现就是借助已经成功的无监督统计机器翻译模型产生伪双语数据来训练神经机器翻译模型 ，然后模型进行迭代回译来进行数据优化\upcite{DBLP:conf/acl/ArtetxeLA19}。这个方法的优点是直观，并且性能稳定，容易调试（所有模块都互相独立）。缺点是复杂繁琐，涉及许多超参数调整工作，而且训练代价较大。
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...@@ -674,20 +678,20 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -674,20 +678,20 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 首先，无监督词典归纳通过双语词典把一个源语言句子转换成一个不通顺但是意思完整的目标语言译文。 \item 首先，无监督词典归纳通过双语词典把一个源语言句子转换成一个不通顺但是意思完整的目标语言句子。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 然后，把这样一个不通顺的句子改写成一个流畅的句子，同时保留原来的含义，最后达到翻译的目的。 \item 然后，把这样一个不通顺的句子改写成一个流畅的句子，同时保留原来的含义，最后达到翻译的目的。
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\end{itemize} \end{itemize}
\parinterval 而第二阶段的改写任务其实也是一个特殊的翻译任务，只不过现在的源语言和目标语言是使用不同的方式表达的同一种语言的句子。因此可以使用神经机器翻译模型来完成这个任务，而且由于这里不涉及双语数据而只需要单语数据，模型的训练也将是无监督的。这样的方法不再需要无监督统计机器翻译，并且适应能力很强。对于新语种，不需要重新训练神经机器翻译模型，只需要训练无监督词典归纳进行词的翻译，然后使用相同的模型进行改写。但是，目前训练数据需要使用其他语种的双语数据来进行构造（把源语言句子里每个词使用双语词典进行翻译作为输入，输出的目标语言句子不变）。虽然可以通过把单语句子根据规则或者随机进行打乱来生成训练数据，但是这些句子不符合语言学的规律，并且跟真实句子所服从的数据分布不一致，导致训练-测试不一致的问题。而且这样一个两阶段的过程会产生错误传播的问题，比如无监督词典归纳对一些词进行了错误的翻译，那么这些错误的翻译会被送到神经机器翻译模型里进行改写，因为翻译模型这时候已经无法看到源语言句子来进行修正，所以最终的结果将继承无监督词典归纳的错误\upcite{DBLP:conf/acl/PourdamghaniAGK19}。 \parinterval 而第二阶段的改写任务其实也是一个特殊的翻译任务，只不过现在的源语言和目标语言是使用不同的方式表达的同一种语言的句子。因此可以使用神经机器翻译模型来完成这个任务，而且由于这里不涉及双语数据而只需要单语数据，模型的训练也将是无监督的。这样的方法不再需要无监督统计机器翻译，并且适应能力很强。对于新语种，不需要重新训练神经机器翻译模型，只需要训练无监督词典归纳进行词的翻译，再使用相同的模型进行改写。但是，目前训练数据需要使用其他语种的双语数据来进行构造（把源语言句子里每个词使用双语词典进行翻译作为输入，输出的目标语言句子不变）。虽然可以通过把单语句子根据规则或者随机进行打乱来生成训练数据，但是这些句子不符合语言学的规律，并且跟真实句子所服从的数据分布不一致，导致训练-测试不一致的问题。而且这样一个两阶段的过程会产生错误传播的问题，比如无监督词典归纳对一些词进行了错误的翻译，那么这些错误的翻译会被送到神经机器翻译模型里进行改写，因为翻译模型这时候已经无法看到源语言句子来进行修正，所以最终的结果将继承无监督词典归纳的错误\upcite{DBLP:conf/acl/PourdamghaniAGK19}。
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\subsubsection{3. 更深层的融合} \subsubsection{3. 更深层的融合}
\parinterval 为了获得更好的神经机器翻译模型，可以对训练流程和模型做更深度的整合。{\chapterten}已经介绍，神经机器翻译模型的训练包含两个阶段：初始化和优化。而无监督神经机器翻译的核心思路也对应这两个阶段：无监督方法提供初始的监督信号和数据优化，因此可以考虑在模型的初始化阶段使用无监督方法提供初始的监督信号，然后优化过程不但优化模型的参数，还优化训练使用的数据，从而避免流水线带来的错误传播。其中初始的监督信号可以通过两种方法提供给模型，一种是直接使用无监督方法提供最初的伪双语数据来训练最初的翻译模型，另一种则是借助无监督方法来初始化模型，得到最初的翻译模型后直接使用初始化好的翻译模型产生伪双语数据来训练自己，如图\ref{fig:16-18}所示。图\ref{fig:16-18}(a)的一个简单实现是利用无监督词典归纳得到的词典对单语数据进行逐词的翻译，得到最初的伪双语数据，然后在这些数据上训练最初的翻译模型，最后不断地交替优化数据和模型，得到更好的翻译模型和质量更好的伪数据\upcite{DBLP:conf/iclr/LampleCDR18}。这样的做法通过不断优化训练用的双语数据，摆脱了无监督词典归纳在最初的伪双语数据中遗留下来的错误，同时也避免了使用无监督统计机器翻译模型的代价。图\ref{fig:16-18}(b)的实现则依赖于具体的翻译模型初始化方法，下一节会讨论翻译模型的不同初始化方法。 \parinterval 为了获得更好的神经机器翻译模型，可以对训练流程和模型做更深度的整合。{\chapterten}已经介绍，神经机器翻译模型的训练包含两个阶段：初始化和优化。而无监督神经机器翻译的核心思路也对应这两个阶段：无监督方法提供初始的监督信号和数据优化，因此可以考虑在模型的初始化阶段使用无监督方法提供初始的监督信号，然后优化过程不但优化模型的参数，还优化训练使用的数据，从而避免流水线带来的错误传播。其中初始的监督信号可以通过两种方法提供给模型，一种是直接使用无监督方法提供最初的伪双语数据来训练最初的翻译模型，另一种则是借助无监督方法来初始化模型，得到最初的翻译模型后直接使用初始化好的翻译模型产生伪双语数据来训练自己，如图\ref{fig:16-18}所示。图\ref{fig:16-18}(a)的一个简单实现是利用无监督词典归纳得到的词典对单语数据进行逐词的翻译，得到最初的伪双语数据，再在这些数据上训练最初的翻译模型，最后不断地交替优化数据和模型，得到更好的翻译模型和质量更好的伪数据\upcite{DBLP:conf/iclr/LampleCDR18}。这样的做法通过不断优化训练用的双语数据，摆脱了无监督词典归纳在最初的伪双语数据中遗留下来的错误，同时也避免了使用无监督统计机器翻译模型的代价。图\ref{fig:16-18}(b)的实现则依赖于具体的翻译模型初始化方法，下一节会讨论翻译模型的不同初始化方法。
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\begin{figure}[h] \begin{figure}[h]
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...@@ -702,7 +706,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -702,7 +706,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
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\subsubsection{4. 其它问题} \subsubsection{4. 其它问题}
\parinterval 实际上无监督神经机器翻译模型的训练并不简单。一般可以认为，在生成的伪数据上优化模型会使模型变得更好，这时候对这个更好的模型使用数据增强的手段（如回译等）就可以生成更好的训练数据。这样的一个数据优化过程依赖于一个假设：模型经过参数优化后会生成比原始数据更好的数据。而在数据优化和参数优化的共同影响下，模型非常容易拟合数据中的简单模式，使得在数据优化过程中模型倾向产生包含这种简单模式的数据，然后模型对这种类型数据过拟合，最后训练模型的损失可以下降到很低，然而模型生成的结果却非常差。一个常见的问题解就是模型对任何输入都输出相同的译文，这时候翻译模型无法产生任何有意义的结果，而它的训练过程则退化成普通的语言模型（数据优化产生的数据里无论什么目标语言对应的源语言都是同一个句子）。这种情况下翻译模型虽然能降低损失（训练语言模型），但是它不能学会任何源语言跟目标语言之间的对应关系，也就无法进行正确翻译。这个现象也反映出无监督机器翻译训练的脆弱性。 \parinterval 实际上无监督神经机器翻译模型的训练并不简单。一般可以认为，在生成的伪数据上优化模型会使模型变得更好，这时候对这个更好的模型使用数据增强的手段（如回译等）就可以生成更好的训练数据。这样的一个数据优化过程依赖于一个假设：模型经过参数优化后会生成比原始数据更好的数据。而在数据优化和参数优化的共同影响下，模型非常容易拟合数据中的简单模式，使得在数据优化过程中模型倾向产生包含这种简单模式的数据，然后模型对这种类型数据过拟合，最后训练模型的损失可以下降到很低，然而模型生成的结果却非常差。一个常见的问题就是模型对任何输入都输出相同的译文，这时候翻译模型无法产生任何有意义的结果，而它的训练过程则退化成普通的语言模型（数据优化产生的数据里无论什么目标语言对应的源语言都是同一个句子）。这种情况下翻译模型虽然能降低损失（训练语言模型），但是它不能学会任何源语言跟目标语言之间的对应关系，也就无法进行正确翻译。这个现象也反映出无监督机器翻译训练的脆弱性。
\parinterval 比较常见的解决方案是在双语数据对应的目标函数外增加一个语言模型的目标函数。因为，在初始阶段，由于数据中存在大量不通顺的句子，额外的语言模型目标函数能把部分句子纠正过来，使得模型逐渐生成更好的数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/LampleOCDR18}。这个方法在实际中非常有效，尽管目前还没有理论上的支持。 \parinterval 比较常见的解决方案是在双语数据对应的目标函数外增加一个语言模型的目标函数。因为，在初始阶段，由于数据中存在大量不通顺的句子，额外的语言模型目标函数能把部分句子纠正过来，使得模型逐渐生成更好的数据\upcite{DBLP:conf/emnlp/LampleOCDR18}。这个方法在实际中非常有效，尽管目前还没有理论上的支持。
...@@ -730,13 +734,13 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -730,13 +734,13 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\parinterval 无监督神经机器翻译的关键在于如何提供最开始的监督信号，从而启动后续的迭代流程。无监督词典归纳已经可以提供一些可靠的监督信号，那么如何在模型初始化中融入这些信息？既然神经机器翻译模型都使用词嵌入层作为输入，而无监督词典归纳总是先把两个语言各自的单语词嵌入映射到一个空间后才归纳双语词典，那么可以使用这些映射后的词嵌入来初始化模型的词嵌入层，然后在这个基础上训练模型，因为这些映射后的词嵌入天然就包含了大量的监督信号，比如，两个语言里意思相近的词对应的词嵌入会比其他词更靠近对方\upcite{DBLP:journals/ipm/FarhanTAJATT20}。 为了防止训练过程中模型参数的更新会破坏词嵌入当中的词对齐信息，通常初始化后会固定模型的词嵌入层不让其更新\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。 \parinterval 无监督神经机器翻译的关键在于如何提供最开始的监督信号，从而启动后续的迭代流程。无监督词典归纳已经可以提供一些可靠的监督信号，那么如何在模型初始化中融入这些信息？既然神经机器翻译模型都使用词嵌入层作为输入，而无监督词典归纳总是先把两个语言各自的单语词嵌入映射到一个空间后才归纳双语词典，那么可以使用这些映射后的词嵌入来初始化模型的词嵌入层，然后在这个基础上训练模型，因为这些映射后的词嵌入天然就包含了大量的监督信号，比如，两个语言里意思相近的词对应的词嵌入会比其他词更靠近对方\upcite{DBLP:journals/ipm/FarhanTAJATT20}。 为了防止训练过程中模型参数的更新会破坏词嵌入当中的词对齐信息，通常初始化后会固定模型的词嵌入层不让其更新\upcite{DBLP:conf/emnlp/ArtetxeLA18}。
\parinterval 进一步，无监督神经机器翻译能在提供更少监督信号的情况下启动，也就是可以去除无监督词典归纳这一步骤\upcite{DBLP:conf/nips/ConneauL19}。这时候模型的初始化直接使用共享词表的预训练模型的参数作为起始点。这个预训练模型直接使用前面提到的预训练方法（如MASS）进行训练，区别在于模型的大小如宽度和深度需要严格匹配翻译模型。此外，这个模型不仅仅只在一个语言的单语数据上进行训练，而是同时在两个语言的单语数据上进行训练，并且两个语言的词表进行共享。前面提到，在共享词表特别是共享子词词表的情况下，已经隐式地告诉模型源语言和目标语言里一样的（子）词互为翻译，相当于模型使用了少量的监督信号。在这基础上使用两个语言的单语数据进行预训练，则通过模型共享进一步挖掘了语言之间共通的部分。因此，使用预训练模型进行初始化后，无监督神经机器翻译模型已经得到大量的监督信号，从而得以不断通过优化来提升模型性能。 \parinterval 进一步，无监督神经机器翻译能在提供更少监督信号的情况下启动，也就是可以去除无监督词典归纳这一步骤\upcite{DBLP:conf/nips/ConneauL19}。这时候模型的初始化直接使用共享词表的预训练模型的参数作为起始点。这个预训练模型直接使用前面提到的预训练方法（如MASS）进行训练，区别在于模型的大小如宽度和深度需要严格匹配翻译模型。此外，这个模型不仅仅只在一个语言的单语数据上进行训练，而是同时在两个语言的单语数据上进行训练，并且两个语言的词表进行共享。前面提到，在共享词表特别是共享子词词表的情况下，已经隐式地告诉模型源语言和目标语言里一样的（子）词互为翻译，相当于模型使用了少量的监督信号。在这基础上使用两个语言的单语数据进行预训练，通过模型共享进一步挖掘了语言之间共通的部分。因此，使用预训练模型进行初始化后，无监督神经机器翻译模型已经得到大量的监督信号，从而得以不断通过优化来提升模型性能。
\noindent{\small\bfnew{2）语言模型的使用}} \noindent{\small\bfnew{2）语言模型的使用}}
\parinterval 无监督神经机器翻译的一个重要部分就是来自语言模型的目标函数。因为翻译模型本质上是在完成文本生成任务，所以只有文本生成类型的语言模型建模方法才可以应用到无监督神经机器翻译里。比如，经典的给定前文预测下一词就是一个典型的自回归生成任务（见{\chaptertwo}），因此可以运用到无监督神经机器翻译里。但是，目前在预训练里流行的BERT等模型是掩码语言模型\upcite{devlin2019bert}，就不能直接在无监督神经翻译里使用。 \parinterval 无监督神经机器翻译的一个重要部分就是来自语言模型的目标函数。因为翻译模型本质上是在完成文本生成任务，所以只有文本生成类型的语言模型建模方法才可以应用到无监督神经机器翻译里。比如，经典的给定前文预测下一词就是一个典型的自回归生成任务（见{\chaptertwo}），因此可以运用到无监督神经机器翻译里。但是，目前在预训练里流行的BERT等模型是掩码语言模型\upcite{devlin2019bert}，不能直接在无监督神经机器翻译里使用。
\parinterval 另外一个在无监督神经机器翻译中比较常见的语言模型目标函数则是降噪自编码器。它也是文本生成类型的语言模型建模方法。对于一个句子$\seq{x}$，首先使用一个噪声函数$\seq{x}^{'}=\mathrm{noise}(\seq{x})$ 来对$\seq{x}$注入噪声，产生一个质量较差的句子$\seq{x}^{'}$。然后，让模型学习如何从$\seq{x}^{'}$还原出$\seq{x}$。这样一个目标函数比预测下一词更贴近翻译任务，因为它是一个序列到序列的映射，并且输入、输出两个序列在语义上是等价的。这里之所以采用$\seq{x}^{'}$而不是$\seq{x}$自己来预测$\seq{x}$，是因为模型可以通过简单的复制输入作为输出来完成从$\seq{x}$预测$\seq{x}$的任务，并且在输入中注入噪声会让模型更加健壮，因此模型可以通过训练集数据学会如何利用句子中噪声以外的信息来忽略其中噪声并得到正确的输出。通常来说，噪声函数$\mathrm{noise}$有三种形式，如表\ref{tab:16-1}所示。 \parinterval 另外一个在无监督神经机器翻译中比较常见的语言模型目标函数则是降噪自编码器。它也是文本生成类型的语言模型建模方法。对于一个句子$\seq{x}$，首先使用一个噪声函数$\seq{x}^{'}=\mathrm{noise}(\seq{x})$ 来对$\seq{x}$注入噪声，产生一个质量较差的句子$\seq{x}^{'}$。然后，让模型学习如何从$\seq{x}^{'}$还原出$\seq{x}$。这样目标函数比预测下一词更贴近翻译任务，因为它是一个序列到序列的映射，并且输入、输出两个序列在语义上是等价的。这里之所以采用$\seq{x}^{'}$而不是$\seq{x}$自己来预测$\seq{x}$，是因为模型可以通过简单的复制输入作为输出来完成从$\seq{x}$预测$\seq{x}$的任务，并且在输入中注入噪声会让模型更加健壮，因此模型可以通过训练集数据学会如何利用句子中噪声以外的信息来忽略其中噪声并得到正确的输出。通常来说，噪声函数$\mathrm{noise}$有三种形式，如表\ref{tab:16-1}所示。
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\begin{table}[h] \begin{table}[h]
\centering \centering
...@@ -760,7 +764,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -760,7 +764,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\section{领域适应} \section{领域适应}
\parinterval 机器翻译常常面临训练时与应用时所处领域不一致的问题，比如，一个在新闻类数据上训练的系统应用在医学文献翻译任务上。不同领域的句子通常存在着很大的区别，比如，日常用语的结构较为简单，而化学领域中论文的单词和句子结构较为复杂。此外，不同领域之间存在着较为严重的一词多义问题，即同一个词在不同领域中经常会有不同的含义，实例\ref{eg:16-1}展示了英语单词pitch在不同领域的不同词义。 \parinterval 机器翻译常常面临训练时与应用时所处领域不一致的问题，比如，一个在新闻类数据上训练的系统应用在医学文献翻译任务上。不同领域的句子通常存在着很大的区别，比如，日常用语的结构较为简单，而化学领域中论文的单词和句子结构较为复杂。此外，不同领域之间存在着较为严重的一词多义问题，即同一个词在不同领域中经常会有不同的含义。实例\ref{eg:16-1}展示了英语单词pitch在不同领域的不同词义。
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\begin{example} \begin{example}
单词pitch在不同领域的不同词义 单词pitch在不同领域的不同词义
...@@ -898,7 +902,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -898,7 +902,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
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\subsubsection{3. 基于单语数据的方法} \subsubsection{3. 基于单语数据的方法}
\parinterval 虽然目标领域的双语数据十分有限，但通常存在大量可用的单语数据。例如在网络小说翻译任务中，只有少量的双语数据可用，但是网络上有丰富的小说单语数据可以使用。本章\ref{effective-use-of-data}节中提到了很多在低资源场景下利用单语数据的模型方法，比如进行数据增强或利用语言模型等，这些方法均可以直接应用在领域适应任务上，有效地利用领域内的单语数据可以显著提高机器翻译性能。 \parinterval 虽然目标领域的双语数据十分有限，但通常存在大量可用的单语数据。例如在网络小说翻译任务中，只有少量的双语数据可用，但是网络上有丰富的小说单语数据可以使用。本章\ref{effective-use-of-data}节中提到了很多在低资源场景下利用单语数据的模型方法，比如进行数据增强或利用语言模型等，这些方法均可以直接应用在领域适应任务上。有效地利用领域内的单语数据可以显著提高机器翻译性能。
\parinterval 此外，如果目标领域的双语数据极度稀缺，甚至没有任何双语数据，这时可以使用\ref{unsupervised-dictionary-induction}节中提到的无监督词典归纳方法从目标领域中归纳出双语词典，然后将目标领域的目标端单语数据通过逐词翻译的方法生成伪数据\upcite{DBLP:conf/acl/HuXNC19}，即对每个单词根据双语词典进行对应翻译，构建伪平行语料，用来训练目标领域的神经机器翻译模型。 \parinterval 此外，如果目标领域的双语数据极度稀缺，甚至没有任何双语数据，这时可以使用\ref{unsupervised-dictionary-induction}节中提到的无监督词典归纳方法从目标领域中归纳出双语词典，然后将目标领域的目标端单语数据通过逐词翻译的方法生成伪数据\upcite{DBLP:conf/acl/HuXNC19}，即对每个单词根据双语词典进行对应翻译，构建伪平行语料，用来训练目标领域的神经机器翻译模型。
...@@ -926,14 +930,14 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -926,14 +930,14 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
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\subsubsection{1. 基于模型结构的方法} \subsubsection{1. 基于模型结构的方法}
\parinterval 在使用多领域数据时，混合多个相差较大的领域数据进行训练会使单个领域的翻译性能下降\upcite{DBLP:conf/eacl/NegriTFBF17}。 为了解决这一问题，一个比较典型的做法是在使用多领域数据训练时，如图\ref{fig:16-20}所示，在神经机器翻译模型的编码器中添加一个判别器，使用判别器预测输入句子的领域\upcite{DBLP:conf/wmt/BritzLP17}，具体的做法为：在编码器的顶部添加一个判别器网络，这个判别器使用源语言句子$x$的编码器表示$\mathbi{x}'$作为输入，预测句子所属的领域标签$d$。为了使预测领域标签$d$的正确概率$\funp{P(d|H)}$最大，模型在训练过程中最小化如下损失函数$\funp{L}_{\rm{disc}}$： \parinterval 在使用多领域数据时，混合多个相差较大的领域数据进行训练会使单个领域的翻译性能下降\upcite{DBLP:conf/eacl/NegriTFBF17}。 为了解决这一问题，一个比较典型的做法是在使用多领域数据训练时，如图\ref{fig:16-20}所示，在神经机器翻译模型的编码器中添加一个判别器，使用判别器预测输入句子的领域\upcite{DBLP:conf/wmt/BritzLP17}。具体的做法为：在编码器的顶部添加一个判别器网络，这个判别器使用源语言句子$x$的编码器表示$\mathbi{x}'$作为输入，预测句子所属的领域标签$d$。为了使预测领域标签$d$的正确概率$\funp{P(d|H)}$最大，模型在训练过程中最小化如下损失函数$\funp{L}_{\rm{disc}}$：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\funp{L}_{\rm{disc}}& = &-\log\funp{P}(d|H) \funp{L}_{\rm{disc}}& = &-\log\funp{P}(d|H)
\label{eq:16-12} \label{eq:16-12}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\noindent 其中，$H$是编码器的隐藏状态。同时，原始的翻译模型损失为： \noindent 其中，$H$是编码器的隐藏状态。同时，原始的翻译模型损失为$\funp{L}_{\rm{gen}}$：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\funp{L}_{\rm{gen}}& = & -\log\funp{P}(y|x)\label{eq:16-13} \funp{L}_{\rm{gen}}& = & -\log\funp{P}(y|x)\label{eq:16-13}
...@@ -964,7 +968,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -964,7 +968,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\parinterval 因为特定领域的训练数据通常十分稀缺，所以如何更充分地利用数据是一个重要问题\upcite{DBLP:conf/naacl/SimianerWD19}。受到统计机器翻译中数据加权方法的启发，一个简单的思路是给神经机器翻译的训练数据分配不同的训练权重，从而使和目标领域更相关的数据发挥更大的作用，并减少不相关数据的干扰。一种常用的做法是使用目标领域内和领域外语言模型来计算样本的权重\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangULCS17}。领域内语言模型对句子的打分越高，表示该句子与目标领域越相似，反之，领域外语言模型对句子的打分越高，表示该句子可能与目标领域无关，会对训练过程造成一些干扰。与句子级别进行加权方法相似，加权思想还可以应用在词级别，即对每个词进行权重评分，对目标领域中的词赋予更高的权重，以使模型倾向于生成更多目标领域的词\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1906-03129}。 \parinterval 因为特定领域的训练数据通常十分稀缺，所以如何更充分地利用数据是一个重要问题\upcite{DBLP:conf/naacl/SimianerWD19}。受到统计机器翻译中数据加权方法的启发，一个简单的思路是给神经机器翻译的训练数据分配不同的训练权重，从而使和目标领域更相关的数据发挥更大的作用，并减少不相关数据的干扰。一种常用的做法是使用目标领域内和领域外语言模型来计算样本的权重\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangULCS17}。领域内语言模型对句子的打分越高，表示该句子与目标领域越相似，反之，领域外语言模型对句子的打分越高，表示该句子可能与目标领域无关，会对训练过程造成一些干扰。与句子级别进行加权方法相似，加权思想还可以应用在词级别，即对每个词进行权重评分，对目标领域中的词赋予更高的权重，以使模型倾向于生成更多目标领域的词\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1906-03129}。
\parinterval 数据选择方法会降低训练数据的数据量，而在数据量较少的时候模型性能表现可能较差，针对这个问题，一种方法是在不同的训练轮次动态地改变训练数据子集。动态数据选择使得每轮的训练数据均小于全部数据量，但是在每轮中的训练数据均不同，可能前一轮没有训练的数据在当前轮被包括进来，由此可以缓解训练数据减小的问题。另一种做法是先将完整的数据送入模型，再根据相似度逐次减少每轮的数据量，最后得到在目标领域上效果最好的领域适应模型\upcite{DBLP:conf/emnlp/WeesBM17}。或者将与领域相关的句子先送入模型，让模型可以最先学到跟目标领域最相关的知识\upcite{DBLP:conf/naacl/ZhangSKMCD19}。 \parinterval 数据选择方法会降低训练数据的数据量，而在数据量较少的时候模型性能表现可能较差。针对这个问题，一种方法是在不同的训练轮次动态地改变训练数据子集。动态数据选择使得每轮的训练数据均小于全部数据量，但是在每轮中的训练数据均不同，可能前一轮没有训练的数据在当前轮被包括进来，由此可以缓解训练数据减小的问题。另一种做法是先将完整的数据送入模型，再根据相似度逐次减少每轮的数据量，最后得到在目标领域上效果最好的领域适应模型\upcite{DBLP:conf/emnlp/WeesBM17}。或者将与领域相关的句子先送入模型，让模型可以最先学到跟目标领域最相关的知识\upcite{DBLP:conf/naacl/ZhangSKMCD19}。
\parinterval 还有一种方法是不从随机状态开始训练网络，而是使用翻译性能较好的源领域模型作为初始状态，因为源领域模型中包含着一些通用知识可以被目标领域借鉴。比如，想获得口语的翻译模型，可以使用新闻的翻译模型作为初始状态进行训练。这也可以被看做是一种模型预训练方法。 \parinterval 还有一种方法是不从随机状态开始训练网络，而是使用翻译性能较好的源领域模型作为初始状态，因为源领域模型中包含着一些通用知识可以被目标领域借鉴。比如，想获得口语的翻译模型，可以使用新闻的翻译模型作为初始状态进行训练。这也可以被看做是一种模型预训练方法。
...@@ -985,7 +989,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -985,7 +989,7 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\section{小结及扩展阅读} \section{小结及扩展阅读}
低资源机器翻译是机器翻译大规模应用所面临的挑战之一，因此也备受关注。一方面，小样本学习和零样本学习技术的发展，使得研究者可以有更多的手段对问题求解；另一方面，从多语言之间的联系出发，也可以进一步挖掘语料背后的知识，并应用于低资源翻译任务。本章从多个方面介绍了低资源机器翻译方法，并结合多语言、零资源翻译等问题给出了不同场景下解决问题的思路。除此之外，还有几方面工作值得进一步关注： 低资源机器翻译是机器翻译大规模应用所面临的挑战之一，因此也备受关注。一方面，小样本学习和零样本学习技术的发展，使得研究人员可以有更多的手段对问题求解；另一方面，从多语言之间的联系出发，也可以进一步挖掘语料背后的知识，并应用于低资源机器翻译任务。本章从多个方面介绍了低资源机器翻译方法，并结合多语言、零资源翻译等问题给出了不同场景下解决问题的思路。除此之外，还有几方面工作值得进一步关注：
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...@@ -993,13 +997,13 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\ ...@@ -993,13 +997,13 @@ P(\mathbi{y}|\mathbi{x}) & = & \frac{\mathrm{cos}(\mathbi{x},\mathbi{y})/\tau}{\
\item 如何更高效地利用已有双语数据或单语数据进行数据增强始终是一个热点问题。研究人员分别探索了源语言单语和目标语言单语的使用方法\upcite{DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16,DBLP:conf/emnlp/WuWXQLL19,DBLP:conf/acl/XiaKAN19}，以及如何对已有双语数据进行修改\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangPDN18,DBLP:conf/acl/GaoZWXQCZL19}。经过数据增强得到的伪数据的质量时好时坏，如何提高伪数据的质量以及更好地利用伪数据进行训练也是十分重要的问题\upcite{DBLP:conf/emnlp/FadaeeM18,DBLP:conf/nlpcc/XuLXLLXZ19,DBLP:conf/wmt/CaswellCG19,DBLP:journals/corr/abs200403672,DBLP:conf/emnlp/WangLWLS19}。此外，还有一些工作对数据增强技术进行了理论分析\upcite{DBLP:conf/emnlp/LiLHZZ19,DBLP:conf/acl/MarieRF20}。 \item 如何更高效地利用已有双语数据或单语数据进行数据增强始终是一个热点问题。研究人员分别探索了源语言单语和目标语言单语的使用方法\upcite{DBLP:conf/emnlp/ZhangZ16,DBLP:conf/emnlp/WuWXQLL19,DBLP:conf/acl/XiaKAN19}，以及如何对已有双语数据进行修改\upcite{DBLP:conf/emnlp/WangPDN18,DBLP:conf/acl/GaoZWXQCZL19}。经过数据增强得到的伪数据的质量时好时坏，如何提高伪数据的质量以及更好地利用伪数据进行训练也是十分重要的问题\upcite{DBLP:conf/emnlp/FadaeeM18,DBLP:conf/nlpcc/XuLXLLXZ19,DBLP:conf/wmt/CaswellCG19,DBLP:journals/corr/abs200403672,DBLP:conf/emnlp/WangLWLS19}。此外，还有一些工作对数据增强技术进行了理论分析\upcite{DBLP:conf/emnlp/LiLHZZ19,DBLP:conf/acl/MarieRF20}。
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\item 预训练模型也是自然语言处理的重要突破之一。除了基于语言模型或掩码语言模型的方法，也有很多新的架构和模型被提出，如排列语言模型、降噪自编码器等\upcite{DBLP:conf/nips/YangDYCSL19,lewis2019bart,DBLP:conf/iclr/LanCGGSS20,DBLP:conf/acl/ZhangHLJSL19}。预训练技术也逐渐向多语言领域扩展\upcite{DBLP:conf/nips/ConneauL19,DBLP:conf/emnlp/HuangLDGSJZ19,song2019mass}，甚至不再只局限于文本任务\upcite{DBLP:conf/iccv/SunMV0S19,DBLP:journals/corr/abs-2010-12831,DBLP:conf/nips/LuBPL19,DBLP:conf/interspeech/ChuangLLL20}。对于如何将预训练模型高效地应用到下游任务中，也进行了很多的经验性对比与分析\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1802-05365,DBLP:conf/rep4nlp/PetersRS19,DBLP:conf/cncl/SunQXH19}。但将预训练模型应用于下游任务存在的一个问题是，由于模型巨大的参数量会带来较大的延时及显存消耗。因此，很多工作对如何压缩预训练模型进行了研究\upcite{shen2020q,Lan2020ALBERTAL,DBLP:journals/corr/abs-1910-01108,Jiao2020TinyBERTDB}。 \item 预训练模型也是自然语言处理的重要突破之一。除了基于语言模型或掩码语言模型的方法，也有很多新的架构和模型被提出，如排列语言模型、降噪自编码器等\upcite{DBLP:conf/nips/YangDYCSL19,lewis2019bart,DBLP:conf/iclr/LanCGGSS20,DBLP:conf/acl/ZhangHLJSL19}。预训练技术也逐渐向多语言领域扩展\upcite{DBLP:conf/nips/ConneauL19,DBLP:conf/emnlp/HuangLDGSJZ19,song2019mass}，甚至不再只局限于文本任务\upcite{DBLP:conf/iccv/SunMV0S19,DBLP:journals/corr/abs-2010-12831,DBLP:conf/nips/LuBPL19,DBLP:conf/interspeech/ChuangLLL20}。对于如何将预训练模型高效地应用到下游任务中，也进行了很多的经验性对比与分析\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1802-05365,DBLP:conf/rep4nlp/PetersRS19,DBLP:conf/cncl/SunQXH19}。但将预训练模型应用于下游任务存在的一个问题是，模型巨大的参数量会带来较大的延时及显存消耗。因此，很多工作对如何压缩预训练模型进行了研究\upcite{shen2020q,Lan2020ALBERTAL,DBLP:journals/corr/abs-1910-01108,Jiao2020TinyBERTDB}。
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\item 多任务学习是多语言翻译的一种典型方法。通过共享编码器模块或是注意力模块来进行一对多\upcite{DBLP:conf/acl/DongWHYW15}或多对一\upcite{DBLP:journals/tacl/LeeCH17}或多对多\upcite{DBLP:conf/naacl/FiratCB16} 的学习，然而这些方法需要为每个翻译语言对设计单独的编码器和解码器，限制了其可扩展性。为了解决以上问题，研究人员进一步探索了用于多语言翻译的单个机器翻译模型的方法，也就是本章提到的多语言单模型系统\upcite{DBLP:journals/corr/HaNW16,DBLP:journals/tacl/JohnsonSLKWCTVW17}。为了弥补多语言单模型系统中缺乏语言表示多样性的问题，可以重新组织分享模块，设计特定任务相关模块\upcite{DBLP:conf/coling/BlackwoodBW18,DBLP:conf/wmt/SachanN18,DBLP:conf/wmt/LuKLBZS18,DBLP:conf/acl/WangZZZXZ19}；也可以将多语言单词编码和语言聚类分离，用一种多语言词典编码框架智能地共享词汇级别的信息，有助于语言间的泛化\upcite{DBLP:conf/iclr/WangPAN19}；还可以将语言聚类为不同的组，并为每个聚类单独训练一个多语言模型\upcite{DBLP:conf/emnlp/TanCHXQL19}。 \item 多任务学习是多语言翻译的一种典型方法。通过共享编码器模块或是注意力模块来进行一对多\upcite{DBLP:conf/acl/DongWHYW15}或多对一\upcite{DBLP:journals/tacl/LeeCH17}或多对多\upcite{DBLP:conf/naacl/FiratCB16} 的学习，然而这些方法需要为每个翻译语言对设计单独的编码器和解码器，限制了其可扩展性。为了解决以上问题，研究人员进一步探索了用于多语言翻译的单个机器翻译模型的方法，也就是本章提到的多语言单模型系统\upcite{DBLP:journals/corr/HaNW16,DBLP:journals/tacl/JohnsonSLKWCTVW17}。为了弥补多语言单模型系统中缺乏语言表示多样性的问题，可以重新组织分享模块，设计特定任务相关模块\upcite{DBLP:conf/coling/BlackwoodBW18,DBLP:conf/wmt/SachanN18,DBLP:conf/wmt/LuKLBZS18,DBLP:conf/acl/WangZZZXZ19}；也可以将多语言单词编码和语言聚类分离，用一种多语言词典编码框架智能地共享词汇级别的信息，有助于语言间的泛化\upcite{DBLP:conf/iclr/WangPAN19}；还可以将语言聚类为不同的组，并为每个聚类单独训练一个多语言模型\upcite{DBLP:conf/emnlp/TanCHXQL19}。
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\item 零资源翻译也是近几年收到广泛关注的方向\upcite{firat2016zero,DBLP:journals/corr/abs-1805-10338}。在零资源翻译中，仅使用少量并行语料库（覆盖$k$个语言），单个多语言翻译模型就能在任何$k^{2}$个语言对之间进行翻译\upcite{DBLP:conf/naacl/Al-ShedivatP19}。 但是，零资源翻译的性能通常很不稳定并且明显落后于有监督的翻译方向。为了改善零资源翻译，可以开发新的跨语言正则化方法，例如对齐正则化方法\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1903-07091}，一致性正则化方法\upcite{DBLP:conf/naacl/Al-ShedivatP19}；也可以通过反向翻译或基于枢轴语言的翻译生成人工并行数据\upcite{DBLP:conf/acl/GuWCL19,DBLP:conf/emnlp/FiratSAYC16,DBLP:conf/emnlp/CurreyH19}。 \item 零资源翻译也是近几年受到广泛关注的方向\upcite{firat2016zero,DBLP:journals/corr/abs-1805-10338}。在零资源翻译中，仅使用少量并行语料库（覆盖$k$个语言），单个多语言翻译模型就能在任何$k^{2}$个语言对之间进行翻译\upcite{DBLP:conf/naacl/Al-ShedivatP19}。 但是，零资源翻译的性能通常很不稳定并且明显落后于有监督的翻译方法。为了改善零资源翻译，可以开发新的跨语言正则化方法，例如对齐正则化方法\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1903-07091}，一致性正则化方法\upcite{DBLP:conf/naacl/Al-ShedivatP19}；也可以通过反向翻译或基于枢轴语言的翻译生成人工并行数据\upcite{DBLP:conf/acl/GuWCL19,DBLP:conf/emnlp/FiratSAYC16,DBLP:conf/emnlp/CurreyH19}。
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Chapter17/Figures/figure-an-end-to-end-voice-translation-model-based-on-transformer.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}
\tikzstyle{layer}=[draw,rounded corners=2pt,font=\scriptsize,align=center,minimum width=5em]
\tikzstyle{word}=[font=\scriptsize]
\node[layer,fill=red!20] (en_sa) at (0,0){Multi-Head \\ Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=green!20] (en_ffn) at ([yshift=1.4em]en_sa.north){Feed Forward \\ Network};
\node[draw,circle,inner sep=0pt, minimum size=1em,anchor=north] (en_add) at ([yshift=-1.4em]en_sa.south){};
\draw[] (en_add.90) -- (en_add.-90);
\draw[] (en_add.0) -- (en_add.180);
\node[layer,anchor=north,fill=yellow!20] (en_cnn) at ([yshift=-1.4em]en_add.south){CNN};
\node[draw,circle,inner sep=0pt, minimum size=1em,anchor=west] (de_add) at ([xshift=7em]en_add.east){};
\draw[] (de_add.90) -- (de_add.-90);
\draw[] (de_add.0) -- (de_add.180);
\node[layer,anchor=south,fill=red!20] (de_sa) at ([yshift=1.4em]de_add.north){Masked \\Multi-Head\\Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=red!20] (de_ca) at ([yshift=1.4em]de_sa.north){Multi-Head \\ Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=green!20] (de_ffn) at ([yshift=1.4em]de_ca.north){Feed Forward \\ Network};
\node[layer,anchor=south,fill=blue!20] (sf) at ([yshift=2em]de_ffn.north){Softmax};
\node[layer,anchor=south,fill=orange!20] (output) at ([yshift=1.4em]sf.north){STLoss};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (en_input) at ([yshift=-1em]en_cnn.south){语音特征\\(FilterBank/MFCC)};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (de_input) at ([yshift=-1em]de_add.south){目标文本\\(Embedding)};
\node[anchor=east,font=\scriptsize,align=center] (en_pos) at ([xshift=-2em]en_add.west){Position\\(Embedding)};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,align=center] (de_pos) at ([xshift=2em]de_add.east){Position\\(Embedding)};
\draw[->] (en_input.90) -- ([yshift=-0.1em]en_cnn.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_cnn.90) -- ([yshift=-0.1em]en_add.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_add.90) -- ([yshift=-0.1em]en_sa.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_sa.90) -- ([yshift=-0.1em]en_ffn.-90);
\draw[->] (de_input.90) -- ([yshift=-0.1em]de_add.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_add.90) -- ([yshift=-0.1em]de_sa.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_sa.90) -- ([yshift=-0.1em]de_ca.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_ca.90) -- ([yshift=-0.1em]de_ffn.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_ffn.90) -- ([yshift=-0.1em]sf.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]sf.90) -- ([yshift=-0.1em]output.-90);
\draw[->] ([xshift=0.1em]en_pos.0) -- ([xshift=-0.1em]en_add.180);
\draw[->] ([xshift=-0.1em]de_pos.180) -- ([xshift=0.1em]de_add.0);
\draw[->,rounded corners=2pt] ([yshift=0.1em]en_ffn.90) -- ([yshift=2em]en_ffn.90) -- ([xshift=4em,yshift=2em]en_ffn.90) -- ([xshift=-1.5em]de_ca.west) -- ([xshift=-0.1em]de_ca.west);
\begin{pgfonlayer}{background}
\node[draw=ugreen,rounded corners=2pt,inner xsep=6pt,inner ysep=8pt][fit=(en_sa)(en_ffn)]{};
\node[draw=red,rounded corners=2pt,inner xsep=6pt,inner ysep=8pt][fit=(de_sa)(de_ca)(de_ffn)]{};
\end{pgfonlayer}
\node[anchor=east,font=\scriptsize,text=ugreen] at ([xshift=-0.1em]box1.west){$N \times$};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,text=red] at ([xshift=0.1em]box2.east){$\times N$};
\node[anchor=east,font=\scriptsize] at ([xshift=-0.1em]en_cnn.west){$2 \times$};
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-application-of-multimodal-machine-translation-to-multitask-learning.tex 0 → 100644
\tikzstyle{coder} = [rectangle,thick,rounded corners,minimum width=2.3cm,minimum height=1cm,text centered,draw=black,fill=red!25]
\begin{tikzpicture}[node distance = 0,scale = 1]
\tikzstyle{every node}=[scale=1]
\node(x)[]{x};
\node(encoder)[coder, above of = x,yshift=4em]{{编码器}};
\node(decoder_left)[coder, above of = encoder, yshift=6em,fill=blue!25]{{解码器}};
\node(y_hat)[above of = decoder_left, yshift=4em]{{$\rm y'$}};
\node(y)[above of = decoder_left, xshift=-6em]{{$\rm y$}};
\node(decoder_right)[coder, above of = encoder, xshift=12em,fill=yellow!25]{{解码器}};
\node(figure)[draw=white,above of = decoder_right,yshift=6.5em,scale=0.25] {\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-bank-without-attention.png}};
\draw[->,thick](x)to(encoder);
\draw[->,thick](encoder)to(decoder_left)node[right,xshift=-0.1cm,yshift=-1.25cm,scale=1.0]{翻译};
\draw[->,thick](decoder_left)to(y_hat);
\draw[->,thick](y)to(decoder_left);
\draw[->,thick](encoder)to(decoder_right)node[left,xshift=-3.8em,yshift=0.25cm,scale=1.0]{生成图片};
\draw[->,thick](decoder_right)to(figure);
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-comparison-of-attention-mechanism-of-target-word-bank.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}[node distance = 0,scale = 0.7]
\tikzstyle{every node}=[scale=0.7]
\node[draw=white] (input) at (0,0){\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-bank-without-attention.png}};(1.9,-1.4);
\node[draw=white] (input) at (10,0){\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-bank-with-attention.png}};(1.9,-1.4);
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-examples-of-CTC-predictive-word-sequences.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}
\node[draw=white] (input) at (0,0){\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-hello-audio.png}};
\node[anchor=east,font=\scriptsize,align=center] (a1) at ([xshift=2.0em]input.west) {音频数据输入};
\node[minimum width=17.4em,minimum height=2.9em,draw=white,line width=3pt] at (0.3em,-0.02em){};
\node[anchor=north,draw,rounded corners=2pt,minimum width=16em, minimum height=2.2em,fill=yellow!20] (box) at ([xshift=0.4em]input.south){};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w1) at ([xshift=0.2em]box.west){{h}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w2) at ([xshift=0.2em]w1.east){{e}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w3) at ([xshift=0.2em]w2.east){{e}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w4) at ([xshift=0.2em]w3.east){{$\epsilon$}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w5) at ([xshift=0.2em]w4.east){{l}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w6) at ([xshift=0.2em]w5.east){{$\epsilon$}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w7) at ([xshift=0.2em]w6.east){{l}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w8) at ([xshift=0.2em]w7.east){{l}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w9) at ([xshift=0.2em]w8.east){{o}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w10) at ([xshift=0.2em]w9.east){{o}};
\node[anchor=west,minimum width=1.2em,minimum height=2.2em] (w11) at ([xshift=0.2em]w10.east){{!}};
\draw[very thick] (w1.south west) -- (w1.south east);
\draw[very thick] (w2.south west) -- (w2.south east);
\draw[very thick] (w3.south west) -- (w3.south east);
\draw[very thick] (w5.south west) -- (w5.south east);
\draw[very thick] (w7.south west) -- (w7.south east);
\draw[very thick] (w8.south west) -- (w8.south east);
\draw[very thick] (w9.south west) -- (w9.south east);
\draw[very thick] (w10.south west) -- (w10.south east);
\draw[very thick] (w11.south west) -- (w11.south east);
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m1) at ([yshift=-1em]w1.south){{h}};
\node[anchor=north,minimum width=2.64em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m2) at ([yshift=-1em,xshift=0.72em]w2.south){{e}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m3) at ([yshift=-1em]w4.south){};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m4) at ([yshift=-1em]w5.south){{l}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m5) at ([yshift=-1em]w6.south){};
\node[anchor=north,minimum width=2.64em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m6) at ([yshift=-1em,xshift=0.72em]w7.south){{l}};
\node[anchor=north,minimum width=2.64em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m7) at ([yshift=-1em,xshift=0.72em]w9.south){{o}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (m8) at ([yshift=-1em]w11.south){{!}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (o1) at ([yshift=-3.8em]w1.south){{h}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (o2) at ([yshift=-3.8em]w2.south){{e}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (o3) at ([yshift=-3.8em]w3.south){{l}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (o4) at ([yshift=-3.8em]w4.south){{l}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (o5) at ([yshift=-3.8em]w5.south){{o}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] (o6) at ([yshift=-3.8em]w6.south){{!}};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] at ([yshift=-3.8em]w7.south){};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] at ([yshift=-3.8em]w8.south){};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] at ([yshift=-3.8em]w9.south){};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] at ([yshift=-3.8em]w10.south){};
\node[anchor=north,minimum width=1.2em,minimum height=1.4em,fill=gray!30] at ([yshift=-3.8em]w11.south){};
\draw[blue!40,fill=blue!30,opacity=0.7] (w1.south west) -- (w1.south east) -- (o1.south east) -- (o1.south west) -- (w1.south west);
\draw[blue!40,fill=blue!30,opacity=0.7] (w2.south west) -- (w3.south east) -- (m2.south east) .. controls ([yshift=-0.3em]m2.south east) and ([yshift=0.3em]o2.north east) .. (o2.north east) -- (o2.south east) -- (o2.south west) -- (w2.south west);
\draw[blue!40,fill=blue!30,opacity=0.7] (w5.south west) -- (w5.south east) -- (m4.south east) .. controls ([yshift=-0.3em]m4.south east) and ([yshift=0.3em]o3.north east) .. (o3.north east) -- (o3.south east) -- (o3.south west) -- (o3.north west) .. controls ([yshift=0.3em]o3.north west) and ([yshift=-0.3em]m4.south west) .. (m4.south west) -- (w5.south west);
\draw[blue!40,fill=blue!30,opacity=0.7] (w7.south west) -- (w8.south east) -- (m6.south east) .. controls ([yshift=-0.3em]m6.south east) and ([yshift=0.3em]o4.north east) .. (o4.north east) -- (o4.south east) -- (o4.south west) -- (o4.north west) .. controls ([yshift=0.3em]o4.north west) and ([yshift=-0.3em]m6.south west) .. (m6.south west) -- (w7.south west);
\draw[blue!40,fill=blue!30,opacity=0.7] (w9.south west) -- (w10.south east) -- (m7.south east) .. controls ([yshift=-0.1em]m7.south east) and ([yshift=0.2em]o5.north east) .. (o5.north east) -- (o5.south east) -- (o5.south west) -- (o5.north west) .. controls ([yshift=0.1em]o5.north west) and ([yshift=-0.5em]m7.south west) .. (m7.south west) -- (w9.south west);
\draw[blue!40,fill=blue!30,opacity=0.7] (w11.south west) -- (w11.south east) -- (m8.south east) .. controls ([yshift=-0.4em]m8.south east) and ([yshift=0.1em]o6.north east) .. (o6.north east) -- (o6.south east) -- (o6.south west) -- (o6.north west) .. controls ([yshift=0.1em]o6.north west) and ([yshift=-0.5em]m8.south west) .. (m8.south west) -- (w11.south west);
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (a2) at ([yshift=-1.4em]a1.south) {预测字母序列};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (a3) at ([yshift=-1.8em]a2.south) {合并重复字母 \\ 并丢弃$\epsilon$};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (a4) at ([yshift=-0.6em]a3.south) {最终结果输出};
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-image-description-of-encoder-decoder-framework.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}[scale=0.8]
\tikzstyle{every node}=[scale=0.8]
%figure 1
\coordinate (A1) at (0, 0);
\coordinate (B1) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A1);
\coordinate (C1) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A1);
\coordinate (D1) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A1);
\coordinate (E1) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A1);
\coordinate (F1) at ([xshift=0.3em]D1);
%figure 2
\coordinate (A2) at ([yshift=-15em]A1);
\coordinate (B2) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A2);
\coordinate (C2) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A2);
\coordinate (D2) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A2);
\coordinate (E2) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A2);
\coordinate (F2) at ([xshift=0.3em]D2);
\foreach \x in {1,2}{
\draw[-,line width=2pt] (A\x) -- ([xshift=3.6em]A\x) -- ([xshift=3.6em,yshift=-3em]A\x) -- ([yshift=-3em]A\x) -- (A\x) -- ([xshift=1em]A\x);
\draw[-, very thick] (B\x) -- (C\x) -- (D\x) -- (B\x);
\draw[-, very thick,fill=black] ([xshift=-0.6em,yshift=-1.2em]B\x) -- ([xshift=-0.3em,yshift=-1em]B\x) -- ([yshift=-1.2em]B\x) --([xshift=0.3em,yshift=-1em]B\x) -- ([xshift=0.6em,yshift=-1.2em]B\x) -- (D\x) -- (C\x) -- ([xshift=-0.6em,yshift=-1.2em]B\x);
\draw[-, very thick,fill=black] (E\x) -- ([xshift=0.2em,yshift=0.3em]E\x) -- ([xshift=0.33em]F\x) -- (F\x) -- (E\x);
\node[circle,inner sep=0pt,minimum size=0.4em,fill=black] at ([xshift=-0.7em,yshift=-0.2em]B\x){};
\node[draw,rounded corners=2pt,fill=yellow!20,minimum width=2.3cm,minimum height=1cm](cnn\x) at ([xshift=9.5em,yshift=-1.5em]A\x){CNN};
\node[draw,circle,fill=green!20,font=\footnotesize,anchor=west,inner sep=3pt] (h\x_2) at ([xshift=3em,yshift=0.66em]cnn\x.east){$h_2$};
\node[draw,circle,fill=green!20,font=\footnotesize,anchor=south,inner sep=3pt] (h\x_1) at ([yshift=1em]h\x_2.north){$h_1$};
\node[font=\footnotesize,anchor=north] (h\x_c) at ([yshift=-0.6em]h\x_2.south){$\cdots$};
\node[draw,circle,fill=green!20,font=\footnotesize,anchor=north,inner sep=3pt] (h\x_n) at ([yshift=-0.6em]h\x_c.south){$h_n$};
}
\begin{pgfonlayer}{background}
\node[draw,thick,rounded corners=2pt,densely dashed,inner ysep=1.2em,inner xsep=0.4em,label={above:图像特征向量}][fit=(h1_1)(h1_2)(h1_n)](box1){};
\node[draw,thick,rounded corners=2pt,densely dashed,inner ysep=1.2em,inner xsep=0.4em,label={above:图像特征向量}][fit=(h2_1)(h2_2)(h2_n)](box2){};
\end{pgfonlayer}
\node[anchor=west,draw,rounded corners=2pt,fill=blue!20,minimum width=2.3cm,minimum height=1cm] (decoder1)at ([xshift=3em]box1.east){解码器};
\node[anchor=west,draw,circle,inner sep=0pt,minimum size=1.4em] (add)at ([xshift=2em,yshift=1.6em]box2.east){};
\draw[] (add.0) -- (add.180);
\draw[] (add.90) -- (add.-90);
\node[anchor=west,draw,rounded corners=2pt,fill=blue!20,minimum width=2.3cm,minimum height=1cm] (decoder2)at ([xshift=6em]box2.east){解码器};
\draw[->,thick] ([xshift=-2.7em]cnn1.180) -- ([xshift=-0.1em]cnn1.180);
\draw[->,thick] ([xshift=-2.7em]cnn2.180) -- ([xshift=-0.1em]cnn2.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]cnn1.0) -- ([xshift=-0.1em]box1.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]cnn2.0) -- ([xshift=-0.1em]box2.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]box1.0) -- ([xshift=-0.1em]decoder1.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]h2_1.0) -- (add.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]h2_2.0) -- (add.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]h2_c.0) -- (add.180);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]h2_n.0) -- (add.180);
\draw[->,thick,out=20,in=130] ([xshift=0.1em]add.45) to ([xshift=-0em,yshift=0.1em]decoder2.north west);
\draw[->,thick,out=200,in=-45] ([xshift=-0.1em]decoder2.west) to ([yshift=-0.1em]add.-90);
\node [anchor=north](pos1) at ([yshift=-1.0em]box1.south) {（a）未引入注意力机制};
\node [anchor=north](pos2) at ([yshift=-1.0em]box2.south) {（b）引入注意力机制};
\end{tikzpicture}
%------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chapter17/Figures/figure-image-translation-task.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}[scale=0.6]
\tikzstyle{every node}=[scale=0.6]
%figure 1
\coordinate (A1) at (0, 0);
\coordinate (B1) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A1);
\coordinate (C1) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A1);
\coordinate (D1) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A1);
\coordinate (E1) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A1);
\coordinate (F1) at ([xshift=0.3em]D1);
\coordinate (G1) at ([xshift=0.3em,yshift=-5em]A1);
\coordinate (H1) at ([xshift=0.4em,yshift=-1.6em]G1);
\coordinate (I1) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.0em]G1);
\coordinate (J1) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.5em]G1);
\coordinate (K1) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.0em]G1);
\coordinate (L1) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.5em]G1);
\coordinate (G2) at ([xshift=8em,yshift=-2.5em]A1);
\coordinate (H2) at ([xshift=0.4em,yshift=-1.6em]G2);
\coordinate (I2) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.0em]G2);
\coordinate (J2) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.5em]G2);
\coordinate (K2) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.0em]G2);
\coordinate (L2) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.5em]G2);
%figure 2
\coordinate (A2) at ([yshift=-0.5em,xshift=7em]G2);
\coordinate (B2) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A2);
\coordinate (C2) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A2);
\coordinate (D2) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A2);
\coordinate (E2) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A2);
\coordinate (F2) at ([xshift=0.3em]D2);
\coordinate (G3) at ([xshift=8em,yshift=0.5em]A2);
\coordinate (H3) at ([xshift=0.4em,yshift=-1.6em]G3);
\coordinate (I3) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.0em]G3);
\coordinate (J3) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.5em]G3);
\coordinate (K3) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.0em]G3);
\coordinate (L3) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.5em]G3);
%figure 3
\coordinate (A3) at ([yshift=-0.5em,xshift=7em]G3);
\coordinate (B3) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A3);
\coordinate (C3) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A3);
\coordinate (D3) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A3);
\coordinate (E3) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A3);
\coordinate (F3) at ([xshift=0.3em]D3);
\coordinate (A4) at ([xshift=8em]A3);
\coordinate (B4) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A4);
\coordinate (C4) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A4);
\coordinate (D4) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A4);
\coordinate (E4) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A4);
\coordinate (F4) at ([xshift=0.3em]D4);
%figure 4
\coordinate (G4) at ([xshift=7.6em,yshift=0.5em]A4);
\coordinate (H4) at ([xshift=0.4em,yshift=-1.6em]G4);
\coordinate (I4) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.0em]G4);
\coordinate (J4) at ([xshift=0.4em,yshift=-2.5em]G4);
\coordinate (K4) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.0em]G4);
\coordinate (L4) at ([xshift=0.4em,yshift=-3.5em]G4);
\coordinate (A5) at ([yshift=-0.5em,xshift=8em]G4);
\coordinate (B5) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A5);
\coordinate (C5) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A5);
\coordinate (D5) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A5);
\coordinate (E5) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A5);
\coordinate (F5) at ([xshift=0.3em]D5);
\foreach \x in {1,2,3,4,5}{
\draw[-,line width=2pt] (A\x) -- ([xshift=3.6em]A\x) -- ([xshift=3.6em,yshift=-3em]A\x) -- ([yshift=-3em]A\x) -- (A\x) -- ([xshift=1em]A\x);
\draw[-, very thick] (B\x) -- (C\x) -- (D\x) -- (B\x);
\draw[-, very thick,fill=black] ([xshift=-0.6em,yshift=-1.2em]B\x) -- ([xshift=-0.3em,yshift=-1em]B\x) -- ([yshift=-1.2em]B\x) --([xshift=0.3em,yshift=-1em]B\x) -- ([xshift=0.6em,yshift=-1.2em]B\x) -- (D\x) -- (C\x) -- ([xshift=-0.6em,yshift=-1.2em]B\x);
\draw[-, very thick,fill=black] (E\x) -- ([xshift=0.2em,yshift=0.3em]E\x) -- ([xshift=0.33em]F\x) -- (F\x) -- (E\x);
\node[circle,inner sep=0pt,minimum size=0.4em,fill=black] at ([xshift=-0.7em,yshift=-0.2em]B\x){};
}
\foreach \y in {1,2,3,4}{
\draw[-,line width=2pt] (G\y) -- ([xshift=1.6em]G\y) -- ([xshift=3em,yshift=-1.4em]G\y) -- ([xshift=3em,yshift=-4em]G\y) -- ([yshift=-4em]G\y) -- (G\y) -- ([xshift=1em]G\y);
\draw[-,line width=2pt] ([xshift=1.6em]G\y) -- ([xshift=1.5em,yshift=-1.4em]G\y) -- ([xshift=3em,yshift=-1.4em]G\y) ;
\draw[-,line width=1.6pt] (H\y) -- ([xshift=0.6em]H\y);
\draw[-,line width=1.6pt] (I\y) -- ([xshift=2em]I\y);
\draw[-,line width=1.6pt] (J\y) -- ([xshift=2em]J\y);
\draw[-,line width=1.6pt] (K\y) -- ([xshift=2em]K\y);
\draw[-,line width=1.6pt] (L\y) -- ([xshift=2em]L\y);
}
\draw[-,thick] ([yshift=4em,xshift=5em]G2) -- ([yshift=-8em,xshift=5em]G2);
\draw[-,thick] ([yshift=4em,xshift=5em]G3) -- ([yshift=-8em,xshift=5em]G3);
\draw[-,thick] ([yshift=4.5em,xshift=5.6em]A4) -- ([yshift=-7.5em,xshift=5.6em]A4);
\node [draw,single arrow,minimum height=2.4em,single arrow head extend=0.4em] (arrow1) at ([xshift=-2.4em,yshift=-2em]G2) {};
\node [draw,single arrow,minimum height=2.4em,single arrow head extend=0.4em] (arrow2) at ([xshift=-2.4em,yshift=-2em]G3) {};
\node [draw,single arrow,minimum height=2.4em,single arrow head extend=0.4em] (arrow3) at ([xshift=-2.4em,yshift=-1.5em]A4) {};
\node [draw,single arrow,minimum height=2.4em,single arrow head extend=0.4em] (arrow4) at ([xshift=-2.5em,yshift=-1.5em]A5) {};
\node[anchor=north,font=\small,scale=1.5] at ([yshift=-6em]arrow1.south){（a）多模态机器翻译};
\node[anchor=north,font=\small,scale=1.5] at ([yshift=-6em]arrow2.south){（b）图像到文本翻译};
\node[anchor=north,font=\small,scale=1.5] at ([yshift=-6em]arrow3.south){（c）图像到图像翻译};
\node[anchor=north,font=\small,scale=1.5] at ([yshift=-6em]arrow4.south){（d）文本到图像翻译};
\end{tikzpicture}
%------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chapter17/Figures/figure-modeling-a-global-approach-to-visual-characteristics.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}[scale=0.8]
\tikzstyle{every node}=[scale=0.8]
%figure 1
\coordinate (A1) at (0, 0);
\coordinate (B1) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A1);
\coordinate (C1) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A1);
\coordinate (D1) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A1);
\coordinate (E1) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A1);
\coordinate (F1) at ([xshift=0.3em]D1);
%figure 2
\coordinate (A2) at ([xshift=15em]A1);
\coordinate (B2) at ([xshift=1.5em,yshift=-0.4em]A2);
\coordinate (C2) at ([xshift=0.3em,yshift=-2.6em]A2);
\coordinate (D2) at ([xshift=2.7em,yshift=-2.6em]A2);
\coordinate (E2) at ([xshift=2.4em,yshift=-1.5em]A2);
\coordinate (F2) at ([xshift=0.3em]D2);
\foreach \x in {1,2}{
\draw[-,line width=2pt] (A\x) -- ([xshift=3.6em]A\x) -- ([xshift=3.6em,yshift=-3em]A\x) -- ([yshift=-3em]A\x) -- (A\x) -- ([xshift=1em]A\x);
\draw[-, very thick] (B\x) -- (C\x) -- (D\x) -- (B\x);
\draw[-, very thick,fill=black] ([xshift=-0.6em,yshift=-1.2em]B\x) -- ([xshift=-0.3em,yshift=-1em]B\x) -- ([yshift=-1.2em]B\x) --([xshift=0.3em,yshift=-1em]B\x) -- ([xshift=0.6em,yshift=-1.2em]B\x) -- (D\x) -- (C\x) -- ([xshift=-0.6em,yshift=-1.2em]B\x);
\draw[-, very thick,fill=black] (E\x) -- ([xshift=0.2em,yshift=0.3em]E\x) -- ([xshift=0.33em]F\x) -- (F\x) -- (E\x);
\node[circle,inner sep=0pt,minimum size=0.4em,fill=black] at ([xshift=-0.7em,yshift=-0.2em]B\x){};
\node[draw,rounded corners=2pt,fill=yellow!20,minimum width=2.3cm,minimum height=1cm](cnn\x) at ([xshift=1.8em,yshift=3.6em]A\x){CNN};
}
\node[draw,anchor=south,rounded corners=2pt,minimum width=4.0cm,minimum height=1cm,fill=red!20](encoder) at ([yshift=2.6em,xshift=2.2em]cnn1.north){编码器};
\node[anchor=north,font=\Large](x) at ([xshift=2.5em,yshift=-3.4em]encoder.south){$\seq{x}$};
\node[draw,anchor=south,rounded corners=2pt,minimum width=4.0cm,minimum height=1cm,fill=blue!20](decoder) at ([yshift=2.6em,xshift=2.2em]cnn2.north){解码器};
\node[anchor=north,font=\Large](y) at ([xshift=2.5em,yshift=-3.4em]decoder.south){$\seq{y}$};
\node[anchor=south,font=\Large](y_1) at ([yshift=3em]decoder.north){$\seq{y}'$};
\draw[->,thick] ([yshift=-2.1em]cnn1.south) -- ([yshift=-0.1em]cnn1.south);
\draw[->,thick] ([yshift=-2.1em]cnn2.south) -- ([yshift=-0.1em]cnn2.south);
\draw[->,thick] ([yshift=0.1em]cnn1.north) -- ([yshift=2.4em]cnn1.north);
\draw[->,thick] ([yshift=0.1em]cnn2.north) -- ([yshift=2.4em]cnn2.north);
\draw[->,thick] ([yshift=0.3em]x.north) -- ([yshift=4.5em]x.south);
\draw[->,thick] ([yshift=0.3em]y.north) -- ([yshift=4.7em]y.south);
\draw[->,thick] ([xshift=0.1em]encoder.east) -- ([xshift=-0.1em]decoder.west);
\draw[->,thick] ([yshift=0.1em]decoder.north) -- ([yshift=-0.1em]y_1.south);
\node [anchor=south,scale=1.2] (node1) at ([xshift=-2.0em,yshift=2.5em]encoder.north) {{$x,y$：双语数据}};
\end{tikzpicture}
%------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chapter17/Figures/figure-speech-recognition-model-based-on-transformer.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}
\tikzstyle{layer}=[draw,rounded corners=2pt,font=\scriptsize,align=center,minimum width=5em]
\tikzstyle{word}=[font=\scriptsize]
\node[layer,fill=red!20] (en_sa) at (0,0){Multi-Head \\ Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=green!20] (en_ffn) at ([yshift=1.4em]en_sa.north){Feed Forward \\ Network};
\node[draw,circle,inner sep=0pt, minimum size=1em,anchor=north] (en_add) at ([yshift=-1.4em]en_sa.south){};
\draw[] (en_add.90) -- (en_add.-90);
\draw[] (en_add.0) -- (en_add.180);
\node[layer,anchor=north,fill=yellow!20] (en_cnn) at ([yshift=-1.4em]en_add.south){CNN};
\node[draw,circle,inner sep=0pt, minimum size=1em,anchor=west] (de_add) at ([xshift=7em]en_add.east){};
\draw[] (de_add.90) -- (de_add.-90);
\draw[] (de_add.0) -- (de_add.180);
\node[layer,anchor=south,fill=red!20] (de_sa) at ([yshift=1.4em]de_add.north){Masked \\Multi-Head\\Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=red!20] (de_ca) at ([yshift=1.4em]de_sa.north){Multi-Head \\ Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=green!20] (de_ffn) at ([yshift=1.4em]de_ca.north){Feed Forward \\ Network};
\node[layer,anchor=south,fill=blue!20] (sf) at ([yshift=2em]de_ffn.north){Softmax};
\node[layer,anchor=south,fill=orange!20] (output) at ([yshift=1.4em]sf.north){Output Probabilities};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (en_input) at ([yshift=-1em]en_cnn.south){Speech Feature\\(FilterBank/MFCC)};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (de_input) at ([yshift=-1em]de_add.south){Transcription\\(Embedding)};
\node[anchor=east,font=\scriptsize,align=center] (en_pos) at ([xshift=-2em]en_add.west){Position\\(Embedding)};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,align=center] (de_pos) at ([xshift=2em]de_add.east){Position\\(Embedding)};
\draw[->] (en_input.90) -- ([yshift=-0.1em]en_cnn.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_cnn.90) -- ([yshift=-0.1em]en_add.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_add.90) -- ([yshift=-0.1em]en_sa.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_sa.90) -- ([yshift=-0.1em]en_ffn.-90);
\draw[->] (de_input.90) -- ([yshift=-0.1em]de_add.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_add.90) -- ([yshift=-0.1em]de_sa.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_sa.90) -- ([yshift=-0.1em]de_ca.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_ca.90) -- ([yshift=-0.1em]de_ffn.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_ffn.90) -- ([yshift=-0.1em]sf.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]sf.90) -- ([yshift=-0.1em]output.-90);
\draw[->] ([xshift=0.1em]en_pos.0) -- ([xshift=-0.1em]en_add.180);
\draw[->] ([xshift=-0.1em]de_pos.180) -- ([xshift=0.1em]de_add.0);
\draw[->,rounded corners=2pt] ([yshift=0.1em]en_ffn.90) -- ([yshift=2em]en_ffn.90) -- ([xshift=4em,yshift=2em]en_ffn.90) -- ([xshift=-1.5em]de_ca.west) -- ([xshift=-0.1em]de_ca.west);
\begin{pgfonlayer}{background}
\node[draw=ugreen,rounded corners=2pt,inner xsep=6pt,inner ysep=8pt][fit=(en_sa)(en_ffn)](box1){};
\node[draw=red,rounded corners=2pt,inner xsep=6pt,inner ysep=8pt][fit=(de_sa)(de_ca)(de_ffn)](box2){};
\end{pgfonlayer}
\node[anchor=east,font=\scriptsize,text=ugreen] at ([xshift=-0.1em]box1.west){$N \times$};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,text=red] at ([xshift=0.1em]box2.east){$\times N$};
\node[anchor=east,font=\scriptsize] at ([xshift=-0.1em]en_cnn.west){$2 \times$};
\node[anchor=east,font=\scriptsize,align=center,text=ugreen] at ([xshift=-0.1em,yshift=3em]box1.west){ASR \\ Encoder};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,align=center,text=red] at ([xshift=0.1em,yshift=5em]box2.east){ASR \\ Decoder};
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-speech-translation-model-based-on-CTC.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}
\tikzstyle{layer}=[draw,rounded corners=2pt,font=\scriptsize,align=center,minimum width=5em]
\tikzstyle{word}=[font=\scriptsize]
\node[layer,fill=red!20] (en_sa) at (0,0){Multi-Head \\ Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=green!20] (en_ffn) at ([yshift=1.4em]en_sa.north){Feed Forward \\ Network};
\node[draw,circle,inner sep=0pt, minimum size=1em,anchor=north] (en_add) at ([yshift=-1.4em]en_sa.south){};
\draw[] (en_add.90) -- (en_add.-90);
\draw[] (en_add.0) -- (en_add.180);
\node[layer,anchor=north,fill=yellow!20] (en_cnn) at ([yshift=-1.4em]en_add.south){CNN};
\node[draw,circle,inner sep=0pt, minimum size=1em,anchor=west] (de_add) at ([xshift=7em]en_add.east){};
\draw[] (de_add.90) -- (de_add.-90);
\draw[] (de_add.0) -- (de_add.180);
\node[layer,anchor=south,fill=red!20] (de_sa) at ([yshift=1.4em]de_add.north){Masked \\Multi-Head\\Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=red!20] (de_ca) at ([yshift=1.4em]de_sa.north){Multi-Head \\ Attention};
\node[layer,anchor=south,fill=green!20] (de_ffn) at ([yshift=1.4em]de_ca.north){Feed Forward \\ Network};
\node[layer,anchor=south,fill=blue!20] (en_sf) at ([yshift=3em]en_ffn.north){Softmax};
\node[layer,anchor=south,fill=blue!20] (sf) at ([yshift=2em]de_ffn.north){Softmax};
\node[layer,anchor=south,fill=orange!20] (en_output) at ([yshift=1.4em]en_sf.north){CTC输出};
\node[layer,anchor=south,fill=orange!20] (output) at ([yshift=1.4em]sf.north){语音翻译输出};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (en_input) at ([yshift=-1em]en_cnn.south){语音特征\\(FilterBank/MFCC)};
\node[anchor=north,font=\scriptsize,align=center] (de_input) at ([yshift=-1em]de_add.south){目标文本\\(Embedding)};
\node[anchor=east,font=\scriptsize,align=center] (en_pos) at ([xshift=-2em]en_add.west){Position\\(Embedding)};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,align=center] (de_pos) at ([xshift=2em]de_add.east){Position\\(Embedding)};
\draw[->] (en_input.90) -- ([yshift=-0.1em]en_cnn.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_cnn.90) -- ([yshift=-0.1em]en_add.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_add.90) -- ([yshift=-0.1em]en_sa.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_sa.90) -- ([yshift=-0.1em]en_ffn.-90);
\draw[->] (de_input.90) -- ([yshift=-0.1em]de_add.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_add.90) -- ([yshift=-0.1em]de_sa.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_sa.90) -- ([yshift=-0.1em]de_ca.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_ca.90) -- ([yshift=-0.1em]de_ffn.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_ffn.90) -- ([yshift=-0.1em]en_sf.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]en_sf.90) -- ([yshift=-0.1em]en_output.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]de_ffn.90) -- ([yshift=-0.1em]sf.-90);
\draw[->] ([yshift=0.1em]sf.90) -- ([yshift=-0.1em]output.-90);
\draw[->] ([xshift=0.1em]en_pos.0) -- ([xshift=-0.1em]en_add.180);
\draw[->] ([xshift=-0.1em]de_pos.180) -- ([xshift=0.1em]de_add.0);
\draw[->,rounded corners=2pt] ([yshift=2em]en_ffn.90) -- ([xshift=4em,yshift=2em]en_ffn.90) -- ([xshift=-1.5em]de_ca.west) -- ([xshift=-0.1em]de_ca.west);
\begin{pgfonlayer}{background}
\node[draw=ugreen,rounded corners=2pt,inner xsep=6pt,inner ysep=8pt][fit=(en_sa)(en_ffn)]{};
\node[draw=red,rounded corners=2pt,inner xsep=6pt,inner ysep=8pt][fit=(de_sa)(de_ca)(de_ffn)]{};
\end{pgfonlayer}
\node[anchor=east,font=\scriptsize,text=ugreen] at ([xshift=-0.1em]box1.west){$N \times$};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,text=red] at ([xshift=0.1em]box2.east){$\times N$};
\node[anchor=east,font=\scriptsize] at ([xshift=-0.1em]en_cnn.west){$2 \times$};
\node[anchor=east,font=\scriptsize,align=center,text=ugreen] at ([xshift=-0.1em,yshift=3em]box1.west){语音翻译\\编码器};
\node[anchor=west,font=\scriptsize,align=center,text=red] at ([xshift=0.1em,yshift=5em]box2.east){语音翻译\\解码器};
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-the-encoder-explicitly-incorporates-semantic-information.tex 0 → 100644
\tikzstyle{word} = [rectangle,thick,minimum width=2cm,minimum height=0.7cm,text centered,]
\begin{tikzpicture}[node distance = 0,scale = 0.9]
\tikzstyle{every node}=[scale=0.9]
\node(figure)[draw=white,scale=0.4] {\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-bank-without-attention.png}};
\node(river)[word, right of = figure, xshift=5cm, yshift=0.35cm, fill=blue!45]{river};
\node(mountain)[word, above of = river, yshift=0.75cm, fill=blue!45]{mountain};
\node(child)[word, above of = mountain, yshift=0.75cm, fill=blue!15]{child};
\node(man)[word, above of = child, yshift=0.75cm, fill=blue!25]{man};
\node(jump)[word, below of = river, yshift=-0.75cm, fill=blue!30]{jump};
\node(bank)[word, below of = jump, yshift=-0.75cm, fill=blue!65]{bank};
\node(sky)[word, below of = bank, yshift=-0.75cm, fill=blue!30]{sky};
\node(tree)[word, below of = sky, yshift=-0.75cm, fill=blue!15]{tree};
\node(cir)[circle,very thick, minimum width=0.6cm, xshift=8cm, draw=black]{};
\node(decoder)[rectangle, rounded corners, minimum width=2.5cm, minimum height=1.2cm, right of = cir,xshift=3cm, draw=black, fill=blue!25]{\large{解码器}};
\node(yn_1)[below of = decoder,yshift=-2cm,scale=1.2]{$\rm y_{n-1}$};
\node(yn_2)[above of = decoder,yshift=2cm,scale=1.2]{$\rm y'_{n-1}$(bank)};
\draw[->, very thick]([xshift=0.1cm]figure.east)to([xshift=2cm]figure.east);
\draw[-,very thick]([xshift=-0.03cm]cir.east)to([xshift=0.03cm]cir.west);
\draw[-,very thick]([yshift=0.03cm]cir.south)to([yshift=-0.03cm]cir.north);
\draw[->, very thick]([xshift=0.1cm]cir.east)to([xshift=-0.1cm]decoder.west);
\draw[->, very thick](yn_1)to([yshift=-0.1cm]decoder.south);
\draw[->, very thick]([yshift=0.1cm]decoder.north)to(yn_2);
\draw[->, thick, color=blue!45]([xshift=0.05cm]river.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!45]([xshift=0.05cm]mountain.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!15]([xshift=0.05cm]child.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!25]([xshift=0.05cm]man.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!30]([xshift=0.05cm]jump.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!65]([xshift=0.05cm]bank.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!30]([xshift=0.05cm]sky.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\draw[->, thick, color=blue!15]([xshift=0.05cm]tree.east)to([xshift=-0.05cm]cir.west);
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-three-ways-of-dual-decoder-speech-translation.tex
...@@ -15,7 +15,9 @@ ...@@ -15,7 +15,9 @@
\draw[->,thick](decoder_2.north)to(y.south); \draw[->,thick](decoder_2.north)to(y.south);
\draw[->,thick](encoder.north)--([yshift=0.7cm]encoder.north)--([xshift=-4.16em,yshift=0.7cm]encoder.north)--(decoder_1.south); \draw[->,thick](encoder.north)--([yshift=0.7cm]encoder.north)--([xshift=-4.16em,yshift=0.7cm]encoder.north)--(decoder_1.south);
\draw[->,thick](encoder.north)--([yshift=0.7cm]encoder.north)--([xshift=4.16em,yshift=0.7cm]encoder.north)--(decoder_2.south); \draw[->,thick](encoder.north)--([yshift=0.7cm]encoder.north)--([xshift=4.16em,yshift=0.7cm]encoder.north)--(decoder_2.south);
\node [anchor=north](pos1) at (s.south) {(a) 单编码器-双解码器方式}; \node [anchor=north,scale = 1.2](pos1) at (s.south) {(a) 单编码器-双解码器方式};
\node [anchor=south,scale=1.2] (node1) at ([xshift=-2.0em,yshift=6em]decoder_1.north) {{$x,y$：语言数据}};
\node [anchor=north,scale=1.2] (node2) at ([xshift=0.6em]node1.south){{$s$：语音数据}};
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%级联 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%级联
\node(encoder-2)[coder]at ([xshift=10.0em]encoder.east){\large{编码器}}; \node(encoder-2)[coder]at ([xshift=10.0em]encoder.east){\large{编码器}};
\node(decoder_1-2)[coder,above of =encoder-2,yshift=1.4cm,fill=blue!20]{\large{解码器}}; \node(decoder_1-2)[coder,above of =encoder-2,yshift=1.4cm,fill=blue!20]{\large{解码器}};
...@@ -27,7 +29,7 @@ ...@@ -27,7 +29,7 @@
\draw[->,thick](encoder-2.north)to(decoder_1-2.south); \draw[->,thick](encoder-2.north)to(decoder_1-2.south);
\draw[->,thick](decoder_1-2.north)to(decoder_2-2.south); \draw[->,thick](decoder_1-2.north)to(decoder_2-2.south);
\draw[->,thick](decoder_2-2.north)to(y-2.south); \draw[->,thick](decoder_2-2.north)to(y-2.south);
\node [anchor=north](pos2) at (s-2.south) {(b) 级联编码器方式}; \node [anchor=north,scale = 1.2](pos2) at (s-2.south) {(b) 级联编码器方式};
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%联合 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%联合
\node(encoder-3)[coder]at([xshift=10.0em]encoder-2.east){\large{编码器}}; \node(encoder-3)[coder]at([xshift=10.0em]encoder-2.east){\large{编码器}};
\node(decoder_1-3)[coder,above of =encoder-3,xshift=-1.6cm,yshift=2.8cm,fill=blue!20]{\large{解码器}}; \node(decoder_1-3)[coder,above of =encoder-3,xshift=-1.6cm,yshift=2.8cm,fill=blue!20]{\large{解码器}};
...@@ -40,5 +42,5 @@ ...@@ -40,5 +42,5 @@
\draw[->,thick](decoder_2-3.north)to(y-3.south); \draw[->,thick](decoder_2-3.north)to(y-3.south);
\draw[->,thick](encoder-3.north)--([yshift=0.7cm]encoder-3.north)--([xshift=-4.16em,yshift=0.7cm]encoder-3.north)--(decoder_1-3.south); \draw[->,thick](encoder-3.north)--([yshift=0.7cm]encoder-3.north)--([xshift=-4.16em,yshift=0.7cm]encoder-3.north)--(decoder_1-3.south);
\draw[->,thick](encoder-3.north)--([yshift=0.7cm]encoder-3.north)--([xshift=4.16em,yshift=0.7cm]encoder-3.north)--(decoder_2-3.south); \draw[->,thick](encoder-3.north)--([yshift=0.7cm]encoder-3.north)--([xshift=4.16em,yshift=0.7cm]encoder-3.north)--(decoder_2-3.south);
\node [anchor=north](pos3) at (s-3.south) {(c) 联合编码器方式}; \node [anchor=north,scale = 1.2](pos3) at (s-3.south) {(c) 联合编码器方式};
\end{tikzpicture} \end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-traditional-methods-of-image-description.tex 0 → 100644
\definecolor{color_gray}{rgb}{0.278,0.337,0.426}
\definecolor{color_green}{rgb}{0.663,0.82,0.557}
\definecolor{color_orange}{rgb}{0.957,0.694,0.514}
\definecolor{color_blue}{rgb}{0.335,0.708,0.735}
\tikzstyle{description} = [rectangle,rounded corners=1mm, minimum width=3cm,minimum height=0.6cm,text centered]
\begin{tikzpicture}[node distance = 0,scale = 0.8]
\tikzstyle{every node}=[scale=0.8]
\node(figure-1)[draw=white,scale=0.25] at (0,0){\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-dog-with-hat.png}};
\node(ground-1)[rectangle,rounded corners, minimum width=5cm, minimum height=3.5cm,right of = figure-1, xshift=5cm,fill=blue!20]{};
\node(text-1)[right of = figure-1, xshift=3.6cm,yshift=2cm,scale=1.2]{\textcolor{color_gray}{描述候选池}};
\node(text_1-1)[description, right of = figure-1, xshift=4.2cm,yshift=1.2cm,fill=color_gray!50]{\textcolor{white}{天空中有很多鸟。}};
\node(text_2-1)[description, right of = figure-1, xshift=5.3cm,yshift=0.5cm,fill=color_green]{\textcolor{white}{孩子从河岸上跳下来。}};
\node(text_3-1)[description, right of = figure-1, xshift=4.5cm,yshift=-0.2cm,fill=color_orange]{\textcolor{white}{狗在吐舌头。}};
\node(surd-1)[right of = text_3-1, xshift=2cm,scale=1.5]{\textcolor{red}{$\surd$}};
\node(text_4-1)[description, right of = figure-1, xshift=5.2cm,yshift=-0.9cm,fill=color_blue]{\textcolor{white}{男人戴着眼镜。}};
\node(point-1)[right of = figure-1, xshift=5cm,yshift=-1.4cm,scale=1.5]{...};
\draw[->,very thick](figure-1)to([xshift=-0.1cm]ground-1.west);
\node(figure)[draw=white,scale=0.25]at ([xshift=20.0em]figure-1.east){\includegraphics[width=0.62\textwidth]{./Chapter17/Figures/figure-dog-with-hat.png}};
\node(ground)[rectangle,rounded corners, minimum width=5cm, minimum height=1.5cm,right of = figure, xshift=5cm,yshift=-2.6em,fill=blue!20]{\large{图片中有\underline{\textcolor{red}{狗}}，\underline{\textcolor{red}{帽子}}，\underline{\quad\ }。}};
\node(dog)[rectangle,rounded corners, minimum width=1cm, minimum height=0.7cm,right of = figure, xshift=3cm,yshift=1.5cm,thick, draw=color_orange,fill=color_orange!50]{狗};
\node(hat)[rectangle,rounded corners, minimum width=1.5cm, minimum height=0.7cm,right of = figure, xshift=4.5cm,yshift=1.5cm,thick, draw=color_green,fill=color_green!50]{帽子};
\draw[->, very thick,color=black!60](figure.east)to([xshift=-0.1cm]dog.west)node[left,xshift=-0.2cm,yshift=-0.1cm,color=black]{图片检测};
\draw[->, very thick,color=black!60]([yshift=-0.1cm]hat.south)to([yshift=0.1cm]ground.north)node[right,xshift=-0.2cm,yshift=0.5cm,color=black]{模板填充};
\node [anchor=north](pos1)at ([xshift=-3.8em,yshift=-0.5em]ground-1.south){（a）基于检索的图像描述生成范式};
\node [anchor=north](pos2)at ([xshift=-3.8em,yshift=-0.5em]ground.south){（b）基于模板的图像描述生成范式};
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/Figures/figure-word-lattice.tex 0 → 100644
\begin{tikzpicture}
\tikzstyle{node}=[circle,minimum size=1.2em,draw,inner sep=0pt,fill=yellow!20,font=\footnotesize,thick]
\tikzstyle{word}=[font=\scriptsize]
\node[node] (n0) at (0,0) {0};
\node[anchor=west,node] (n2) at ([xshift=3em]n0.east){2};
\node[anchor=west,node] (n6) at ([xshift=13em]n2.east){6};
\node[anchor=west,node] (n8) at ([xshift=2.4em]n6.east){8};
\node[anchor=west,node] (n9) at ([xshift=2.4em]n8.east){9};
\node[anchor=south,node] (n1) at ([xshift=0.6em,yshift=3.2em]n2.north){1};
\node[anchor=north,node] (n3) at ([xshift=2.2em,yshift=-1.6em]n2.south){3};
\node[anchor=north,node] (n7) at ([xshift=5.2em,yshift=-0.8em]n2.south){7};
\node[anchor=west,node] (n10) at ([xshift=4em]n7.east){10};
\node[anchor=south,node] (n11) at ([yshift=3.0em]n7.north){11};
\node[anchor=south,node] (n5) at ([yshift=3.0em]n10.north){5};
\node[anchor=north,node] (n4) at ([xshift=6em,yshift=-1.6em]n3.south){4};
\draw[->] (n0.0) -- node[word,above]{of /0.343}(n2.180);
\draw[->] (n0.60) -- node[word,above,rotate=40]{a /0.499}(n1.-150);
\draw[->] (n0.-50) -- node[word,above,rotate=-20]{our /0.116}(n3.150);
\draw[->] (n0.-70) .. controls ([xshift=-8em]n4.180) and ([xshift=-8em]n4.180) .. node[above,word,xshift=3em,yshift=-0.6em]{that /0.039} (n4.180);
\draw[->] (n4.0) .. node[word,above,xshift=-2em,yshift=-0.4em]{hostage /1} controls ([xshift=5em]n4.0) and ([yshift=-6em]n6.-90) .. (n6.-90);
\draw[->] (n2.-90) -- node[word,above,rotate=-18,pos=0.55]{house /0.125}(n7.180);
\draw[->] (n3.-10) node[word,above,xshift=3.6em,yshift=-0.8em]{conference /1} .. controls ([xshift=4.6em,yshift=-1.8em]n3.-10) and ([yshift=-1.6em,xshift=-3em]n10.-135) .. (n10.-135);
\draw[->] (n7.0) -- node[word,above]{which /1}(n10.180);
\draw[->] (n2.0) -- node[word,above,pos=0.5]{hostages /0.300}(n6.180);
\draw[->] (n2.45) -- node[word,above,rotate=18,pos=0.3]{a /0.573}(n11.-135);
\draw[->,rounded corners=1em] (n1.-45) node[word,above,xshift=1.4em,yshift=-1.3em,rotate=-43]{house /0.078} -- ([yshift=-0.4em,xshift=-1em]n11.-90) -- (n7.100);
\draw[->] (n1.20) node[word,above,xshift=4em]{conference /0.734} .. controls ([xshift=8em]n1.20) and ([xshift=-0.6em,yshift=2.2em]n5.110) .. (n5.110);
\draw[->] (n11.0) -- node[word,above]{conference /1}(n5.180);
\draw[->] (n5.-90) ..node[word,above,xshift=1.4em]{is /0.773} controls ([yshift=-1.6em]n5.-90) and ([xshift=-3em]n6.150]) .. (n6.150);
\draw[->] (n5.0) node[word, above,xshift=1.4em]{as /0.226}.. controls ([xshift=2.6em]n5.0) and ([xshift=-0.6em,yshift=2em]n6.120) .. (n6.120);
\coordinate (a) at ([xshift=6em,yshift=3em]n1);
\draw[->] (n1.60) .. controls ([xshift=3em,yshift=2em]n1.60) and ([xshift=-2em]a) .. (a) node[word,above,xshift=1em]{hostage /0.187}.. controls ([xshift=8em]a) and ([xshift=-0.6em,yshift=6em]n6.90) .. (n6.90);
\draw[->] (n10.0) -- node[above,word,pos=0.4,rotate=30]{is /1}(n6.-135);
\draw[->] (n6.0) -- node[above,word,yshift=0.2em]{being /1}(n8.180);
\draw[->] (n8.0) -- node[above,word,yshift=0.3em]{recorded /1}(n9.180);
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Chapter17/chapter17.tex
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\parinterval 经过上面的描述，音频的表示实际上是一个非常长的采样点序列，这导致了直接使用现有的深度学习技术处理音频序列较为困难。并且，原始的音频信号中可能包含着较多的噪声、环境声或冗余信息也会对模型产生干扰。因此，一般会对音频序列进行处理来提取声学特征，具体为将长序列的采样点序列转换为短序列的特征向量序列，再用于下游系统模块。虽然已有一些工作不依赖特征提取，直接在原始的采样点序列上进行声学建模和模型训练\upcite{DBLP:conf/interspeech/SainathWSWV15}，但目前的主流方法仍然是基于声学特征进行建模\upcite{DBLP:conf/icassp/MohamedHP12}。 \parinterval 经过上面的描述，音频的表示实际上是一个非常长的采样点序列，这导致了直接使用现有的深度学习技术处理音频序列较为困难。并且，原始的音频信号中可能包含着较多的噪声、环境声或冗余信息也会对模型产生干扰。因此，一般会对音频序列进行处理来提取声学特征，具体为将长序列的采样点序列转换为短序列的特征向量序列，再用于下游系统模块。虽然已有一些工作不依赖特征提取，直接在原始的采样点序列上进行声学建模和模型训练\upcite{DBLP:conf/interspeech/SainathWSWV15}，但目前的主流方法仍然是基于声学特征进行建模\upcite{DBLP:conf/icassp/MohamedHP12}。
\parinterval 声学特征提取的第一步是预处理。其流程主要是对音频进行预加重、分帧和加窗。预加重用来提升音频信号中的高频部分，目的是使频谱更加平滑。分帧是基于短时平稳假设，即根据生物学特征，语音信号是一个缓慢变化的过程，10ms~30ms的信号片段是相对平稳的。基于这个假设，一般将每25ms作为一帧来提取特征，这个时间称为{\small\bfnew{帧长}}\index{帧长}（Frame Length）\index{Frame Length}。同时，为了保证不同帧之间的信号平滑性，使每两个相邻帧之间存在一定的重合部分。一般每隔10ms取一帧，这个时长称为{\small\bfnew{帧移}}\index{帧移}（Frame Shift）\index{Frame Shift}。为了缓解分帧带来的频谱泄漏，对每帧的信号进行加窗处理使其幅度在两段渐变到0，一般采用的是{\small\bfnew{汉明窗}}\index{汉明窗}（Hamming）\index{Hamming}。 \parinterval 声学特征提取的第一步是预处理。其流程主要是对音频进行预加重、分帧和加窗。预加重用来提升音频信号中的高频部分，目的是使频谱更加平滑。分帧（原理如图\ref{fig17-2}）是基于短时平稳假设，即根据生物学特征，语音信号是一个缓慢变化的过程，10ms~30ms的信号片段是相对平稳的。基于这个假设，一般将每25ms作为一帧来提取特征，这个时间称为{\small\bfnew{帧长}}\index{帧长}（Frame Length）\index{Frame Length}。同时，为了保证不同帧之间的信号平滑性，使每两个相邻帧之间存在一定的重合部分。一般每隔10ms取一帧，这个时长称为{\small\bfnew{帧移}}\index{帧移}（Frame Shift）\index{Frame Shift}。为了缓解分帧带来的频谱泄漏，对每帧的信号进行加窗处理使其幅度在两段渐变到0，一般采用的是{\small\bfnew{汉明窗}}\index{汉明窗}（Hamming）\index{Hamming}。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\parinterval 传统的语音识别模型和统计机器翻译相似，需要利用声学模型、语言模型和发音词典联合进行识别，系统较为复杂\upcite{DBLP:journals/ftsig/GalesY07,DBLP:journals/taslp/MohamedDH12,DBLP:journals/spm/X12a}。而近些年来，随着神经网络的发展，基于神经网络的端到端语音识别模型逐渐成为主流，大大简化了训练流程\upcite{DBLP:conf/nips/ChorowskiBSCB15,DBLP:conf/icassp/ChanJLV16}。目前的端到端语音识别模型主要基于序列到序列结构，编码器根据输入的声学特征进一步提取高级特征，解码器根据编码器提取的特征识别对应的文本。在后文中即将介绍的端到端语音翻译模型也是使用十分相似的结构。因此，从某种意义上说，语音识别和翻译的端到端方法与神经机器翻译是一致的。 \parinterval 传统的语音识别模型和统计机器翻译相似，需要利用声学模型、语言模型和发音词典联合进行识别，系统较为复杂\upcite{DBLP:journals/ftsig/GalesY07,DBLP:journals/taslp/MohamedDH12,DBLP:journals/spm/X12a}。而近些年来，随着神经网络的发展，基于神经网络的端到端语音识别模型逐渐成为主流，大大简化了训练流程\upcite{DBLP:conf/nips/ChorowskiBSCB15,DBLP:conf/icassp/ChanJLV16}。目前的端到端语音识别模型主要基于序列到序列结构，编码器根据输入的声学特征进一步提取高级特征，解码器根据编码器提取的特征识别对应的文本。在后文中即将介绍的端到端语音翻译模型也是使用十分相似的结构。因此，从某种意义上说，语音识别和翻译的端到端方法与神经机器翻译是一致的。
\parinterval 语音识别目前广泛使用基于Transformer的模型结构（见{\chaptertwelve}），如图\ref{fig:17-2-3}所示。可以看出，相比文本翻译，模型结构上唯一的区别在于编码器的输入为声学特征，以及编码器底层会使用额外的卷积层来减小输入序列的长度，从而降低长序列带来的显存占用以及建模困难。通过大量的语音-标注平行数据对模型进行训练，可以得到高质量的语音识别模型。 \parinterval 语音识别目前广泛使用基于Transformer的模型结构（见{\chaptertwelve}），如图\ref{fig:17-4}所示。可以看出，相比文本翻译，模型结构上唯一的区别在于编码器的输入为声学特征，以及编码器底层会使用额外的卷积层来减小输入序列的长度，从而降低长序列带来的显存占用以及建模困难。通过大量的语音-标注平行数据对模型进行训练，可以得到高质量的语音识别模型。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-speech-recognition-model-based-on-transformer}
\caption{基于Transformer的语音识别模型} \caption{基于Transformer的语音识别模型}
\label{fig:17-2-3} \label{fig:17-4}
\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 级联语音翻译模型利用翻译模型将语音识别结果翻译为目标语言文本，但存在的一个问题是语音识别模型只输出One-best，其中可能存在一些识别错误，这些错误在翻译过程中会被放大，导致最终翻译结果偏离原本意思，也就是错误传播问题。传统级联语音模型的一个主要方向是丰富语音识别模型的预测结果，为翻译模型提供更多的信息，具体做法是在语音识别模型中，声学模型解码得到{\small\bfnew{词格}}\index{词格}（Word Lattice）\index{Word Lattice}来取代One-best识别结果。词格是一种有向无环图，包含单个起点和终点，图中的每条边记录了每个词和对应的转移概率信息，如图\ref{fig:17-2-4}所示。 \parinterval 级联语音翻译模型利用翻译模型将语音识别结果翻译为目标语言文本，但存在的一个问题是语音识别模型只输出One-best，其中可能存在一些识别错误，这些错误在翻译过程中会被放大，导致最终翻译结果偏离原本意思，也就是错误传播问题。传统级联语音模型的一个主要方向是丰富语音识别模型的预测结果，为翻译模型提供更多的信息，具体做法是在语音识别模型中，声学模型解码得到{\small\bfnew{词格}}\index{词格}（Word Lattice）\index{Word Lattice}来取代One-best识别结果。词格是一种有向无环图，包含单个起点和终点，图中的每条边记录了每个词和对应的转移概率信息，如图\ref{fig:17-5}所示。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-word-lattice.tex}
\caption{词格示例} \caption{词格示例}
\label{fig:17-2-4} \label{fig:17-5}
\end{figure} \end{figure}
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\parinterval 因此，端到端模型收到了研究人员的关注。目前比较火热的，基于Transformer的语音翻译模型架构如图\ref{fig:17-2-5}所示（下文中语音翻译模型均指端到端的模型）。该模型采用的也是序列到序列架构，编码器的输入是从语音中提取的特征（比如FBank特征）。由于语音对应的特征序列过长，在计算Attention的时候，会占用大量的内存/显存，从而降低计算效率，过长的序列也会增加模型训练的难度。因此，通常会先对语音特征做一个下采样，缩小语音的序列长度。目前一个常用的做法，是在输入的语音特征上进行两层步长为2的卷积操作，从而将输入序列的长度缩小为之前的1/4。之后的流程和标准的机器翻译是完全一致的，编码器对语音特征进行编码，解码器根据编码表示生成目标语言的翻译结果。 \parinterval 因此，端到端模型收到了研究人员的关注。目前比较火热的，基于Transformer的语音翻译模型架构如图\ref{fig:17-6}所示（下文中语音翻译模型均指端到端的模型）。该模型采用的也是序列到序列架构，编码器的输入是从语音中提取的特征（比如FBank特征）。由于语音对应的特征序列过长，在计算Attention的时候，会占用大量的内存/显存，从而降低计算效率，过长的序列也会增加模型训练的难度。因此，通常会先对语音特征做一个下采样，缩小语音的序列长度。目前一个常用的做法，是在输入的语音特征上进行两层步长为2的卷积操作，从而将输入序列的长度缩小为之前的1/4。之后的流程和标准的机器翻译是完全一致的，编码器对语音特征进行编码，解码器根据编码表示生成目标语言的翻译结果。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-an-end-to-end-voice-translation-model-based-on-transformer}
\caption{基于Transformer的端到端语音翻译模型} \caption{基于Transformer的端到端语音翻译模型}
\label{fig:17-2-5} \label{fig:17-6}
\end{figure} \end{figure}
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\noindent{\small\bfnew{1）多任务学习}} \noindent{\small\bfnew{1）多任务学习}}
\parinterval 针对语音翻译模型建模复杂度较高问题，常用的一个方法是进行多任务学习，使模型在训练过程中有更多的监督信息，从而使模型收敛地更加充分。语音语言中多任务学习主要借助语音对应的标注信息，也就是源语言文本。{\small\bfnew{连接时序分类}}\index{连接时序分类}（Connectionist Temporal Classification，CTC）\index{Connectionist Temporal Classification}\upcite{DBLP:conf/icml/GravesFGS06}是语音处理中最简单有效的一种多任务学习方法\upcite{DBLP:journals/jstsp/WatanabeHKHH17,DBLP:conf/icassp/KimHW17}，也被广泛应用于文本识别任务中\upcite{DBLP:journals/pami/ShiBY17}。CTC可以将输入序列的每一位置都对应到标注文本中，学习语音和文字之间的软对齐关系。比如，对于下面的音频序列，CTC可以将每个位置分别对应到同一个词。需要注意的是，CTC会额外新增一个词$\epsilon$，类似于一个空白词，表示这个位置没有声音或者没有任何对应的预测结果。然后，将相同且连续的词合并，去除$\epsilon$，就可以得到预测结果，如图\ref{fig:17-2-6}所示。 \parinterval 针对语音翻译模型建模复杂度较高问题，常用的一个方法是进行多任务学习，使模型在训练过程中有更多的监督信息，从而使模型收敛地更加充分。语音语言中多任务学习主要借助语音对应的标注信息，也就是源语言文本。{\small\bfnew{连接时序分类}}\index{连接时序分类}（Connectionist Temporal Classification，CTC）\index{Connectionist Temporal Classification}\upcite{DBLP:conf/icml/GravesFGS06}是语音处理中最简单有效的一种多任务学习方法\upcite{DBLP:journals/jstsp/WatanabeHKHH17,DBLP:conf/icassp/KimHW17}，也被广泛应用于文本识别任务中\upcite{DBLP:journals/pami/ShiBY17}。CTC可以将输入序列的每一位置都对应到标注文本中，学习语音和文字之间的软对齐关系。比如，对于下面的音频序列，CTC可以将每个位置分别对应到同一个词。需要注意的是，CTC会额外新增一个词$\epsilon$，类似于一个空白词，表示这个位置没有声音或者没有任何对应的预测结果。然后，将相同且连续的词合并，去除$\epsilon$，就可以得到预测结果，如图\ref{fig:17-7}所示。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-examples-of-CTC-predictive-word-sequences}
\caption{CTC预测单词序列示例} \caption{CTC预测单词序列示例}
\label{fig:17-2-6} \label{fig:17-7}
\end{figure} \end{figure}
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\end{itemize} \end{itemize}
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\parinterval 将CTC应用到语音翻译中的方法非常简单，只需要在编码器的顶层加上一个额外的输出层即可。通过这种方式，不需要增加过多的额外参数，就可以给模型加入一个较强的监督信息，提高模型的收敛性。 \parinterval 将CTC应用到语音翻译中的方法非常简单，只需要在编码器的顶层加上一个额外的输出层即可（图\ref{fig:17-8}）。通过这种方式，不需要增加过多的额外参数，就可以给模型加入一个较强的监督信息，提高模型的收敛性。
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-speech-translation-model-based-on-CTC}
\caption{基于CTC的语音翻译模型} \caption{基于CTC的语音翻译模型}
\label{fig:17-2-7} \label{fig:17-8}
\end{figure} \end{figure}
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\section{图像翻译} \section{图像翻译}
\parinterval 人类所接受的信息中视觉信息的比重往往不亚于语言信息，甚至更多。视觉信息通常以图像的形式存在，近几年，结合图像的多模态机器翻译任务受到了广泛的研究。多模态机器翻译（图a）简单来说就是结合源语言和其他模态（例如图像等）的信息生成目标语言的过程。这种结合图像的机器翻译还是一种狭义上的“翻译”，它本质上还是从源语言到目标语言或者说从文本到文本的翻译。那么从图像到文本上（图b）的转换，例如，{\small\bfnew{图片描述生成}}\index{图片描述生成}（Image Captioning）\index{Image Captioning}，即给定图像生成与图像内容相关的描述，也可以被称为广义上的“翻译”，当然，这种广义上的翻译形式不仅仅包括图像到文本，还应该包括从图像到图像（图c），甚至是从文本到图像（图d）等等。这里将这些与图像相关的翻译任务统称为图像翻译。 \parinterval 人类所接受的信息中视觉信息的比重往往不亚于语言信息，甚至更多。视觉信息通常以图像的形式存在，近几年，结合图像的多模态机器翻译任务受到了广泛的研究。多模态机器翻译（图\ref{fig:17-10}（a））简单来说就是结合源语言和其他模态（例如图像等）的信息生成目标语言的过程。这种结合图像的机器翻译还是一种狭义上的“翻译”，它本质上还是从源语言到目标语言或者说从文本到文本的翻译。那么从图像到文本上（图\ref{fig:17-10}（b））的转换，例如，{\small\bfnew{图片描述生成}}\index{图片描述生成}（Image Captioning）\index{Image Captioning}，即给定图像生成与图像内容相关的描述，也可以被称为广义上的“翻译”，当然，这种广义上的翻译形式不仅仅包括图像到文本，还应该包括从图像到图像（图\ref{fig:17-10}（c）），甚至是从文本到图像（图\ref{fig:17-10}（d））等等。这里将这些与图像相关的翻译任务统称为图像翻译。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-image-translation-task.tex}
\caption{图像翻译任务} \caption{图像翻译任务}
\label{tab:17-2-1-c} \label{fig:17-10}
\end{table} \end{figure}
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\subsubsection{1. 基于特征融合的方法} \subsubsection{1. 基于特征融合的方法}
\parinterval 较为早期的研究工作通常将图像信息作为输入句子的一部分\upcite{DBLP:conf/emnlp/CalixtoL17,DBLP:conf/wmt/HuangLSOD16}，或者用其对编码器、解码器的状态进行初始化\upcite{DBLP:conf/emnlp/CalixtoL17,Elliott2015MultilingualID,DBLP:conf/wmt/MadhyasthaWS17}。如图2所示，对图像特征的提取通常是基于卷积神经网络，有关卷积神经网络的内容，请参考{\chaptereleven}内容。通过卷积神经网络得到全局视觉特征，在进行维度变换后，将其作为源语言输入的一部分或者初始化状态引入到模型当中。但是，这种图像信息的引入方式有以下两个缺点： \parinterval 较为早期的研究工作通常将图像信息作为输入句子的一部分\upcite{DBLP:conf/emnlp/CalixtoL17,DBLP:conf/wmt/HuangLSOD16}，或者用其对编码器、解码器的状态进行初始化\upcite{DBLP:conf/emnlp/CalixtoL17,Elliott2015MultilingualID,DBLP:conf/wmt/MadhyasthaWS17}。如图\ref{fig:17-11}所示，对图像特征的提取通常是基于卷积神经网络，有关卷积神经网络的内容，请参考{\chaptereleven}内容。通过卷积神经网络得到全局视觉特征，在进行维度变换后，将其作为源语言输入的一部分或者初始化状态引入到模型当中。但是，这种图像信息的引入方式有以下两个缺点：
\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
...@@ -286,11 +292,12 @@ ...@@ -286,11 +292,12 @@
\end{itemize} \end{itemize}
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-modeling-a-global-approach-to-visual-characteristics}
\caption{建模全局的视觉特征方法} \caption{建模全局的视觉特征方法}
\label{tab:17-2-2-c} \label{fig:17-11}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 说到噪音问题就不得不提到注意力机制的引入，前面章节中提到过这样的一个例子： \parinterval 说到噪音问题就不得不提到注意力机制的引入，前面章节中提到过这样的一个例子：
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\parinterval 想在横线处填写“吃饭”，“吃东西”的原因是我们在读句子的过程中，关注到了“没/吃饭”，“很/饿”等关键息。这是在自然语言处理中注意力机制解决的问题，即对于要生成的目标语言单词时，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。同样的，注意力机制也用在多模态机器翻译中，即在生成目标单词时，对于图像而言，更应该关注与目标单词相关的图像部分，而弱化对其他部分的关注，这样就达到了降噪的目的，另外，注意力机制的引入，也使图像信息直接参与目标语言的生成，解决了在编码器中，图像信息传递损失的问题。 \parinterval 想在横线处填写“吃饭”，“吃东西”的原因是我们在读句子的过程中，关注到了“没/吃饭”，“很/饿”等关键息。这是在自然语言处理中注意力机制解决的问题，即对于要生成的目标语言单词时，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。同样的，注意力机制也用在多模态机器翻译中，即在生成目标单词时，对于图像而言，更应该关注与目标单词相关的图像部分，而弱化对其他部分的关注，这样就达到了降噪的目的，另外，注意力机制的引入，也使图像信息直接参与目标语言的生成，解决了在编码器中，图像信息传递损失的问题。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
\centering \centering
\input{./Chapter17/Figures/figure-comparison-of-attention-mechanism-of-target-word-bank}
\caption{目标词“bank”注意力机制前后对比} \caption{目标词“bank”注意力机制前后对比}
\label{tab:17-2-3-c} \label{tab:17-2-3-c}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 那么，多模态机器翻译是如何计算上下文向量的呢？这里仿照第十章的内容给出具体解释(参考图10.19)： \parinterval 那么，多模态机器翻译是如何计算上下文向量的呢？这里仿照第十章的内容给出具体解释(参考图10.19)：
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\parinterval 编码器输出的状态序列${\mathbi{h}_1,\mathbi{h}_2,...\mathbi{h}_m}$，m为状态序列的长度，需要注意的是，这里的状态序列不是源语言的状态序列，而是通过基于卷积循环网络提取到的图像的状态序列。假设图像的特征维度16×16×512，其中前两个维度分别表示图像的高和宽，这里会将图像的维度映射为256×512的状态序列，512为每个状态的维度，对于目标语位置$j$，上下文向量$\mathbi{C}_{j}$被定义为对序列的编码器输出进行加权求和，如下： \parinterval 编码器输出的状态序列${\mathbi{h}_1,\mathbi{h}_2,...\mathbi{h}_m}$，m为状态序列的长度，需要注意的是，这里的状态序列不是源语言的状态序列，而是通过基于卷积循环网络提取到的图像的状态序列。假设图像的特征维度16×16×512，其中前两个维度分别表示图像的高和宽，这里会将图像的维度映射为256×512的状态序列，512为每个状态的维度，对于目标语位置$j$，上下文向量$\mathbi{C}_{j}$被定义为对序列的编码器输出进行加权求和，如下：
\begin{eqnarray} \begin{eqnarray}
\mathbi{C}_{j}&=& \sum_{i}{{\alpha}_{i,j}{\mathbi{h}}_{i}} \mathbi{C}_{j}&=& \sum_{i}{{\alpha}_{i,j}{\mathbi{h}}_{i}}
\label{eq:17-2-1} \label{fig:17-12}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
\noindent 其中，${\alpha}_{i,j}$是注意力权重，它表示目标语言第j个位置与图片编码状态序列第i个位置的相关性大小，计算方式与{\chapterten}描述的注意力函数一致。 \noindent 其中，${\alpha}_{i,j}$是注意力权重，它表示目标语言第j个位置与图片编码状态序列第i个位置的相关性大小，计算方式与{\chapterten}描述的注意力函数一致。
...@@ -329,14 +337,15 @@ ...@@ -329,14 +337,15 @@
\parinterval 基于多任务学习的方法通常是把翻译任务与其他视觉任务结合，进行联合训练。在{\chapterfifteen}和{\chaptersixteen}已经提到过多任务学习。一种常见的多任务学习框架是针对多个相关的任务，共享模型的部分参数来学习不同任务之间相似的部分，并通过特定的模块来学习每个任务特有的部分。在多模态机器翻译中，应用多任务学习的主要策略就是将翻译作为主任务，同时设置一些与其他模态相关的子任务，通过这些子任务来辅助源语言理解自身的语言知识。 \parinterval 基于多任务学习的方法通常是把翻译任务与其他视觉任务结合，进行联合训练。在{\chapterfifteen}和{\chaptersixteen}已经提到过多任务学习。一种常见的多任务学习框架是针对多个相关的任务，共享模型的部分参数来学习不同任务之间相似的部分，并通过特定的模块来学习每个任务特有的部分。在多模态机器翻译中，应用多任务学习的主要策略就是将翻译作为主任务，同时设置一些与其他模态相关的子任务，通过这些子任务来辅助源语言理解自身的语言知识。
\parinterval 如图4所示，可以将多模态机器翻译任务分解为两个子任务：机器翻译和图片生成\upcite{DBLP:conf/ijcnlp/ElliottK17}。其中机器翻译作为主任务，图片生成作为子任务，图片生成这里指的是从一个图片描述生成对应图片，对于图片生成任务在后面叙述。通过单个编码器对源语言数据进行建模，然后通过两个解码器（翻译解码器和图像解码器）来学习翻译任务和图像生成任务。顶层任务学习每个任务的独立特征，底层共享参数层能够学习到更丰富的文本特征表示。另外在视觉问答领域有研究表明\upcite{DBLP:conf/nips/LuYBP16}，在多模态任务中，不宜引入多层的注意力，因为多层注意力会导致模型严重的过拟合，从另一角度来说，利用多任务学习的方式，提高模型的泛化能力，也是一种有效防止过拟合现象的方式。类似的思想，也大量使用在多模态自然语言处理中，例如图像描述生成、视觉问答\upcite{DBLP:conf/iccv/AntolALMBZP15}等。 \parinterval 如图\ref{fig:17-13}所示，可以将多模态机器翻译任务分解为两个子任务：机器翻译和图片生成\upcite{DBLP:conf/ijcnlp/ElliottK17}。其中机器翻译作为主任务，图片生成作为子任务，图片生成这里指的是从一个图片描述生成对应图片，对于图片生成任务在后面叙述。通过单个编码器对源语言数据进行建模，然后通过两个解码器（翻译解码器和图像解码器）来学习翻译任务和图像生成任务。顶层任务学习每个任务的独立特征，底层共享参数层能够学习到更丰富的文本特征表示。另外在视觉问答领域有研究表明\upcite{DBLP:conf/nips/LuYBP16}，在多模态任务中，不宜引入多层的注意力，因为多层注意力会导致模型严重的过拟合，从另一角度来说，利用多任务学习的方式，提高模型的泛化能力，也是一种有效防止过拟合现象的方式。类似的思想，也大量使用在多模态自然语言处理中，例如图像描述生成、视觉问答\upcite{DBLP:conf/iccv/AntolALMBZP15}等。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
\centering \centering
\input{./Chapter17/Figures/figure-application-of-multimodal-machine-translation-to-multitask-learning.tex}
\caption{多模态机器翻译多任务学习的应用} \caption{多模态机器翻译多任务学习的应用}
\label{tab:17-2-4-c} \label{fig:17-13}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 图像到文本的转换也可以看作是广义上的翻译，简单来说，就是把源语言的形式替换成了图像。其中，图像描述生成是最典型的任务。虽然，这部分内容并不是本书的重点，不过为了保证多模态翻译内容的完整性，这里对相关技术进行简要介绍。图像描述生成是指给定图像生成文字描述，有时也被称作图说话、图像字幕生成。如何理解图像信息、在理解图像信息基础上生成描述是图像描述任务要解决的问题，可以发现，该任务涉及到自然语言处理和计算机视觉两个领域，是一项很有挑战的任务。同时，图像描述在图像检索、智能导盲、人机交互等领域有着广泛的应用场景，有很大的研究价值。 \parinterval 图像到文本的转换也可以看作是广义上的翻译，简单来说，就是把源语言的形式替换成了图像。其中，图像描述生成是最典型的任务。虽然，这部分内容并不是本书的重点，不过为了保证多模态翻译内容的完整性，这里对相关技术进行简要介绍。图像描述生成是指给定图像生成文字描述，有时也被称作图说话、图像字幕生成。如何理解图像信息、在理解图像信息基础上生成描述是图像描述任务要解决的问题，可以发现，该任务涉及到自然语言处理和计算机视觉两个领域，是一项很有挑战的任务。同时，图像描述在图像检索、智能导盲、人机交互等领域有着广泛的应用场景，有很大的研究价值。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-traditional-methods-of-image-description}
\caption{图像描述传统方法} \caption{图像描述传统方法}
\label{tab:17-2-5-c} \label{fig:17-14}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 传统图像描述生成有两种范式：基于检索的方法和基于模板的方法。其中基于检索的方法（图5左）是指在指定的图像描述候选句子中选择其中的句子作为图像的描述，这种方法的弊端是所选择的句子可能会和图像很大程度上不相符。而基于模板的方法（图5右）是指在图像上检测视觉特征，然后把内容填在实现设计好的模板当中，这种方法的缺点是生成的图像描述过于呆板，‘像是在一个模子中刻出来的’说的就是这个意思。近几年来 ，由于卷积神经网络在计算机视觉领域效果显著，而循环神经网络在自然语言处理领域卓有成效，受到机器翻译领域编码器-解码器框架的启发，逐渐的，这种基于卷积神经网络作为编码器编码图像，循环神经网络作为解码器解码描述的编码器-解码器框架成了图像描述任务的基础范式。本章节，从基础的图像描述范式编码器-解码器框架展开\upcite{DBLP:conf/cvpr/VinyalsTBE15,DBLP:conf/icml/XuBKCCSZB15}，从编码器的改进、解码器的改进展开介绍。 \parinterval 传统图像描述生成有两种范式：基于检索的方法和基于模板的方法。其中图\ref{fig:17-14}（a）是指在指定的图像描述候选句子中选择其中的句子作为图像的描述，这种方法的弊端是所选择的句子可能会和图像很大程度上不相符。而\ref{fig:17-14}（b）是指在图像上检测视觉特征，然后把内容填在实现设计好的模板当中，这种方法的缺点是生成的图像描述过于呆板，“像是在一个模子中刻出来的”说的就是这个意思。近几年来 ，由于卷积神经网络在计算机视觉领域效果显著，而循环神经网络在自然语言处理领域卓有成效，受到机器翻译领域编码器-解码器框架的启发，逐渐的，这种基于卷积神经网络作为编码器编码图像，循环神经网络作为解码器解码描述的编码器-解码器框架成了图像描述任务的基础范式。本章节，从基础的图像描述范式编码器-解码器框架展开\upcite{DBLP:conf/cvpr/VinyalsTBE15,DBLP:conf/icml/XuBKCCSZB15}，从编码器的改进、解码器的改进展开介绍。
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% NEW SUBSUB-SECTION % NEW SUBSUB-SECTION
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\subsubsection{1. 基础框架} \subsubsection{1. 基础框架}
\parinterval 受到神经机器翻译的启发，编码器-解码器框架也应用到图像描述任务当中。其中，编码器将输入的图像转换为一种新的“表示”形式，这种表示包含了输入图像的所有信息。之后解码器把这种“表示”重新转换为输出的描述。图XX中（上）是编码器-解码器框架在图像描述生成的应用\upcite{DBLP:conf/cvpr/VinyalsTBE15}。首先，通过卷积神经网络提取图像特征到一个合适的长度向量表示。然后，利用长短时记忆网络（LSTM）解码生成文字描述，这个过程中与机器翻译解码过程类似。这种建模方式存在一定的短板：生成的描述单词不一定需要所有的图像信息，将全局的图像信息送入模型中，可能会引入噪音，使这种“表示”形式不准确。针对这个问题，图XX（下）\upcite{DBLP:conf/icml/XuBKCCSZB15}为了弥补这种建模的局限性，引入了注意力机制。利用注意力机制在生成不同单词时，使模型不再只关注图像的全局特征，而是关注“应该”关注的图像特征。 \parinterval 受到神经机器翻译的启发，编码器-解码器框架也应用到图像描述任务当中。其中，编码器将输入的图像转换为一种新的“表示”形式，这种表示包含了输入图像的所有信息。之后解码器把这种“表示”重新转换为输出的描述。图\ref{fig:17-15}（a）是编码器-解码器框架在图像描述生成的应用\upcite{DBLP:conf/cvpr/VinyalsTBE15}。首先，通过卷积神经网络提取图像特征到一个合适的长度向量表示。然后，利用长短时记忆网络（LSTM）解码生成文字描述，这个过程中与机器翻译解码过程类似。这种建模方式存在一定的短板：生成的描述单词不一定需要所有的图像信息，将全局的图像信息送入模型中，可能会引入噪音，使这种“表示”形式不准确。针对这个问题，图\ref{fig:17-15}（b）\upcite{DBLP:conf/icml/XuBKCCSZB15}为了弥补这种建模的局限性，引入了注意力机制。利用注意力机制在生成不同单词时，使模型不再只关注图像的全局特征，而是关注“应该”关注的图像特征。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-image-description-of-encoder-decoder-framework}
\caption{图像描述的编码器-解码器框架} \caption{图像描述的编码器-解码器框架}
\label{tab:17-2-6-c} \label{fig:17-15}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 图像描述生成基本上沿用了编码器-解码器框架。接下来，分别从编码器端的改进和解码器端的改进展开介绍。这些改进总体来说是在解决以下两个问题： \parinterval 图像描述生成基本上沿用了编码器-解码器框架。接下来，分别从编码器端的改进和解码器端的改进展开介绍。这些改进总体来说是在解决以下两个问题：
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\parinterval 要想使编码器-解码器框架在图像描述中充分发挥作用，编码器也要更好的表示图像信息。对于编码器的改进，大多也是从这个方向出发。通常，体现在向编码器中添加图像的语义信息\upcite{DBLP:conf/cvpr/YouJWFL16,DBLP:conf/cvpr/ChenZXNSLC17,DBLP:journals/pami/FuJCSZ17}和位置信息\upcite{DBLP:conf/cvpr/ChenZXNSLC17,DBLP:conf/ijcai/LiuSWWY17}。 \parinterval 要想使编码器-解码器框架在图像描述中充分发挥作用，编码器也要更好的表示图像信息。对于编码器的改进，大多也是从这个方向出发。通常，体现在向编码器中添加图像的语义信息\upcite{DBLP:conf/cvpr/YouJWFL16,DBLP:conf/cvpr/ChenZXNSLC17,DBLP:journals/pami/FuJCSZ17}和位置信息\upcite{DBLP:conf/cvpr/ChenZXNSLC17,DBLP:conf/ijcai/LiuSWWY17}。
\parinterval 图像的语义信息一般是指图像中存在的实体、属性、场景等等。如图XX所示，从图像中利用属性或实体检测器提取出“child”、“river”、“bank”等等的属性词和实体词作为图像的语义信息，提取全局的图像特征初始化循环神经网络，再利用注意力机制计算目标词与属性词或实体词之间的注意力权重，根据该权重计算上下文向量，从而将编码语义信息送入解码端\upcite{DBLP:conf/cvpr/YouJWFL16}，在解码‘bank’单词时，会更关注图像语义信息中的‘bank’。当然，除了图像中的实体和属性作为语义信息外，也可以将图片的场景信息也加入到编码器当中\upcite{DBLP:journals/pami/FuJCSZ17}。有关如何做属性、实体和场景的检测，涉及到目标检测任务的工作，例如Faster-RCNN\upcite{DBLP:journals/pami/RenHG017}、YOLO\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1804-02767,DBLP:journals/corr/abs-2004-10934}等等,这里不过多赘述。 \parinterval 图像的语义信息一般是指图像中存在的实体、属性、场景等等。如图\ref{fig:17-16}所示，从图像中利用属性或实体检测器提取出“child”、“river”、“bank”等等的属性词和实体词作为图像的语义信息，提取全局的图像特征初始化循环神经网络，再利用注意力机制计算目标词与属性词或实体词之间的注意力权重，根据该权重计算上下文向量，从而将编码语义信息送入解码端\upcite{DBLP:conf/cvpr/YouJWFL16}，在解码‘bank’单词时，会更关注图像语义信息中的‘bank’。当然，除了图像中的实体和属性作为语义信息外，也可以将图片的场景信息也加入到编码器当中\upcite{DBLP:journals/pami/FuJCSZ17}。有关如何做属性、实体和场景的检测，涉及到目标检测任务的工作，例如Faster-RCNN\upcite{DBLP:journals/pami/RenHG017}、YOLO\upcite{DBLP:journals/corr/abs-1804-02767,DBLP:journals/corr/abs-2004-10934}等等,这里不过多赘述。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
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\input{./Chapter17/Figures/figure-the-encoder-explicitly-incorporates-semantic-information}
\caption{编码器“显式”融入语义信息} \caption{编码器“显式”融入语义信息}
\label{tab:17-2-6-c} \label{fig:17-16}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 以上的方法大都是将图像中的实体、属性、场景等映射到文字上，并把这些信息显式地添加到编码器端。令一种方式，把图像中的语义特征隐式地作用到编码器端\upcite{DBLP:conf/cvpr/ChenZXNSLC17}。例如，可以图像数据可以分解为三个通道（红、绿、蓝），简单来说，就是将图像的每一个像素点按照红色、绿色、蓝色分成三个部分，这样就将图像分成了三个通道。在很多图像中，不同通道随伴随的特征是不一样的，可以将其作用于编码器端。另一种方法是基于位置信息的编码器增强。位置信息指的是图像中对象（物体）的位置。利用目标检测技术检测系统获得图中的对象和对应的特征，这样就确定了图中的对象位置。显然，这些信息也可以加入到编码端，以加强编码器的表示能力\upcite{DBLP:conf/eccv/YaoPLM18}。 \parinterval 以上的方法大都是将图像中的实体、属性、场景等映射到文字上，并把这些信息显式地添加到编码器端。令一种方式，把图像中的语义特征隐式地作用到编码器端\upcite{DBLP:conf/cvpr/ChenZXNSLC17}。例如，可以图像数据可以分解为三个通道（红、绿、蓝），简单来说，就是将图像的每一个像素点按照红色、绿色、蓝色分成三个部分，这样就将图像分成了三个通道。在很多图像中，不同通道随伴随的特征是不一样的，可以将其作用于编码器端。另一种方法是基于位置信息的编码器增强。位置信息指的是图像中对象（物体）的位置。利用目标检测技术检测系统获得图中的对象和对应的特征，这样就确定了图中的对象位置。显然，这些信息也可以加入到编码端，以加强编码器的表示能力\upcite{DBLP:conf/eccv/YaoPLM18}。
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\parinterval “篇章”在这里指一系列连续的段落或者句子所构成的整体，其中各个句子间从形式和内容上都具有一定的连贯性和一致性\upcite{jurafsky2000speech}。这些联系主要体现在{\small\sffamily\bfseries{衔接}}\index{衔接}（Cohesion \index{Cohesion}）以及{\small\sffamily\bfseries{连贯}}\index{连贯}（Coherence \index{Coherence}）两个方面。其中衔接体现在显性的语言成分和结构上，包括篇章中句子间语法和词汇上的联系，而连贯体现在各个句子之间逻辑和语义上的联系。因此，篇章级翻译的目的就是要考虑到这些上下文之间的联系，从而生成相比句子级翻译更连贯和准确的翻译结果（如表\ref{tab:17-3-1}）。但是由于不同语言的特性多种多样，上下文信息在篇章级翻译中的作用也不尽相同。比如在德语中名词是分词性的，因此在代词翻译的过程中需要根据其先行词的词性进行区分，而这种现象在其它不区分词性的语言中是不存在的。这导致篇章级翻译在不同的语种中可能对应多种不同的上下文现象。 \parinterval “篇章”在这里指一系列连续的段落或者句子所构成的整体，其中各个句子间从形式和内容上都具有一定的连贯性和一致性\upcite{jurafsky2000speech}。这些联系主要体现在{\small\sffamily\bfseries{衔接}}\index{衔接}（Cohesion \index{Cohesion}）以及{\small\sffamily\bfseries{连贯}}\index{连贯}（Coherence \index{Coherence}）两个方面。其中衔接体现在显性的语言成分和结构上，包括篇章中句子间语法和词汇上的联系，而连贯体现在各个句子之间逻辑和语义上的联系。因此，篇章级翻译的目的就是要考虑到这些上下文之间的联系，从而生成相比句子级翻译更连贯和准确的翻译结果（如表\ref{tab:17-3-1}）。但是由于不同语言的特性多种多样，上下文信息在篇章级翻译中的作用也不尽相同。比如在德语中名词是分词性的，因此在代词翻译的过程中需要根据其先行词的词性进行区分，而这种现象在其它不区分词性的语言中是不存在的。这导致篇章级翻译在不同的语种中可能对应多种不同的上下文现象。
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\begin{table}[htp] \begin{figure}[htp]
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\caption{篇章级翻译中时态一致性的问题} \caption{篇章级翻译中时态一致性的问题}
\label{tab:17-3-1} \label{tab:17-3-1}
\end{table} \end{figure}
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\parinterval 正是由于这种上下文现象的多样性，使得篇章级翻译模型的性能评价相对困难。目前篇章级机器翻译主要针对一些常见上下文的现象，比如代词翻译、省略、连接和词汇衔接等，而{\chapterfour}介绍的BLEU等通用自动评价指标通常对这些上下文现象不敏感，篇章级翻译需要采用一些专用方法来对这些具体的现象进行评价。之前已经有一些研究工作针对具体的上下文现象提出了相应的评价标准并且在篇章级翻译中得到应用\upcite{DBLP:conf/naacl/BawdenSBH18,DBLP:conf/acl/VoitaST19}，但是目前并没有达成共识，这也在一定程度上阻碍了篇章级机器翻译的进一步发展。我们将在ref{sec:17-3-2}节中对这些评价标准进行介绍。 \parinterval 正是由于这种上下文现象的多样性，使得篇章级翻译模型的性能评价相对困难。目前篇章级机器翻译主要针对一些常见上下文的现象，比如代词翻译、省略、连接和词汇衔接等，而{\chapterfour}介绍的BLEU等通用自动评价指标通常对这些上下文现象不敏感，篇章级翻译需要采用一些专用方法来对这些具体的现象进行评价。之前已经有一些研究工作针对具体的上下文现象提出了相应的评价标准并且在篇章级翻译中得到应用\upcite{DBLP:conf/naacl/BawdenSBH18,DBLP:conf/acl/VoitaST19}，但是目前并没有达成共识，这也在一定程度上阻碍了篇章级机器翻译的进一步发展。我们将在ref{sec:17-3-2}节中对这些评价标准进行介绍。
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Chapter19/chapter19.tex
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\parinterval 自从计算机诞生开始，机器翻译即利用计算机软件技术实现不同语言自动翻译，就是人们首先想到的计算机主要应用之一。很多人说现在处于人工智能时代，是得语言者的天下，因此机器翻译也是认知智能的终极梦想之一，本节将分享我们对机器翻译技术和应用的一些思考，有些想法不一定正确，也许需要十年之后才能验证。 \parinterval 自从计算机诞生开始，机器翻译即利用计算机软件技术实现不同语言自动翻译，就是人们首先想到的计算机主要应用之一。很多人说现在处于人工智能时代，是得语言者的天下，因此机器翻译也是认知智能的终极梦想之一，本节将分享我们对机器翻译技术和应用的一些思考，有些想法不一定正确，也许需要十年之后才能验证。
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\parinterval 简单来说，机器翻译技术应用至少可以满足三个用户需求。一是实现外文资料辅助阅读和帮助不同母语的人们进行无障碍交流；二是计算机辅助翻译，帮助人工翻译降本增效；三是大数据分析和处理应用领域实现对多语言文字资料（也可以图像和语音资料）进行加工处理，海量数据翻译对于人工翻译来说是无法完成的，机器翻译是大数据翻译的唯一有效解决方案。从上述三个需求可以看出，机器翻译和人工翻译本质上不存在严格冲突，属于两个平行轨道，两者可以和谐共存、相互帮助。对于机器翻译来说，至少有两个应用场景是其无法胜任的。第一个是要求高质量翻译结果，比如诗歌小说翻译出版；第二个是比如国家领导人讲话，轻易不允许出现低级翻译错误，否则有可能导致严重后果甚至国际纠纷。严格上来说，对译文准确性要求很高的应用 场景不可能简单采用机器翻译，必须由高水平的人工翻译参与来完成。 \parinterval 简单来说，机器翻译技术应用至少可以满足三个用户需求。一是实现外文资料辅助阅读和帮助不同母语的人们进行无障碍交流；二是计算机辅助翻译，帮助人工翻译降本增效；三是大数据分析和处理应用领域实现对多语言文字资料（也可以图像和语音资料）进行加工处理，海量数据翻译对于人工翻译来说是无法完成的，机器翻译是大数据翻译的唯一有效解决方案。从上述三个需求可以看出，机器翻译和人工翻译本质上不存在严格冲突，属于两个平行轨道，两者可以和谐共存、相互帮助。对于机器翻译来说，至少有两个应用场景是其无法胜任的。第一个是要求高质量翻译结果，比如诗歌小说翻译出版；第二个是比如国家领导人讲话，轻易不允许出现低级翻译错误，否则有可能导致严重后果甚至国际纠纷。严格上来说，对译文准确性要求很高的应用 场景不可能简单采用机器翻译，必须由高水平的人工翻译参与来完成。
\vspace{0.5em}
\parinterval 机器翻译技术发展至今经历了三个主要阶段，基于规则的方法、统计机器翻译和神经机器翻译。基于规则的方法大家都比较熟悉，专家人工书写一些转换翻译规则，将源语言句子转换翻译成为目标语言译文句子，最大的瓶颈问题是人工书写翻译规则代价非常高，规则较多很难写全，并且规则写多了容易产生冲突，造成跷跷板现象。为了解决人工书写翻译规则代价过高的问题，后两个发展阶段主要采用机器学习的方法，事先准备好较大规模的双语句子作为训练语料，采用机器学习方法来构建机器翻译系统。这种方法原则上不需要人工干预或者太多干预，并且机器翻译系统构建的代价低、速度快，其主要瓶颈问题就是需要事先收集好大规模双语句对集合，这对于很多语言对来说难度比较大，特别是小语种语言对。 % \parinterval 机器翻译技术发展至今经历了三个主要阶段，基于规则的方法、统计机器翻译和神经机器翻译。基于规则的方法大家都比较熟悉，专家人工书写一些转换翻译规则，将源语言句子转换翻译成为目标语言译文句子，最大的瓶颈问题是人工书写翻译规则代价非常高，规则较多很难写全，并且规则写多了容易产生冲突，造成跷跷板现象。为了解决人工书写翻译规则代价过高的问题，后两个发展阶段主要采用机器学习的方法，事先准备好较大规模的双语句子作为训练语料，采用机器学习方法来构建机器翻译系统。这种方法原则上不需要人工干预或者太多干预，并且机器翻译系统构建的代价低、速度快，其主要瓶颈问题就是需要事先收集好大规模双语句对集合，这对于很多语言对来说难度比较大，特别是小语种语言对。
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\parinterval 如何构建一套好的机器翻译系统呢？假设我们需要给用户提供一套翻译品质不错的机器翻译系统，至少需要考虑三个方面：足够大规模的双语句对集合用于训练学习、强大的机器翻译技术和错误驱动的打磨过程。前两者大家比较好理解，第三点也非常关键，通过总结翻译错误分析原因，比如属于数据问题还是技术问题，找到一个解决方案，不断迭代优化翻译使其品质越来越好。从技术应用和产业化角度来看，简单靠提出一个新的机器翻译技术，对于构建一套好的机器翻译系统来说，只能说必要条件，不是充要条件，上述三者缺一不可。 \parinterval 如何构建一套好的机器翻译系统呢？假设我们需要给用户提供一套翻译品质不错的机器翻译系统，至少需要考虑三个方面：足够大规模的双语句对集合用于训练、强大的机器翻译技术和错误驱动的打磨过程。从技术应用和产业化角度来看，简单靠提出一个新的机器翻译技术，对于构建一套好的机器翻译系统来说，只能说必要条件，不是充要条件，上述三者缺一不可。
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\parinterval 据了解全世界至少有五六千种不同语言，能够电子化的语种至少也有两三千种，我们真正熟悉的主流语种不会太多，很多语种人才在国内也是稀缺资源。为了缓解这个问题，机器翻译成为了一个有效解决方案（毕竟培养小语种翻译人才代价奇高）。目前主流的机器翻译技术是神经机器翻译，基于深度学习技术，翻译品质依赖于双语句子训练数据规模。我们都知道，只有主流语种比如英语和中文有能力收集较大规模的双语句对集合，目前大多商用英汉机器翻译系统由几个亿的中英双语句对训练而成，但这对于99\%以上的语言对来说是遥不可及的。甚至大部分语言对的电子化双语句对集合规模非常小，过百万算多的，很多只有几万个句对，甚至没有，最多有一个小规模双语词典而已。 %\parinterval 据了解全世界至少有五六千种不同语言，能够电子化的语种至少也有两三千种，我们真正熟悉的主流语种不会太多，很多语种人才在国内也是稀缺资源。为了缓解这个问题，机器翻译成为了一个有效解决方案（毕竟培养小语种翻译人才代价奇高）。目前主流的机器翻译技术是神经机器翻译，基于深度学习技术，翻译品质依赖于双语句子训练数据规模。我们都知道，只有主流语种比如英语和中文有能力收集较大规模的双语句对集合，目前大多商用英汉机器翻译系统由几个亿的中英双语句对训练而成，但这对于99\%以上的语言对来说是遥不可及的。甚至大部分语言对的电子化双语句对集合规模非常小，过百万算多的，很多只有几万个句对，甚至没有，最多有一个小规模双语词典而已。
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\parinterval 因此资源稀缺语种机器翻译技术研究也成为学术界的研究热点，相信这个课题的突破能大大推动机器翻译技术落地应用。机器翻译本身是一个刚需，在很多大数据翻译应用场景，机器翻译是唯一有效的解决方案，非人工翻译所为。在2017年以前机器翻译市场规模一直很小，主要原因就是机器翻译品质不够好，就算采用最先进的神经机器翻译技术，缺乏足够大规模的双语句对集合作为训练数据，我们也是巧妇难为无米之炊。从技术研究和应用可行性角度来说，解决资源稀缺语种机器翻译问题非常有价值。我们通常可以从两个维度来思考，一是如何想办法获取更多双语句对，甚至包括质量低一点的伪双语数据；二是如何从更少样本来实现高效学习，或者充分利用丰富的单语数据资源或者可比较数据资源来提升模型学习效果。 \parinterval 大部分语言对的电子化双语句对集合规模非常小，有的甚至只有一个小规模双语词典。因此资源稀缺语种机器翻译技术研究也成为学术界的研究热点，相信这个课题的突破能大大推动机器翻译技术落地应用。在2017年以前机器翻译市场规模一直很小，主要原因就是机器翻译品质不够好，就算采用最先进的神经机器翻译技术，缺乏足够大规模的双语句对集合作为训练数据，我们也是巧妇难为无米之炊。从技术研究和应用可行性角度来说，解决资源稀缺语种机器翻译问题非常有价值。我们通常可以从两个维度来思考，一是如何想办法获取更多双语句对，甚至包括质量低一点的伪双语数据；二是如何利用更少样本实现高效学习，或者如何充分利用单语数据资源或者可比较数据资源来提升模型学习效果。
\vspace{0.5em}
\parinterval 业内不少研究人员提出采用知识图谱来改善机器翻译，并希望用于解决稀缺资源语种机器翻译问题；还有一些研究工作引入语言分析技术来改善机器翻译，多种不同机器翻译技术融合也是一个思路，比如将基于规则的方法、统计机器翻译技术与神经机器翻译技术互补性融合；另外还可以引入预训练技术来改善机器翻译品质，特别是针对稀缺资源语种机器翻译等等。不仅仅限于上述这些，总体来说，这些思路都具有良好的研究价值，但是从应用角度构建可实用机器翻译系统，我们还需要更多考虑技术落地可行性才行。比如大规模知识图谱构建的代价和语言分析技术的精度如何；实验结果显示大规模双语句对训练条件下，预训练技术对机器翻译的帮助能力有限；双语句对训练数据规模较小的时候，神经机器翻译品质可能不如统计机器翻译，说明两者具有一定互补性。做研究可以搞单点突破，但从可实用机器翻译系统构建来说，需要多技术互补融合，以解决实际问题和改善翻译品质。 %\parinterval 业内不少研究人员提出采用知识图谱来改善机器翻译，并希望用于解决稀缺资源语种机器翻译问题；还有一些研究工作引入语言分析技术来改善机器翻译，多种不同机器翻译技术融合也是一个思路，比如将基于规则的方法、统计机器翻译技术与神经机器翻译技术互补性融合；另外还可以引入预训练技术来改善机器翻译品质，特别是针对稀缺资源语种机器翻译等等。不仅仅限于上述这些，总体来说，这些思路都具有良好的研究价值，但是从应用角度构建可实用机器翻译系统，我们还需要更多考虑技术落地可行性才行。比如大规模知识图谱构建的代价和语言分析技术的精度如何；实验结果显示大规模双语句对训练条件下，预训练技术对机器翻译的帮助能力有限；双语句对训练数据规模较小的时候，神经机器翻译品质可能不如统计机器翻译，说明两者具有一定互补性。做研究可以搞单点突破，但从可实用机器翻译系统构建来说，需要多技术互补融合，以解决实际问题和改善翻译品质。
\vspace{0.5em} %\vspace{0.5em}
\parinterval 通常我们把基于规则的方法、统计机器翻译和神经机器翻译称之为第一、第二和第三代机器翻译技术，很自然会问第四代机器翻译会如何发展？有人说是基于知识的机器翻译技术，也有人说是无监督机器翻译技术或者新的机器翻译范式等等。这个第四代的问题现在肯定没有答案，在讨论这个问题之前，我们能否先回答一个问题呢？所谓新一代机器翻译技术是否应该比目前机器翻译技术的翻译品质更好呢？如果同意的话，第二代机器翻译技术碾压了第一代，第三代也毫无争议地碾压了第二代，现在的问题是实验结果显示，比如拿商用的英汉汉英机器翻译系统举例子，经过几个亿双语句对的训练学习后，翻译品质人工评价可以达到80-90\%之间，也许再过三五年会更好，新闻翻译准确率也许有能力超过90\%，那我们需要回答的一个简单问题是所谓的第四代机器翻译技术准备在新闻领域翻译达到怎样的准确率呢？92\%或者93\%的数字估计无法支撑起新一代机器翻译技术的碾压性，我们可能会得出一个猜测：是否将来不存在第四代机器翻译技术？ \parinterval 通常我们把基于规则的方法、统计机器翻译和神经机器翻译称之为第一、第二和第三代机器翻译技术，很自然会问第四代机器翻译会如何发展？有人说是基于知识的机器翻译技术，也有人说是无监督机器翻译技术或者新的机器翻译范式等。在讨论第四代的问题前，我们能否先回答一个问题？所谓新一代机器翻译技术是否应该比目前机器翻译技术的翻译品质更好？现在的问题是实验结果显示，比如拿商用的英汉汉英新闻机器翻译系统举例，经过几个亿双语句对的训练学习后，翻译品质人工评价可以达到80-90\%之间，那我们需要回答的一个简单问题是所谓的第四代机器翻译技术准备在新闻领域翻译达到怎样的准确率呢？92\%或者93\%的数字估计无法支撑起新一代机器翻译技术的碾压性。
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\parinterval 大家可能会说我论述的角度不对，我也认可这一点，从历史发展观上来看，新一代的技术必然是存在，换句话说，第四代机器翻译技术一定会出现，只是不知道在啥时候而已。我们可以换个角度来讨论这个问题，神经机器翻译的红利还没有被挖尽，还存在很好的发展空间，在可预期的将来，神经机器翻译技术估计还是属于主流技术，但会产生大量变种。在训练双语数据充分的前提下，要想碾杀神经机器翻译技术，我的确有点质疑这一点。但有一个发展方向是有道理的，前文提到99\%以上语言对属于稀缺资源，目前神经机器翻译技术对于稀缺资源语言对来说表现不好，甚至很差几乎不可用。从这一点来说，无监督机器翻译和更少样本的训练学习机制值得关注，由此产生的新机器翻译技术成为了可能。我们愿意把新一代机器翻译技术称之为面向具体应用场景的第四代机器翻译技术，本质上是针对不同应用条件、不同应用场景提出新一代能力更强的机器翻译技术，不是简单一个技术，而是一个技术集合，这是完全可能的。 \parinterval 从历史发展观上来看，新一代的技术必然是存在，换句话说，第四代机器翻译技术一定会出现，只是不知道在什么时候而已。我们可以换个角度来讨论这个问题，神经机器翻译的红利还没有被挖尽，还存在很好的发展空间，在可预期的将来，神经机器翻译技术估计还是属于主流技术，但会产生大量变种。我们愿意把新一代机器翻译技术称之为面向具体应用场景的第四代机器翻译技术，本质上是针对不同应用条件、不同应用场景提出新一代能力更强的机器翻译技术，不是简单一个技术，而是一个技术集合，这是完全可能的。
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\parinterval 这几年神经机器翻译技术大大提升了翻译品质，推动了机器翻译产业化的快速发展。跟其它深度学习技术应用一样，缺乏可解释性成为了神经机器翻译一个被攻击点。有些研究人员持有不同观点，认为神经机器翻译具有良好可解释性，每一步计算过程非常清楚。这就涉及到如何定义可解释性，具有可解释性的深度学习技术也是一个研究热点。我们先举个简单例子来说明一下，法庭上法官判决犯罪嫌疑人罪名成立，我们不可能简单说有罪或者无罪，同时会说明根据哪条法律法规作为依据，从判决过程来看，这些依据就是判决结果的解释。如果采用深度学习技术，只是一个有罪或无罪的结果，不能解释，不提供任何依据细节，估计犯罪嫌疑人肯定不服。 \parinterval 近几年神经机器翻译技术大大提升了翻译品质，推动了机器翻译产业化的快速发展。与其它深度学习技术应用一样，缺乏可解释性成为了神经机器翻译一个被攻击点。我们先举个简单例子来说明一下，法庭上法官判决犯罪嫌疑人罪名成立，我们不可能简单说有罪或者无罪，同时会说明根据哪条法律法规作为依据，从判决过程来看，这些依据就是判决结果的解释。如果采用深度学习技术，只是一个有罪或无罪的结果，不提供任何依据细节，不能解释，估计犯罪嫌疑人肯定不服。回头来说，我们希望研究神经机器翻译技术的可解释性，目的是为了“纠错”，也可以有利于人工干预机制等。只有通过可解释性研究，搞清楚翻译错误的原因，最终找到解决方案来实现纠错，才是我们研究神经机器翻译技术可解释性的目的所在。
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\parinterval 从上述例子我们可以得出一个分析，我们所需要的可解释性的内涵到底是结论推理的计算过程还是结论推理的以理服人呢？对可解释性的两种理解可能是不一样的，前者面向结论推理过程（how），后者面向结论可理解性（why）。回头来说，对神经机器翻译可解释性研究的目标，到底是前者还是后者呢？目前学术界有一些相关研究，比如对神经机器翻译模型中注意力机制的可视化分析软对齐结果等。但有一点是肯定的，我们希望研究神经机器翻译技术的可解释性，目的是为了“纠错”，也可以有利于人工干预机制等。只有通过可解释性研究，搞清楚翻译错误的原因，最终找到解决方案来实现纠错，才是我们研究神经机器翻译技术可解释性的目的所在。 %\parinterval 从上述例子我们可以得出一个分析，我们所需要的可解释性的内涵到底是结论推理的计算过程还是结论推理的以理服人呢？对可解释性的两种理解可能是不一样的，前者面向结论推理过程（how），后者面向结论可理解性（why）。回头来说，对神经机器翻译可解释性研究的目标，到底是前者还是后者呢？目前学术界有一些相关研究，比如对神经机器翻译模型中注意力机制的可视化分析软对齐结果等。但有一点是肯定的，我们希望研究神经机器翻译技术的可解释性，目的是为了“纠错”，也可以有利于人工干预机制等。只有通过可解释性研究，搞清楚翻译错误的原因，最终找到解决方案来实现纠错，才是我们研究神经机器翻译技术可解释性的目的所在。
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\parinterval 除了翻译品质维度以外，机器翻译技术应用可以从三个维度来讨论，包括语种维度、领域维度和应用模式维度。机器翻译技术应该为全球用户服务，提供支持所有国家至少一种官方语言的翻译能力，实现任意两种语言的自动互译，当然语种数量越多越好。面临的最大问题就是双语数据稀缺，上述已经讨论了这个问题。关于领域维度，通用领域翻译系统对于垂直领域应用来说是不够充分的，最典型的问题在于垂直领域术语翻译的问题，计算机不能无中生有，虽然存在瞎猫碰死耗子，但没有办法充分解决垂直领域术语OOV翻译问题。比较直接可行的解决方案至少有两个，一是引入垂直领域术语双语词典用于改善机器翻译效果；二是收集加工一定规模的垂直领域双语句对来优化训练翻译模型。这两种工程方法虽然简单，但效果不错，相对来说，两者结合才能更加有效，但问题是垂直领域双语句对的收集很多时候代价太高，不太可行，本质上就转换成为垂直领域资源稀缺问题和领域自适应学习问题，另外也可以引入小样本学习、迁移学习和联合学习等机器学习技术来改善这个问题。 %\parinterval 除了翻译品质维度以外，机器翻译技术应用可以从三个维度来讨论，包括语种维度、领域维度和应用模式维度。机器翻译技术应该为全球用户服务，提供支持所有国家至少一种官方语言的翻译能力，实现任意两种语言的自动互译。面临的最大问题就是双语数据稀缺，上述已经讨论了这个问题。关于领域维度，通用领域翻译系统对于垂直领域应用来说是不够充分的，最典型的问题在于垂直领域术语翻译的问题，计算机不能无中生有。比较直接可行的解决方案至少有两个，一是引入垂直领域术语双语词典用于改善机器翻译效果；二是收集加工一定规模的垂直领域双语句对来优化训练翻译模型。这两种工程方法虽然简单，但效果不错，相对来说，两者结合才能更加有效，但问题是垂直领域双语句对的收集很多时候代价太高，不太可行，本质上就转换成为垂直领域资源稀缺问题和领域自适应学习问题，另外也可以引入小样本学习、迁移学习和联合学习等机器学习技术来改善这个问题。
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\parinterval 应用模式维度能够体现丰富多彩的机器翻译应用和服务，还可以细分到具体应用场景，这个我们就不一一列举，后面可能会讨论到一些具体应用。这里主要讨论一下应用模式的软硬件环境。通常机器翻译典型应用属于在线翻译公有云服务，用户接入非常简单，只需要联网使用浏览器就可以自由免费使用。在某些具体行业应用中，用户对数据翻译安全性和保密性要求非常高，其中可能还会涉及到个性化订制要求，这一点在线翻译公有云服务就无法满足用户需求，本地部署机器翻译私有云和离线机器翻译技术和服务成为了新的应用模式。本地部署私有云的问题在于用户需要自己购买GPU服务器和建机房，硬件投入和代价也不低，也许将来会出现一种新的应用模式：在线私有云或专有云，有点像服务托管模式。最后一种云服务就是混合云，简单来说就是公有云、私有云和专有云混合体而已。 \parinterval 接下来主要讨论一下机器翻译应用模式的软硬件环境。通常机器翻译典型应用属于在线翻译公有云服务，用户接入非常简单，只需要联网使用浏览器就可以自由免费使用。在某些具体行业应用中，用户对数据翻译安全性和保密性要求非常高，其中可能还会涉及到个性化订制要求，这一点在线翻译公有云服务就无法满足用户需求，本地部署机器翻译私有云和离线机器翻译技术和服务成为了新的应用模式。本地部署私有云的问题在于用户需要自己购买GPU服务器和建机房，硬件投入和代价不低，也许将来会出现一种新的应用模式：在线私有云或专有云，有点像服务托管模式。除此之外还有混合云服务，简单来说就是公有云、私有云和专有云的混合体。
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\parinterval 离线机器翻译技术可以为更小型的智能翻译终端设备提供服务，比如大家熟悉的翻译机、翻译笔、翻译耳机等智能翻译设备，在不联网的情况下能够实现高品质机器翻译功能，相当于将机器翻译系统安装在智能翻译终端设备上，这个应用模式具有很大的潜力。但需要解决的问题很多，首先是模型大小、翻译速度和翻译品质三大问题，之后需要考虑不同操作系统（Linux、Android Q和iOS）和不同架构的CPU芯片，比如x86、MIPS、ARM等架构的智能适配兼容问题，特别是国产化机器翻译解决方案需求也在不断上升，机器翻译本质上需要有能力兼容国产化操作系统和芯片。将来离线翻译系统还可以安装到办公设备上，比如传真机、打印机和复印机等，实现支持多语言的智能办公。目前人工智能芯片发展速度非常快，其实机器翻译和语音处理雷同，目前市面上语音技术芯片已经被广泛使用，机器翻译芯片的研发缺的估计不是技术，其最大的问题应该是缺少应用场景和上下游的应用支撑，一旦这个时机成熟，机器翻译芯片研发和应用也有可能会爆发。 \parinterval 离线机器翻译技术可以为更小型的智能翻译终端设备提供服务，比如大家熟悉的翻译机、翻译笔、翻译耳机等智能翻译设备，在不联网的情况下能够实现高品质机器翻译功能，这个应用模式具有很大的潜力。但需要解决的问题很多，首先是模型大小、翻译速度和翻译品质三大问题，之后还需要考虑不同操作系统（Linux、Android Q和iOS）和不同架构（比如x86、MIPS、ARM等）的CPU芯片的智能适配兼容问题。将来离线翻译系统还可以安装到办公设备上，比如传真机、打印机和复印机等，实现支持多语言的智能办公。目前人工智能芯片发展速度非常快，机器翻译芯片的研发面临的最大问题应该是缺少应用场景和上下游的应用支撑，一旦这个时机成熟，机器翻译芯片研发和应用也有可能会爆发。
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\parinterval 机器翻译可以与文档解析、语音识别、OCR和视频字幕提取等技术相结合，我们称之为多模态机器翻译，大大丰富了机器翻译的应用模式。文档解析技术可以帮助实现Word文档翻译、PDF文档翻译、WPS文档翻译、邮件翻译等更多格式文档自动翻译能力，也可以作为插件嵌入到各种办公平台中，成为智能办公好助手。语音识别与机器翻译是绝配，语音语言是人与人交流的最自然方式，语音翻译用途就非常丰富了，比如翻译机和语音翻译APP，还有目前大家比较期待的会议AI同传应用，参加国际会议可以通过该技术听懂讲不同母语研究人员的报告，该技术也可以成为会议室的标配，帮助不同母语的参会人员进行自由交流。但目前最大的问题主要体现在两个方面，一是很多实际应用场景中语音识别结果欠佳，造成错误蔓延，导致机器翻译结果不够理想；二是就算小语种的语音识别效果很好，但资源稀缺型小语种翻译性能不够好。OCR技术可以帮助实现扫描笔和翻译笔的应用、出国旅游的拍照翻译功能，将来还可以与穿戴式设备相结合，比如智能眼镜等等。视频字幕翻译能够帮助我们欣赏没有中文字幕的国外电影和电视节目，比如我们到达任何一个国家，打开电视都能够看到中文字幕，也是非常酷的应用。 %\parinterval 机器翻译可以与文档解析、语音识别、OCR和视频字幕提取等技术相结合，我们称之为多模态机器翻译，大大丰富了机器翻译的应用模式。文档解析技术可以帮助实现Word文档翻译、PDF文档翻译、WPS文档翻译、邮件翻译等更多格式文档自动翻译的目标，也可以作为插件嵌入到各种办公平台中，成为智能办公好助手。语音识别与机器翻译是绝配，语音翻译用途广泛，比如翻译机、语音翻译APP和会议AI同传应用。但目前最大的问题主要体现在两个方面，一是很多实际应用场景中语音识别结果欠佳，造成错误蔓延，导致机器翻译结果不够理想；二是就算小语种的语音识别效果很好，但资源稀缺型小语种翻译性能不够好。OCR技术可以帮助实现扫描笔和翻译笔的应用、出国旅游的拍照翻译功能，将来还可以与穿戴式设备相结合，比如智能眼镜等等。视频字幕翻译能够帮助我们欣赏没有中文字幕的国外电影和电视节目，比如我们到达任何一个国家，打开电视都能够看到中文字幕，也是非常酷的应用。
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\parinterval 但目前多模块机器翻译技术框架大多采用串行流水线，只是简单将两个或者多个不同的技术连接在一起，比如语音翻译过程分两步：语音识别和机器翻译，也可以增加一个语音合成发音功能。其它多模态机器翻译技术也大同小异，这个简单的串行流水线技术框架最大的问题就是错误蔓延，一旦某个技术环节准确率不够好，最后的结果就不会太好，比如90\%$\times$90\%=81\%。并且后续的技术环节不一定有能力纠正前面技术环节引入的错误，最终导致用户体验不够好。很多人说会议英中AI同传用户体验不够好，很自然以为是机器翻译出了问题，其实目前问题主要出在语音识别环节。学术界开始研究端到端的多模态机器翻译技术，不是采用串行流水线技术架构，而是采用一步到位的方式，这理论上能够缓解错误蔓延的问题，但目前实际效果还不够理想，期待学术界取得新的突破。 \parinterval 机器翻译可以与文档解析、语音识别、OCR和视频字幕提取等技术相结合，我们称之为多模态机器翻译。但目前多模块机器翻译技术框架大多采用串行流水线，只是简单将两个或者多个不同的技术连接在一起，比如语音翻译过程分两步：语音识别和机器翻译，也可以增加一个语音合成发音功能。其它多模态机器翻译技术也大同小异，这个简单的串行流水线技术框架最大的问题就是错误蔓延，一旦某个技术环节准确率不够好，最后的结果就不会太好，比如90\%$\times$90\%=81\%。并且后续的技术环节不一定有能力纠正前面技术环节引入的错误，最终导致用户体验不够好。很多人说会议英中AI同传用户体验不够好，很自然以为是机器翻译出了问题，其实目前问题主要出在语音识别环节。学术界开始研究端到端的多模态机器翻译技术，不是采用串行流水线技术架构，而是采用一步到位的方式，这理论上能够缓解错误蔓延的问题，但目前实际效果还不够理想，期待学术界取得新的突破。
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\parinterval 即使双语句对训练集合规模非常大、机器翻译技术在不断优化，但我们都知道机器翻译结果不可能完美，出现一些译文错误是难免的。如果我们想利用机器翻译技术来帮助人工翻译过程，比较常见的方式是译后编辑，即对自动译文进行人工修正错误。这就很自然产生两个实际问题，一是自动译文是否具有编辑价值？一个简单的计算方法就是编辑距离，即人工需要通过多少次增删改动作可以完成译后编辑过程。其次数越少，说明机器翻译对人工翻译的帮助越大。编辑距离本质上是一种译文质量评价的方法，可以考虑推荐具有较高译后编辑价值的自动译文给人工译员。第二个问题就是当机器翻译出现错误且人工译后编辑修正后，能否通过一种有效的错误反馈机制帮助机器翻译系统提高性能。学术界也有很多人研究这个问题，目前还没有取得大家满意的结果。除此之外还有另外一些问题：比如人机交互的用户体验问题，该需求很自然带起了交互式机器翻译技术研究，希望最大程度发挥人机协同合作效果，这个也是值得研究的课题。 \parinterval 即使双语句对训练集合规模非常大、机器翻译技术在不断优化，但我们都知道机器翻译结果不可能完美，出现一些译文错误是难免的。如果我们想利用机器翻译技术来帮助人工翻译过程，比较常见的方式是译后编辑，即对自动译文进行人工修正错误。这就很自然产生两个实际问题，一是自动译文是否具有编辑价值？一个简单的计算方法就是编辑距离，即人工需要通过多少次增删改动作可以完成译后编辑过程。其次数越少，说明机器翻译对人工翻译的帮助越大。编辑距离本质上是一种译文质量评价的方法，可以考虑推荐具有较高译后编辑价值的自动译文给人工译员。第二个问题就是当机器翻译出现错误且人工译后编辑修正后，能否通过一种有效的错误反馈机制帮助机器翻译系统提高性能。学术界也有很多人研究这个问题，目前还没有取得大家满意的结果。除此之外还有另外一些问题：比如人机交互的用户体验问题，该需求很自然带起了交互式机器翻译技术研究，希望最大程度发挥人机协同合作效果，这个也是值得研究的课题。
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\parinterval 传统机器翻译译文评价方法分成自动方法和人工评价方法，自动方法用得最多的是BLEU值，被广泛应用于机器翻译系统研发调优过程中和机器翻译评测中。人工评价就不用过多解释了，从理论上来说，两者具有正相关，但实验结果显示不是绝对正相关。换句话说，理论上BLEU值越大，机器翻译系统性能越好，但如果两套机器翻译系统的BLEU值差异性不太大的话（比如$<$0.5），从人工评价角度来看，可能没有差异性，甚至分数高的翻译品质不如分数低的情况也可能发生。后来不少研究人员对机器翻译自动评价方法开展了大量的研究，甚至对评价方法的评价也成为了一个研究方向。如何对机器翻译译文进行更加有效的自动评价，这个研究非常有价值，因为基于机器学习的训练方法调优完全基于评价方法，可以这么说，评价方法就是指挥棒，直接影响该领域的发展，所以将来我们还应该更加重视机器翻译评价方法的研究工作。 %\parinterval 传统机器翻译译文评价方法分成自动方法和人工评价方法，自动方法用得最多的是BLEU值，被广泛应用于机器翻译系统研发调优过程中和机器翻译评测中。人工评价就不用过多解释了，从理论上来说，两者具有正相关，但实验结果显示不是绝对正相关。换句话说，理论上BLEU值越大，机器翻译系统性能越好，但如果两套机器翻译系统的BLEU值差异性不太大的话（比如$<$0.5），从人工评价角度来看，可能没有差异性，甚至分数高的翻译品质不如分数低的情况也可能发生。后来不少研究人员对机器翻译自动评价方法开展了大量的研究，甚至对评价方法的评价也成为了一个研究方向。如何对机器翻译译文进行更加有效的自动评价，这个研究非常有价值，因为基于机器学习的训练方法调优完全基于评价方法，可以这么说，评价方法就是指挥棒，直接影响该领域的发展，所以将来我们还应该更加重视机器翻译评价方法的研究工作。
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\parinterval 机器翻译评价方法除了自动和人工分类以外，还有另外的分类方法：基于参考答案和没有参考答案两类。基于参考答案的自动评价方法比较简单，拿BLEU方法举例子，人工事先构建一个包含几百个甚至上千个句子的测试集合，通常每个源语言句子提供多个（四个）不同的正确译文，然后计算每个源语言句子的自动译文与人工给定的多个参考译文之间的相似度，相似度越大，说明自动译文越接近正确翻译结果。如果人工事先提供多个正确译文有难度的话，偶尔我们也会快速构建只包含一个参考译文的测试集。多个不同参考译文有助于自动评价结果的可靠性，因为一个源语言句子理论上拥有多个不同正确译文。 %\parinterval 机器翻译评价方法除了自动和人工分类以外，还有另外的分类方法：基于参考答案和没有参考答案两类。基于参考答案的自动评价方法比较简单，拿BLEU方法举例子，人工事先构建一个包含几百个甚至上千个句子的测试集合，通常每个源语言句子提供多个（四个）不同的正确译文，然后计算每个源语言句子的自动译文与人工给定的多个参考译文之间的相似度，相似度越大，说明自动译文越接近正确翻译结果。如果人工事先提供多个正确译文有难度的话，偶尔我们也会快速构建只包含一个参考译文的测试集。多个不同参考译文有助于自动评价结果的可靠性，因为一个源语言句子理论上拥有多个不同正确译文。
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\parinterval 做研究实验的时候我们可以事先准备好测试集合，问题是在很多实际应用场景中，比如译后编辑过程中，我们希望机器翻译系统能够对每个输入句子的自动译文提供一个质量评价分数，分数越高表示译文正确性越好，具有更高的译后编辑价值，系统自动推荐高质量的译文给人工翻译后编辑。这种情况下我们不可能实现构建好包含多个参考译文的测试集合，即没有参考译文的自动译文质量评价技术。这个技术非常有趣，用途非常广泛，除了上述推荐高质量译文以外，将来也可以用于数据质量检测，甚至可以用于改善优化机器翻译系统本身。学术界也开展了不少相关研究工作，但离实际应用还远远不够，如何利用解码知识和外部语言学知识优化没有参考答案的译文质量评价，是值得深入研究的一个方向。 %\parinterval 做研究实验的时候我们可以事先准备好测试集合，问题是在很多实际应用场景中，比如译后编辑过程中，我们希望机器翻译系统能够对每个输入句子的自动译文提供一个质量评价分数，分数越高表示译文正确性越好，具有更高的译后编辑价值，系统自动推荐高质量的译文给人工翻译后编辑。这种情况下我们不可能实现构建好包含多个参考译文的测试集合，即没有参考译文的自动译文质量评价技术。这个技术非常有趣，用途非常广泛，除了上述推荐高质量译文以外，将来也可以用于数据质量检测，甚至可以用于改善优化机器翻译系统本身。学术界也开展了不少相关研究工作，但离实际应用还远远不够，如何利用解码知识和外部语言学知识优化没有参考答案的译文质量评价，是值得深入研究的一个方向。
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\parinterval 回头讨论一下上述提到的第二个问题，机器翻译一直存在一个诟病就是用户不知道如何有效干预纠错，帮助机器翻译系统越来越好，并且我们也不希望它屡教不改。基于规则的方法和统计机器翻译方法相对容易实现人工干预纠错，实现手段比较丰富，而神经机器翻译方法存在不可解释性，难以有效实现人工干预纠错。目前有的研究人员深入研究引入外部知识库（用户双语术语库）来实现对OOV翻译的干预纠错；有的提出使用增量式训练方法不断迭代优化模型，也取得了一些进展；有的融合不同技术来实现更好的机器翻译效果，比如引入基于规则的翻译前处理和后处理，或者引入统计机器翻译技术优化译文选择等等。但这些方法代价不低甚至很高，并且性能提升的效果无法得到保障，有时候可能降低翻译品质，有点像跷跷板现象。总体来说，这个方向的研究工作成果还不够丰富，但对用户来说非常重要，如果能够采用隐性反馈学习方法，在用户不知不觉中不断改善优化机器翻译品质，就非常酷了，这也许会成为将来的一个研究热点。 \parinterval 回头讨论一下上述提到的第二个问题，机器翻译一直存在一个诟病就是用户不知道如何有效干预纠错，帮助机器翻译系统越来越好，并且我们也不希望它屡教不改。基于规则的方法和统计机器翻译方法相对容易实现人工干预纠错，实现手段比较丰富，而神经机器翻译方法存在不可解释性，难以有效实现人工干预纠错。目前有的研究人员深入研究引入外部知识库（用户双语术语库）来实现对OOV翻译的干预纠错；有的提出使用增量式训练方法不断迭代优化模型，也取得了一些进展；有的融合不同技术来实现更好的机器翻译效果，比如引入基于规则的翻译前处理和后处理，或者引入统计机器翻译技术优化译文选择等等。但这些方法代价不低甚至很高，并且性能提升的效果无法得到保障，有时候可能降低翻译品质，有点像跷跷板现象。总体来说，这个方向的研究工作成果还不够丰富，但对用户来说非常重要，如果能够采用隐性反馈学习方法，在用户不知不觉中不断改善优化机器翻译品质，就非常酷了，这也许会成为将来的一个研究热点。
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\parinterval 对于人工翻译无法完成的任务，比如大规模数据翻译，机器翻译肯定是唯一有效的选择。为了更好帮助人工翻译，交互式机器翻译技术是非常有价值的，但需要解决一个实际问题是用户体验的问题，简单来说就是人机交互的方式。之前比较传统的人机交互方式属于机器翻译尊重人工干预的结果，一旦人工确定译文的部分片段结果后，机器翻译会保证最终输出译文中一定会出现该部分译文片段。举个简单交互例子，比如从左到右的翻译方向，人工指定第一个译文单词，机器翻译就选择输入一个“最佳”译文，首部单词为该单词。这种人机交互模式存在两个问题，一是将人工干预结果作为机器翻译解码过程的硬约束，可能对译文生成造成负面影响；二是该人机交互方式改变了人工翻译的习惯，用户体验可能不太好。探索更加丰富的人机交互方式，改善用户体验，同时发挥机器翻译的优势，是人机交互值得深入研究的课题，本质上人机交互式机器翻译体现了人工干预纠错的思想，不同的一点是这种干预纠错可能是针对当前句子的，不一定针对整个机器翻译系统的，如果能够做到后者，将人机交互与错误驱动反馈学习结合，就具有非常高的应用价值。 %\parinterval 对于人工翻译无法完成的任务，比如大规模数据翻译，机器翻译肯定是唯一有效的选择。为了更好帮助人工翻译，交互式机器翻译技术是非常有价值的，但需要解决一个实际问题是用户体验的问题，简单来说就是人机交互的方式。之前比较传统的人机交互方式属于机器翻译尊重人工干预的结果，一旦人工确定译文的部分片段结果后，机器翻译会保证最终输出译文中一定会出现该部分译文片段。举个简单交互例子，比如从左到右的翻译方向，人工指定第一个译文单词，机器翻译就选择输入一个“最佳”译文，首部单词为该单词。这种人机交互模式存在两个问题，一是将人工干预结果作为机器翻译解码过程的硬约束，可能对译文生成造成负面影响；二是该人机交互方式改变了人工翻译的习惯，用户体验可能不太好。探索更加丰富的人机交互方式，改善用户体验，同时发挥机器翻译的优势，是人机交互值得深入研究的课题，本质上人机交互式机器翻译体现了人工干预纠错的思想，不同的一点是这种干预纠错可能是针对当前句子的，不一定针对整个机器翻译系统的，如果能够做到后者，将人机交互与错误驱动反馈学习结合，就具有非常高的应用价值。
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\parinterval 传统机器翻译训练学习过程是按照不同语言对进行的，比如中英翻译和中日翻译等。一带一路周边国家就有近百种官方语言，联合国所有成员国的官方语言总数至少两三百个，如果想实现任意两个国家官方语言的互译，这种组合至少有几万个语言对。再加上上千种非官方语言的小语种，任意两个语种的组合就爆炸了，可以达到几百万个不同语言对，每个语言对独立进行训练学习机器翻译系统，代价投入是难以想象的。上文也提到了，可能有99\%以上语言对属于资源稀缺型，无法收集足够规模的双语句对完成有效的翻译模型训练学习。为了缓解这个资源稀缺语言翻译的问题，学术界已经开展了很多相关研究工作。我们认为资源稀缺语言翻译和多语言翻译两个不同问题可以相互结合来考虑，基本思想是相同或者相似语系的不同语言之间共享翻译知识。简单来说，能否训练学习一个强大的通用翻译模型，不是简单仅仅支持一个语言对翻译，而是有能力同时支持多个不同语言的互译能力。这个方案的好处是不言而喻的，不仅能大大降低训练学习的代价，还可大大降低系统部署的硬件投入和维护代价。一旦多语言共享翻译模型取得突破，就能够大大缓解小语种翻译的问题，具有良好的理论研究和应用价值。 %\parinterval 传统机器翻译训练学习过程是按照不同语言对进行的，比如中英翻译和中日翻译等。一带一路周边国家就有近百种官方语言，联合国所有成员国的官方语言总数至少两三百个，如果想实现任意两个国家官方语言的互译，这种组合至少有几万个语言对。再加上上千种非官方语言的小语种，任意两个语种的组合就爆炸了，可以达到几百万个不同语言对，每个语言对独立进行训练学习机器翻译系统，代价投入是难以想象的。上文也提到了，可能有99\%以上语言对属于资源稀缺型，无法收集足够规模的双语句对完成有效的翻译模型训练学习。为了缓解这个资源稀缺语言翻译的问题，学术界已经开展了很多相关研究工作。我们认为资源稀缺语言翻译和多语言翻译两个不同问题可以相互结合来考虑，基本思想是相同或者相似语系的不同语言之间共享翻译知识。简单来说，能否训练学习一个强大的通用翻译模型，不是简单仅仅支持一个语言对翻译，而是有能力同时支持多个不同语言的互译能力。这个方案的好处是不言而喻的，不仅能大大降低训练学习的代价，还可大大降低系统部署的硬件投入和维护代价。一旦多语言共享翻译模型取得突破，就能够大大缓解小语种翻译的问题，具有良好的理论研究和应用价值。
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\parinterval 目前神经机器翻译技术已经被工业界广泛使用，我们可以拿Transformer模型来简单讨论一下，在很多领域，比如图像和语音应用领域已经证明网络结构越深，层数越多，越有助于提高表示学习能力和应用系统的性能。同样我们在机器翻译领域也得到类似结论，如何利用更多层的网络来优化机器翻译建模是值得探讨的方向。更深的网络结构也会带来很多麻烦，比如训练代价和有效性问题。训练代价与网络结构深度成正比，这个容易理解，关键是后者训练有效性的问题，比如能否在有限时间内快速收敛到预期结果。传统Transformer模型一旦扩展到10多层，训练学习过程好像就容易出问题，为此我们团队曾提出SDT训练方法，有效缓解了这个问题，实现有能力训练40层以上的Transformer模型，目的在于改善机器翻译品质。 % \parinterval 目前神经机器翻译技术已经被工业界广泛使用，我们可以拿Transformer模型来简单讨论一下，在很多领域，比如图像和语音应用领域已经证明网络结构越深，层数越多，越有助于提高表示学习能力和应用系统的性能。同样我们在机器翻译领域也得到类似结论，如何利用更多层的网络来优化机器翻译建模是值得探讨的方向。更深的网络结构也会带来很多麻烦，比如训练代价和有效性问题。训练代价与网络结构深度成正比，这个容易理解，关键是后者训练有效性的问题，比如能否在有限时间内快速收敛到预期结果。传统Transformer模型一旦扩展到10多层，训练学习过程好像就容易出问题，为此我们团队曾提出SDT训练方法，有效缓解了这个问题，实现有能力训练40层以上的Transformer模型，目的在于改善机器翻译品质。
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\parinterval 通常用于构建机器翻译系统的神经网络结构是人为事先确定的，包括预定义层数（深度）和每层宽度等，其实人为事先给定的网络结构对于当前任务来说是否最佳，这个问题没有结论，学术界目前也无法很好回答这个问题。但根据我们的常识性知识可以得知，过于依赖专家经验来设计网络结构肯定不是最佳方案，后来学术界就产生了网络结构搜索研究工作，即如何根据训练数据本身来自动优化模型深层网络结构，争取达到最佳的训练学习效果，是一个非常有趣的研究方向。目前神经机器翻译技术主要依赖于编码器-解码器两层技术框架，把编码和解码阶段分开，类似于将传统的分析和生成阶段分开，但两者又相互依赖，这样做的好处是技术架构简单，不过可能存在表示学习不够充分和错误蔓延等问题的可能性。为了解决这个问题，我们团队做了一个有趣尝试，提出一个新的神经机器翻译技术框架\ \dash \ 基于联合分布的注意力模型Reformer，不依赖于传统编码器-解码器技术框架，而是直接采用一个统一技术框架完成翻译过程，这项工作目前还比较初级，有待于进一步深入研究。 %\parinterval 通常用于构建机器翻译系统的神经网络结构是人为事先确定的，包括预定义层数（深度）和每层宽度等，其实人为事先给定的网络结构对于当前任务来说是否最佳，这个问题没有结论，学术界目前也无法很好回答这个问题。但根据我们的常识性知识可以得知，过于依赖专家经验来设计网络结构肯定不是最佳方案，后来学术界就产生了网络结构搜索研究工作，即如何根据训练数据本身来自动优化模型深层网络结构，争取达到最佳的训练学习效果，是一个非常有趣的研究方向。目前神经机器翻译技术主要依赖于编码器-解码器两层技术框架，把编码和解码阶段分开，类似于将传统的分析和生成阶段分开，但两者又相互依赖，这样做的好处是技术架构简单，不过可能存在表示学习不够充分和错误蔓延等问题的可能性。为了解决这个问题，我们团队做了一个有趣尝试，提出一个新的神经机器翻译技术框架\ \dash \ 基于联合分布的注意力模型Reformer，不依赖于传统编码器-解码器技术框架，而是直接采用一个统一技术框架完成翻译过程，这项工作目前还比较初级，有待于进一步深入研究。
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\parinterval 最后简单评价一下机器翻译市场发展的趋势。机器翻译本身是个强刚需，用于解决全球用户多语言交流障碍问题。机器翻译产业真正热起来，应该归功于神经机器翻译技术应用，之前基于规则的方法和统计机器翻译技术虽然也在工业界得到了应用，但由于翻译品质没有达到用户预期，用户付费欲望比较差，没有良好的商业变现能力，导致机器翻译产业在2017年以前类似于“鸡肋”产业。严格上来说，2016年下半年开始，神经机器翻译技术工业界应用快速激活了用户需求，用户对机器翻译的认可度急剧上升，越来越丰富的应用模式和需求被挖掘出来，除了传统计算机辅助翻译CAT以外，语音和OCR与机器翻译技术结合，使得大家比较熟悉的语音翻译APP、翻译机、翻译笔、会议AI同传和垂直行业（专利、医药、旅游等）等的机器翻译解决方案也逐渐得到了广泛应用。总体来说，机器翻译产学研正处于快速上升期，每年市场规模达到至少100\%以上增长，随着多模态机器翻译和大数据翻译技术应用，应用场景会越来越丰富，随着5G甚至6G技术发展，视频翻译和电话通讯翻译等应用会进一步爆发。另外，随着人工智能芯片领域的发展，很自然地机器翻译芯片也会逐渐得到应用，比如嵌入到手机、打印机、复印机、传真机和电视机等智能终端设备，实现所有内容皆可翻译，任何场景皆可运行的目标，机器翻译服务将进入人们的日常生活中，无所不在，让生活更加美好！ \parinterval 最后简单评价一下机器翻译市场发展的趋势。机器翻译本身是个强刚需，用于解决全球用户多语言交流障碍问题。机器翻译产业真正热起来，应该归功于神经机器翻译技术应用，之前基于规则的方法和统计机器翻译技术虽然也在工业界得到了应用，但由于翻译品质没有达到用户预期，用户付费欲望比较差，没有良好的商业变现能力，导致机器翻译产业在2017年以前类似于“鸡肋”产业。严格上来说，2016年下半年开始，神经机器翻译技术工业界应用快速激活了用户需求，用户对机器翻译的认可度急剧上升，越来越丰富的应用模式和需求被挖掘出来，除了传统计算机辅助翻译CAT以外，语音和OCR与机器翻译技术结合，使得大家比较熟悉的语音翻译APP、翻译机、翻译笔、会议AI同传和垂直行业（专利、医药、旅游等）等的机器翻译解决方案也逐渐得到了广泛应用。总体来说，机器翻译产学研正处于快速上升期，每年市场规模达到至少100\%以上增长，随着多模态机器翻译和大数据翻译技术应用，应用场景会越来越丰富，随着5G甚至6G技术发展，视频翻译和电话通讯翻译等应用会进一步爆发。另外，随着人工智能芯片领域的发展，很自然地机器翻译芯片也会逐渐得到应用，比如嵌入到手机、打印机、复印机、传真机和电视机等智能终端设备，实现所有内容皆可翻译，任何场景皆可运行的目标，机器翻译服务将进入人们的日常生活中，无所不在，让生活更加美好！
\vspace{0.5em}
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\begin{figure}[htp] \begin{figure}[htp]
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Chapter5/chapter5.tex
...@@ -1082,7 +1082,7 @@ c_{\mathbb{E}}(s_u|t_v)&=&\sum\limits_{k=1}^{K} c_{\mathbb{E}}(s_u|t_v;s^{[k]}, ...@@ -1082,7 +1082,7 @@ c_{\mathbb{E}}(s_u|t_v)&=&\sum\limits_{k=1}^{K} c_{\mathbb{E}}(s_u|t_v;s^{[k]},
\begin{itemize} \begin{itemize}
\vspace{0.5em} \vspace{0.5em}
\item 在IBM基础模型之上，有很多改进的工作。例如，对空对齐、低频词进行额外处理\upcite{DBLP:conf/acl/Moore04}；考虑源语言-目标语言和目标语言-源语言双向词对齐进行更好地词对齐对称化\upcite{肖桐1991面向统计机器翻译的重对齐方法研究}；使用词典、命名实体等多种信息对模型进行改进\upcite{2005Improvin}；通过引入短语增强IBM基础模型\upcite{1998Grammar}；引入相邻单词对齐之间的依赖关系增加模型鲁棒性\upcite{DBLP:conf/acl-vlc/DaganCG93}等；也可以对IBM模型的正向和反向结果进行对称化处理，以得到更加准确词对齐结果\upcite{och2003systematic}。 \item 在IBM基础模型之上，有很多改进的工作。例如，对空对齐、低频词进行额外处理\upcite{DBLP:conf/acl/Moore04}；考虑源语言-目标语言和目标语言-源语言双向词对齐进行更好地词对齐对称化\upcite{肖桐1991面向统计机器翻译的重对齐方法研究}；使用词典、命名实体等多种信息对模型进行改进\upcite{2005Improvin}；通过引入短语增强IBM基础模型\upcite{1998Grammar}；引入相邻单词对齐之间的依赖关系增加模型健壮性\upcite{DBLP:conf/acl-vlc/DaganCG93}等；也可以对IBM模型的正向和反向结果进行对称化处理，以得到更加准确词对齐结果\upcite{och2003systematic}。
\item 随着词对齐概念的不断深入，也有很多词对齐方面的工作并不依赖IBM模型。比如，可以直接使用判别式模型利用分类器解决词对齐问题\upcite{ittycheriah2005maximum}；使用带参数控制的动态规划方法来提高词对齐准确率\upcite{DBLP:conf/naacl/GaleC91}；甚至可以把对齐的思想用于短语和句法结构的双语对应\upcite{xiao2013unsupervised}；无监督的对称词对齐方法，正向和反向模型联合训练，结合数据的相似性\upcite{DBLP:conf/naacl/LiangTK06}；除了GIZA++，研究人员也开发了很多优秀的自动对齐工具，比如，FastAlign\upcite{DBLP:conf/naacl/DyerCS13}、Berkeley Word Aligner\upcite{taskar2005a}等，这些工具现在也有很广泛的应用。 \item 随着词对齐概念的不断深入，也有很多词对齐方面的工作并不依赖IBM模型。比如，可以直接使用判别式模型利用分类器解决词对齐问题\upcite{ittycheriah2005maximum}；使用带参数控制的动态规划方法来提高词对齐准确率\upcite{DBLP:conf/naacl/GaleC91}；甚至可以把对齐的思想用于短语和句法结构的双语对应\upcite{xiao2013unsupervised}；无监督的对称词对齐方法，正向和反向模型联合训练，结合数据的相似性\upcite{DBLP:conf/naacl/LiangTK06}；除了GIZA++，研究人员也开发了很多优秀的自动对齐工具，比如，FastAlign\upcite{DBLP:conf/naacl/DyerCS13}、Berkeley Word Aligner\upcite{taskar2005a}等，这些工具现在也有很广泛的应用。
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bibliography.bib
...@@ -5891,7 +5891,7 @@ author = {Yoshua Bengio and ...@@ -5891,7 +5891,7 @@ author = {Yoshua Bengio and
@inproceedings{garcia-martinez2016factored, @inproceedings{garcia-martinez2016factored,
title={Factored Neural Machine Translation Architectures}, title={Factored Neural Machine Translation Architectures},
author={Mercedes {Garcia-Martinez} and Loïc {Barrault} and Fethi {Bougares}}, author={Mercedes {Garcia-Martinez} and Loïc {Barrault} and Fethi {Bougares}},
booktitle={International Workshop on Spoken Language Translation (IWSLT'16)}, publisher={International Workshop on Spoken Language Translation (IWSLT'16)},
notes={Sourced from Microsoft Academic - https://academic.microsoft.com/paper/2949810612}, notes={Sourced from Microsoft Academic - https://academic.microsoft.com/paper/2949810612},
year={2016} year={2016}
} }
...@@ -6234,6 +6234,1022 @@ author = {Yoshua Bengio and ...@@ -6234,6 +6234,1022 @@ author = {Yoshua Bengio and
year={2020} year={2020}
} }
@inproceedings{DBLP:journals/mt/EetemadiLTR15,
author = {Sauleh Eetemadi and
William Lewis and
Kristina Toutanova and
Hayder Radha},
title = {Survey of data-selection methods in statistical machine translation},
publisher = {Machine Translation},
volume = {29},
number = {3-4},
pages = {189--223},
year = {2015}
}
@inproceedings{britz2017effective,
title={Effective domain mixing for neural machine translation},
author={Britz, Denny and Le, Quoc and Pryzant, Reid},
publisher={Proceedings of the Second Conference on Machine Translation},
pages={118--126},
year={2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/AxelrodHG11,
author = {Amittai Axelrod and
Xiaodong He and
Jianfeng Gao},
title = {Domain Adaptation via Pseudo In-Domain Data Selection},
pages = {355--362},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2011}
}
@inproceedings{DBLP:conf/wmt/AxelrodRHO15,
author = {Amittai Axelrod and
Philip Resnik and
Xiaodong He and
Mari Ostendorf},
title = {Data Selection With Fewer Words},
pages = {58--65},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2015}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/WangULCS17,
author = {Rui Wang and
Masao Utiyama and
Lemao Liu and
Kehai Chen and
Eiichiro Sumita},
title = {Instance Weighting for Neural Machine Translation Domain Adaptation},
pages = {1482--1488},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/iwslt/MansourWN11,
author = {Saab Mansour and
Joern Wuebker and
Hermann Ney},
title = {Combining translation and language model scoring for domain-specific
data filtering},
pages = {222--229},
publisher = {International Workshop on Spoken Language Translation},
year = {2011}
}
@inproceedings{DBLP:conf/conll/ChenH16,
author = {Boxing Chen and
Fei Huang},
title = {Semi-supervised Convolutional Networks for Translation Adaptation
with Tiny Amount of In-domain Data},
pages = {314--323},
publisher = {The SIGNLL Conference on Computational Natural Language Learning},
year = {2016}
}
@inproceedings{chen2016bilingual,
title={Bilingual methods for adaptive training data selection for machine translation},
author={Chen, Boxing and Kuhn, Roland and Foster, George and Cherry, Colin and Huang, Fei},
publisher={Association for Machine Translation in the Americas},
pages={93--103},
year={2016}
}
@inproceedings{DBLP:conf/aclnmt/ChenCFL17,
author = {Boxing Chen and
Colin Cherry and
George F. Foster and
Samuel Larkin},
title = {Cost Weighting for Neural Machine Translation Domain Adaptation},
pages = {40--46},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/wmt/DumaM17,
author = {Mirela-Stefania Duma and
Wolfgang Menzel},
title = {Automatic Threshold Detection for Data Selection in Machine Translation},
pages = {483--488},
publisher = {Proceedings of the Second Conference on Machine Translation},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/wmt/BiciciY11,
author = {Ergun Bi{\c{c}}ici and
Deniz Yuret},
title = {Instance Selection for Machine Translation using Feature Decay Algorithms},
pages = {272--283},
publisher = {Proceedings of the Sixth Workshop on Statistical Machine Translation},
year = {2011}
}
@inproceedings{poncelas2018feature,
title={Feature decay algorithms for neural machine translation},
author={Poncelas, Alberto and Maillette de Buy Wenniger, Gideon and Way, Andy},
year={2018},
publisher={European Association for Machine Translation}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/SotoSPW20,
author = {Xabier Soto and
Dimitar Sht. Shterionov and
Alberto Poncelas and
Andy Way},
title = {Selecting Backtranslated Data from Multiple Sources for Improved Neural
Machine Translation},
pages = {3898--3908},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:journals/corr/abs-1811-03039,
author = {Alberto Poncelas and
Gideon Maillette de Buy Wenniger and
Andy Way},
title = {Data Selection with Feature Decay Algorithms Using an Approximated
Target Side},
publisher = {CoRR},
volume = {abs/1811.03039},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/WeesBM17,
author = {Marlies van der Wees and
Arianna Bisazza and
Christof Monz},
title = {Dynamic Data Selection for Neural Machine Translation},
pages = {1400--1410},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/wmt/WangWHNC18,
author = {Wei Wang and
Taro Watanabe and
Macduff Hughes and
Tetsuji Nakagawa and
Ciprian Chelba},
title = {Denoising Neural Machine Translation Training with Trusted Data and
Online Data Selection},
pages = {133--143},
publisher = {Proceedings of the Third Conference on Machine Translation},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/WangUS18,
author = {Rui Wang and
Masao Utiyama and
Eiichiro Sumita},
title = {Dynamic Sentence Sampling for Efficient Training of Neural Machine
Translation},
pages = {298--304},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/aclnmt/KhayrallahK18,
author = {Huda Khayrallah and
Philipp Koehn},
title = {On the Impact of Various Types of Noise on Neural Machine Translation},
pages = {74--83},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/coling/FormigaF12,
author = {Llu{\'{\i}}s Formiga and
Jos{\'{e}} A. R. Fonollosa},
title = {Dealing with Input Noise in Statistical Machine Translation},
pages = {319--328},
publisher = {International Conference on Computational Linguistics},
year = {2012}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/CuiZLLZ13,
author = {Lei Cui and
Dongdong Zhang and
Shujie Liu and
Mu Li and
Ming Zhou},
title = {Bilingual Data Cleaning for {SMT} using Graph-based Random Walk},
pages = {340--345},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2013}
}
@phdthesis{DBLP:phd/dnb/Mediani17,
author = {Mohammed Mediani},
title = {Learning from Noisy Data in Statistical Machine Translation},
school = {Karlsruhe Institute of Technology, Germany},
year = {2017}
}
@inproceedings{rarrick2011mt,
title={MT detection in web-scraped parallel corpora},
author={Rarrick, Spencer and Quirk, Chris and Lewis, Will},
publisher={Machine Translation},
pages={422--430},
year={2011}
}
@inproceedings{taghipour2011parallel,
title={Parallel corpus refinement as an outlier detection algorithm},
author={Taghipour, Kaveh and Khadivi, Shahram and Xu, Jia},
publisher={Machine Translation},
pages={414--421},
year={2011}
}
@inproceedings{Xu2017ZipporahAF,
title={Zipporah: a Fast and Scalable Data Cleaning System for Noisy Web-Crawled Parallel Corpora},
author={Hainan Xu and Philipp Koehn},
booktitle={Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year={2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/aclnmt/CarpuatVN17,
author = {Marine Carpuat and
Yogarshi Vyas and
Xing Niu},
title = {Detecting Cross-Lingual Semantic Divergence for Neural Machine Translation},
pages = {69--79},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/naacl/VyasNC18,
author = {Yogarshi Vyas and
Xing Niu and
Marine Carpuat},
title = {Identifying Semantic Divergences in Parallel Text without Annotations},
pages = {1503--1515},
publisher = {Annual Conference of the North American Chapter of the Association for Computational Linguistics},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/WangCC19,
author = {Wei Wang and
Isaac Caswell and
Ciprian Chelba},
title = {Dynamically Composing Domain-Data Selection with Clean-Data Selection
by "Co-Curricular Learning" for Neural Machine Translation},
pages = {1282--1292},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/SettlesC08,
author = {Burr Settles and
Mark Craven},
title = {An Analysis of Active Learning Strategies for Sequence Labeling Tasks},
pages = {1070--1079},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2008}
}
@inproceedings{campbell2000query,
title={Query learning with large margin classifiers},
author={Campbell, Colin and Cristianini, Nello and Smola, Alex and others},
publisher={International Conference on Machine Learning},
volume={20},
number={0},
pages={0},
year={2000}
}
@inproceedings{DBLP:conf/icml/SchohnC00,
author = {Greg Schohn and
David Cohn},
title = {Less is More: Active Learning with Support Vector Machines},
pages = {839--846},
publisher = {International Conference on Machine Learning},
year = {2000}
}
@inproceedings{DBLP:conf/colt/SeungOS92,
author = {H. Sebastian Seung and
Manfred Opper and
Haim Sompolinsky},
title = {Query by Committee},
pages = {287--294},
publisher = {Conference on Computational Learning Theory},
year = {1992}
}
@book{mitchell1996m,
title={Machine Learning},
author={Mitchell, Tom},
journal={McCraw Hill},
year={1996}
}
@inproceedings{DBLP:conf/icml/AbeM98,
author = {Naoki Abe and
Hiroshi Mamitsuka},
title = {Query Learning Strategies Using Boosting and Bagging},
pages = {1--9},
publisher = {International Conference on Machine Learning},
year = {1998}
}
@inproceedings{mccallumzy1998employing,
title={Employing EM and pool-based active learning for text classification},
author={McCallumzy, Andrew Kachites and Nigamy, Kamal},
publisher={International Conference on Machine Learning},
pages={359--367},
year={1998}
}
@inproceedings{DBLP:conf/cvpr/DalalT05,
author = {Navneet Dalal and
Bill Triggs},
title = {Histograms of Oriented Gradients for Human Detection},
pages = {886--893},
publisher = {{IEEE} Conference on Computer Vision and Pattern Recognition},
year = {2005}
}
@inproceedings{726791,
author={Yann {Lecun} and Leon {Bottou} and Yoshua {Bengio} and Patrick {Haffner}},
publisher={Proceedings of the IEEE},
title={Gradient-based learning applied to document recognition},
year={1998},
volume={86},
number={11},
pages={2278-2324}
}
@book{atkinson2007optimum,
title={Optimum experimental designs, with SAS},
author={Atkinson, Anthony and Donev, Alexander and Tobias, Randall and others},
volume={34},
year={2007},
publisher={Oxford University Press}
}
@inproceedings{DBLP:journals/jmlr/JiH12,
author = {Ming Ji and
Jiawei Han},
title = {A Variance Minimization Criterion to Active Learning on Graphs},
series = {{JMLR} Proceedings},
volume = {22},
pages = {556--564},
publisher = {International Conference on Artificial Intelligence and Statistics},
year = {2012}
}
@inproceedings{DBLP:journals/corr/ZhuB17,
author = {Jia-Jie Zhu and
Jos{\'{e}} Bento},
title = {Generative Adversarial Active Learning},
publisher = {CoRR},
volume = {abs/1702.07956},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/iccv/HuijserG17,
author = {Miriam W. Huijser and
Jan C. van Gemert},
title = {Active Decision Boundary Annotation with Deep Generative Models},
pages = {5296--5305},
publisher = {{IEEE} International Conference on Computer Vision},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/wacv/0007T20,
author = {Christoph Mayer and
Radu Timofte},
title = {Adversarial Sampling for Active Learning},
pages = {3060--3068},
publisher = {{IEEE} Winter Conference on Applications of Computer Vision},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/JeanCMB15,
author = {S{\'{e}}bastien Jean and
KyungHyun Cho and
Roland Memisevic and
Yoshua Bengio},
title = {On Using Very Large Target Vocabulary for Neural Machine Translation},
pages = {1--10},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2015}
}
@inproceedings{2015OnGulcehre,
title = {On Using Monolingual Corpora in Neural Machine Translation},
author = {Gulcehre Caglar and
Firat Orhan and
Xu Kelvin and
Cho Kyunghyun and
Barrault Loic and
Lin Huei Chi and
Bougares Fethi and
Schwenk Holger and
Bengio Yoshua},
publisher = {Computer Science},
year = {2015},
}
@inproceedings{Sennrich2016ImprovingNM,
author = {Rico Sennrich and
Barry Haddow and
Alexandra Birch},
title = {Improving Neural Machine Translation Models with Monolingual Data},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2016}
}
@inproceedings{DBLP:conf/aaai/Zhang0LZC18,
author = {Zhirui Zhang and
Shujie Liu and
Mu Li and
Ming Zhou and
Enhong Chen},
title = {Joint Training for Neural Machine Translation Models with Monolingual
Data},
pages = {555--562},
publisher = {AAAI Conference on Artificial Intelligence},
year = {2018}
}
@inproceedings{hoang2018iterative,
title={Iterative back-translation for neural machine translation},
author={Hoang, Vu Cong Duy and Koehn, Philipp and Haffari, Gholamreza and Cohn, Trevor},
publisher={Proceedings of the 2nd Workshop on Neural Machine Translation and Generation},
pages={18--24},
year={2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/mtsummit/ImankulovaDFI19,
author = {Aizhan Imankulova and
Raj Dabre and
Atsushi Fujita and
Kenji Imamura},
title = {Exploiting Out-of-Domain Parallel Data through Multilingual Transfer
Learning for Low-Resource Neural Machine Translation},
pages = {128--139},
publisher = {Machine Translation},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/CurreyH19,
author = {Anna Currey and
Kenneth Heafield},
title = {Zero-Resource Neural Machine Translation with Monolingual Pivot Data},
pages = {99--107},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/KimPPKN19,
author = {Yunsu Kim and
Petre Petrov and
Pavel Petrushkov and
Shahram Khadivi and
Hermann Ney},
title = {Pivot-based Transfer Learning for Neural Machine Translation between
Non-English Languages},
pages = {866--876},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/iclr/LampleCDR18,
author = {Guillaume Lample and
Alexis Conneau and
Ludovic Denoyer and
Marc'Aurelio Ranzato},
title = {Unsupervised Machine Translation Using Monolingual Corpora Only},
publisher = {International Conference on Learning Representations},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/iclr/ArtetxeLAC18,
author = {Mikel Artetxe and
Gorka Labaka and
Eneko Agirre and
Kyunghyun Cho},
title = {Unsupervised Neural Machine Translation},
publisher = {International Conference on Learning Representations},
year = {2018}
}
%下面的publisher在看看
@inproceedings{DBLP:conf/conll/LiuBH18,
author = {Ming Liu and
Wray L. Buntine and
Gholamreza Haffari},
title = {Learning to Actively Learn Neural Machine Translation},
pages = {334--344},
publisher = {The SIGNLL Conference on Computational Natural Language Learning},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/ZhaoZZZ20,
author = {Yuekai Zhao and
Haoran Zhang and
Shuchang Zhou and
Zhihua Zhang},
title = {Active Learning Approaches to Enhancing Neural Machine Translation:
An Empirical Study},
pages = {1796--1806},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2020}
}
@inproceedings{Peris2018ActiveLF,
title={Active Learning for Interactive Neural Machine Translation of Data Streams},
author={{\'A}lvaro Peris and Francisco Casacuberta},
publisher={The SIGNLL Conference on Computational Natural Language Learning},
pages={151--160},
year={2018}
}
@inproceedings{DBLP:journals/pbml/TurchiNFF17,
author = {Marco Turchi and
Matteo Negri and
M. Amin Farajian and
Marcello Federico},
title = {Continuous Learning from Human Post-Edits for Neural Machine Translation},
publisher = {The Prague Bulletin of Mathematical Linguistics},
volume = {108},
pages = {233--244},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:journals/csl/PerisC19,
author = {{\'{A}}lvaro Peris and
Francisco Casacuberta},
title = {Online learning for effort reduction in interactive neural machine
translation},
publisher = {Computer Speech Language},
volume = {58},
pages = {98--126},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/eccv/GuoHZZDSH18,
author = {Sheng Guo and
Weilin Huang and
Haozhi Zhang and
Chenfan Zhuang and
Dengke Dong and
Matthew R. Scott and
Dinglong Huang},
title = {CurriculumNet: Weakly Supervised Learning from Large-Scale Web Images},
series = {Lecture Notes in Computer Science},
volume = {11214},
pages = {139--154},
publisher = {European Conference on Computer Vision},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/mm/JiangMMH14,
author = {Lu Jiang and
Deyu Meng and
Teruko Mitamura and
Alexander G. Hauptmann},
title = {Easy Samples First: Self-paced Reranking for Zero-Example Multimedia
Search},
pages = {547--556},
publisher = {ACM International Conference on Multimedia},
year = {2014}
}
%下面的pubisher
@inproceedings{DBLP:conf/naacl/PlataniosSNPM19,
author = {Emmanouil Antonios Platanios and
Otilia Stretcu and
Graham Neubig and
Barnab{\'{a}}s P{\'{o}}czos and
Tom M. Mitchell},
title = {Competence-based Curriculum Learning for Neural Machine Translation},
pages = {1162--1172},
publisher = {Conference of the North American Chapter of the Association for Computational Linguistics: Human Language Technologies},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/TayWLFPYRHZ19,
author = {Yi Tay and
Shuohang Wang and
Anh Tuan Luu and
Jie Fu and
Minh C. Phan and
Xingdi Yuan and
Jinfeng Rao and
Siu Cheung Hui and
Aston Zhang},
title = {Simple and Effective Curriculum Pointer-Generator Networks for Reading
Comprehension over Long Narratives},
pages = {4922--4931},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/icml/GuoCZZ0HT20,
author = {Yong Guo and
Yaofo Chen and
Yin Zheng and
Peilin Zhao and
Jian Chen and
Junzhou Huang and
Mingkui Tan},
title = {Breaking the Curse of Space Explosion: Towards Efficient {NAS} with
Curriculum Search},
series = {Proceedings of Machine Learning Research},
volume = {119},
pages = {3822--3831},
publisher = {International Conference on Machine Learning},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:conf/ranlp/KocmiB17,
author = {Tom Kocmi and
Ondrej Bojar},
title = {Curriculum Learning and Minibatch Bucketing in Neural Machine Translation},
pages = {379--386},
publisher = {International Conference Recent Advances in Natural Language Processing},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/naacl/ZhangSKMCD19,
author = {Xuan Zhang and
Pamela Shapiro and
Gaurav Kumar and
Paul McNamee and
Marine Carpuat and
Kevin Duh},
title = {Curriculum Learning for Domain Adaptation in Neural Machine Translation},
pages = {1903--1915},
publisher = {Annual Conference of the North American Chapter of the Association for Computational Linguistics},
year = {2019}
}
@inproceedings{zhang2018empirical,
title={An empirical exploration of curriculum learning for neural machine translation},
author={Zhang, Xuan and Kumar, Gaurav and Khayrallah, Huda and Murray, Kenton and Gwinnup, Jeremy and Martindale, Marianna J and McNamee, Paul and Duh, Kevin and Carpuat, Marine},
publisher={arXiv preprint arXiv:1811.00739},
year={2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/coling/XuHJFWHJXZ20,
author = {Chen Xu and
Bojie Hu and
Yufan Jiang and
Kai Feng and
Zeyang Wang and
Shen Huang and
Qi Ju and
Tong Xiao and
Jingbo Zhu},
title = {Dynamic Curriculum Learning for Low-Resource Neural Machine Translation},
pages = {3977--3989},
publisher = {International Committee on Computational Linguistics},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/ZhouYWWC20,
author = {Yikai Zhou and
Baosong Yang and
Derek F. Wong and
Yu Wan and
Lidia S. Chao},
title = {Uncertainty-Aware Curriculum Learning for Neural Machine Translation},
pages = {6934--6944},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:conf/aaai/ZhaoWNW20,
author = {Mingjun Zhao and
Haijiang Wu and
Di Niu and
Xiaoli Wang},
title = {Reinforced Curriculum Learning on Pre-Trained Neural Machine Translation
Models},
pages = {9652--9659},
publisher = {AAAI Conference on Artificial Intelligence},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:conf/cvpr/PentinaSL15,
author = {Anastasia Pentina and
Viktoriia Sharmanska and
Christoph H. Lampert},
title = {Curriculum learning of multiple tasks},
pages = {5492--5500},
publisher = {IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition},
year = {2015}
}
@inproceedings{DBLP:conf/iccvw/SarafianosGNK17,
author = {Nikolaos Sarafianos and
Theodore Giannakopoulos and
Christophoros Nikou and
Ioannis A. Kakadiaris},
title = {Curriculum Learning for Multi-task Classification of Visual Attributes},
pages = {2608--2615},
publisher = {IEEE International Conference on Computer Vision},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/nips/ChangLM17,
author = {Haw-Shiuan Chang and
Erik G. Learned-Miller and
Andrew McCallum},
title = {Active Bias: Training More Accurate Neural Networks by Emphasizing
High Variance Samples},
publisher = {Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems},
pages = {1002--1012},
year = {2017}
}
%ieee加{
@inproceedings{DBLP:journals/pami/LiH18a,
author = {Zhizhong Li and
Derek Hoiem},
title = {Learning without Forgetting},
publisher = {IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence},
volume = {40},
number = {12},
pages = {2935--2947},
year = {2018}
}
@inproceedings{rusu2016progressive,
title={Progressive neural networks},
author={Rusu, Andrei A and Rabinowitz, Neil C and Desjardins, Guillaume and Soyer, Hubert and Kirkpatrick, James and Kavukcuoglu, Koray and Pascanu, Razvan and Hadsell, Raia},
publisher={arXiv preprint arXiv:1606.04671},
year={2016}
}
@inproceedings{DBLP:journals/corr/FernandoBBZHRPW17,
author = {Chrisantha Fernando and
Dylan Banarse and
Charles Blundell and
Yori Zwols and
David Ha and
Andrei A. Rusu and
Alexander Pritzel and
Daan Wierstra},
title = {PathNet: Evolution Channels Gradient Descent in Super Neural Networks},
publisher = {CoRR},
volume = {abs/1701.08734},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/naacl/ThompsonGKDK19,
author = {Brian Thompson and
Jeremy Gwinnup and
Huda Khayrallah and
Kevin Duh and
Philipp Koehn},
title = {Overcoming Catastrophic Forgetting During Domain Adaptation of Neural
Machine Translation},
pages = {2062--2068},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/coling/GuF20,
author = {Shuhao Gu and
Yang Feng},
title = {Investigating Catastrophic Forgetting During Continual Training for
Neural Machine Translation},
pages = {4315--4326},
publisher = {International Committee on Computational Linguistics},
year = {2020}
}
@inproceedings{DBLP:conf/cvpr/RebuffiKSL17,
author = {Sylvestre{-}Alvise Rebuffi and
Alexander Kolesnikov and
Georg Sperl and
Christoph H. Lampert},
title = {iCaRL: Incremental Classifier and Representation Learning},
pages = {5533--5542},
publisher = {IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition},
year = {2017}
}
@inproceedings{DBLP:conf/eccv/CastroMGSA18,
author = {Francisco M. Castro and
Manuel J. Mar{\'{\i}}n{-}Jim{\'{e}}nez and
Nicol{\'{a}}s Guil and
Cordelia Schmid and
Karteek Alahari},
title = {End-to-End Incremental Learning},
series = {Lecture Notes in Computer Science},
volume = {11216},
pages = {241--257},
publisher = {European Conference on Computer Vision},
year = {2018}
}
@inproceedings{Bengio2015ScheduledSF,
title={Scheduled Sampling for Sequence Prediction with Recurrent Neural Networks},
author={Samy Bengio and
Oriol Vinyals and
Navdeep Jaitly and
Noam Shazeer},
publisher = {Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems},
pages = {1171--1179},
year = {2015}
}
@inproceedings{Bengio2015ScheduledSF,
title={Scheduled Sampling for Sequence Prediction with Recurrent Neural Networks},
author={Samy Bengio and
Oriol Vinyals and
Navdeep Jaitly and
Noam Shazeer},
publisher = {Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems},
pages = {1171--1179},
year = {2015}
}
@inproceedings{Ranzato2016SequenceLT,
title={Sequence Level Training with Recurrent Neural Networks},
author={Marc'Aurelio Ranzato and
Sumit Chopra and
Michael Auli and
Wojciech Zaremba},
publisher={International Conference on Learning Representations},
year={2016}
}
@inproceedings{DBLP:conf/nips/GoodfellowPMXWOCB14,
author = {Ian J. Goodfellow and
Jean Pouget-Abadie and
Mehdi Mirza and
Bing Xu and
David Warde-Farley and
Sherjil Ozair and
Aaron C. Courville and
Yoshua Bengio},
title = {Generative Adversarial Nets},
publisher = {Conference on Neural Information Processing Systems},
pages = {2672--2680},
year = {2014}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/ShenCHHWSL16,
author = {Shiqi Shen and
Yong Cheng and
Zhongjun He and
Wei He and
Hua Wu and
Maosong Sun and
Yang Liu},
title = {Minimum Risk Training for Neural Machine Translation},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2016},
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/PapineniRWZ02,
author = {Kishore Papineni and
Salim Roukos and
Todd Ward and
Wei-jing Zhu},
title = {Bleu: a Method for Automatic Evaluation of Machine Translation},
pages = {311--318},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2002}
}
@inproceedings{doddington2002automatic,
title={Automatic evaluation of machine translation quality using n-gram co-occurrence statistics},
publisher={Proceedings of the second international conference on Human Language Technology Research},
author={Doddington, George},
pages={138--145},
year={2002}
}
@inproceedings{snover2006study,
title={A study of translation edit rate with targeted human annotation},
author={Snover, Matthew and Dorr, Bonnie and Schwartz, Richard and Micciulla, Linnea and Makhoul, John},
publisher={Proceedings of association for machine translation in the Americas},
volume={200},
number={6},
year={2006}
}
@inproceedings{lavie2009meteor,
title={The METEOR metric for automatic evaluation of machine translation},
author={Lavie, Alon and Denkowski, Michael J},
publisher={Machine translation},
volume={23},
number={2-3},
pages={105--115},
year={2009}
}
@inproceedings{bahdanau2014neural,
author = {Dzmitry Bahdanau and
Kyunghyun Cho and
Yoshua Bengio},
title = {Neural Machine Translation by Jointly Learning to Align and Translate},
publisher = {International Conference on Learning Representations},
year = {2015}
}
@inproceedings{koehn2003statistical,
author = {Philipp Koehn and
Franz Josef Och and
Daniel Marcu},
title = {Statistical Phrase-Based Translation},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2003}
}
@inproceedings{smith2006minimum,
author = {David A. Smith and
Jason Eisner},
title = {Minimum Risk Annealing for Training Log-Linear Models},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2006}
}
@inproceedings{he2012maximum,
title={Maximum expected bleu training of phrase and lexicon translation models},
author={He, Xiaodong and Deng, Li},
publisher={Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
pages={292--301},
year={2012}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/GaoHYD14,
author = {Jianfeng Gao and
Xiaodong He and
Wen{-}tau Yih and
Li Deng},
title = {Learning Continuous Phrase Representations for Translation Modeling},
pages = {699--709},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2014}
}
@book{sutton2018reinforcement,
title={Reinforcement learning: An introduction},
author={Richard S. Sutton and Andrew G. Barto},
year={2018},
publisher={MIT press}
}
@inproceedings{DBLP:journals/nature/SilverHMGSDSAPL16,
author = {David Silver and
Aja Huang and
Chris J. Maddison and
Arthur Guez and
Laurent Sifre and
George van den Driessche and
Julian Schrittwieser and
Ioannis Antonoglou and
Vedavyas Panneershelvam and
Marc Lanctot and
Sander Dieleman and
Dominik Grewe and
John Nham and
Nal Kalchbrenner and
Ilya Sutskever and
Timothy P. Lillicrap and
Madeleine Leach and
Koray Kavukcuoglu and
Thore Graepel and
Demis Hassabis},
title = {Mastering the game of Go with deep neural networks and tree search},
publisher = {Nature},
volume = {529},
number = {7587},
pages = {484--489},
year = {2016}
}
@inproceedings{DBLP:conf/icml/ZarembaMJF16,
author = {Wojciech Zaremba and
Tomas Mikolov and
Armand Joulin and
Rob Fergus},
title = {Learning Simple Algorithms from Examples},
series = {{JMLR} Workshop and Conference Proceedings},
volume = {48},
pages = {421--429},
publisher = {International Conference on Machine Learning},
year = {2016}
}
@inproceedings{DBLP:conf/icml/NgHR99,
author = {Andrew Y. Ng and
Daishi Harada and
Stuart J. Russell},
title = {Policy Invariance Under Reward Transformations: Theory and Application
to Reward Shaping},
pages = {278--287},
publisher = {International Conference on Machine Learning},
year = {1999}
}
%%%%% chapter 13------------------------------------------------------ %%%%% chapter 13------------------------------------------------------
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
...@@ -8358,7 +9374,7 @@ author = {Zhuang Liu and ...@@ -8358,7 +9374,7 @@ author = {Zhuang Liu and
@inproceedings{Real2019AgingEF, @inproceedings{Real2019AgingEF,
title={Aging Evolution for Image Classifier Architecture Search}, title={Aging Evolution for Image Classifier Architecture Search},
author={Esteban Real and Alok Aggarwal and Yanping Huang and Quoc V. Le }, author={Esteban Real and Alok Aggarwal and Yanping Huang and Quoc V. Le },
booktitle={AAAI Conference on Artificial Intelligence}, publisher={AAAI Conference on Artificial Intelligence},
year={2019} year={2019}
} }
...@@ -9784,6 +10800,117 @@ author = {Zhuang Liu and ...@@ -9784,6 +10800,117 @@ author = {Zhuang Liu and
year = {2019} year = {2019}
} }
@inproceedings{DBLP:journals/corr/abs-1905-09418,
author = {Elena Voita and
David Talbot and
Fedor Moiseev and
Rico Sennrich and
Ivan Titov},
title = {Analyzing Multi-Head Self-Attention: Specialized Heads Do the Heavy
Lifting, the Rest Can Be Pruned},
pages = {5797--5808},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2019},
}
@inproceedings{Michel2019AreSH,
title={Are Sixteen Heads Really Better than One?},
author = {Paul Michel and
Omer Levy and
Graham Neubig},
title = {Are Sixteen Heads Really Better than One?},
publisher = {Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems},
pages = {14014--14024},
year = {2019}
}
@inproceedings{DBLP:conf/emnlp/LiTYLZ18,
author = {Jian Li and
Zhaopeng Tu and
Baosong Yang and
Michael R. Lyu and
Tong Zhang},
title = {Multi-Head Attention with Disagreement Regularization},
pages = {2897--2903},
publisher = {Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing},
year = {2018}
}
@inproceedings{Su2018VariationalRN,
title={Variational Recurrent Neural Machine Translation},
author={Jinsong Su and Shan Wu and Deyi Xiong and Yaojie Lu and Xianpei Han and Biao Zhang},
publisher={AAAI Conference on Artificial Intelligence},
pages={5488--5495},
year={2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/acl/SetiawanSNP20,
author = {Hendra Setiawan and
Matthias Sperber and
Udhyakumar Nallasamy and
Matthias Paulik},
title = {Variational Neural Machine Translation with Normalizing Flows},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2020}
}
@inproceedings{Li2020NeuralMT,
author = {Yanyang Li and
Qiang Wang and
Tong Xiao and
Tongran Liu and
Jingbo Zhu},
title = {Neural Machine Translation with Joint Representation},
pages = {8285--8292},
publisher = {AAAI Conference on Artificial Intelligence},
year = {2020}
}
@inproceedings{JMLR:v15:srivastava14a,
author = {Nitish Srivastava and Geoffrey Hinton and Alex Krizhevsky and Ilya Sutskever and Ruslan Salakhutdinov},
title = {Dropout: A Simple Way to Prevent Neural Networks from Overfitting},
publisher = {Journal of Machine Learning Research},
year = {2014},
volume = {15},
pages = {1929-1958},
}
@inproceedings{Szegedy_2016_CVPR,
author = {Christian Szegedy and
Vincent Vanhoucke and
Sergey Ioffe and
Jonathon Shlens and
Zbigniew Wojna},
title = {Rethinking the Inception Architecture for Computer Vision},
publisher = {IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition},
pages = {2818--2826},
year = {2016},
}
@inproceedings{Chen2018TheBO,
author = {Mia Xu Chen and
Orhan Firat and
Ankur Bapna and
Melvin Johnson and
Wolfgang Macherey and
George F. Foster and
Llion Jones and
Mike Schuster and
Noam Shazeer and
Niki Parmar and
Ashish Vaswani and
Jakob Uszkoreit and
Lukasz Kaiser and
Zhifeng Chen and
Yonghui Wu and
Macduff Hughes},
title = {The Best of Both Worlds: Combining Recent Advances in Neural Machine
Translation},
pages = {76--86},
publisher = {Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics},
year = {2018}
}
%%%%% chapter 15------------------------------------------------------ %%%%% chapter 15------------------------------------------------------
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
...@@ -12309,6 +13436,42 @@ author = {Zhuang Liu and ...@@ -12309,6 +13436,42 @@ author = {Zhuang Liu and
volume = {abs/1910.01108}, volume = {abs/1910.01108},
year = {2019} year = {2019}
} }
@inproceedings{DBLP:conf/icml/XiaTTQYL18,
author = {Yingce Xia and
Xu Tan and
Fei Tian and
Tao Qin and
Nenghai Yu and
Tie-Yan Liu},
title = {Model-Level Dual Learning},
series = {Proceedings of Machine Learning Research},
volume = {80},
pages = {5379--5388},
publisher = {International Conference on Machine Learning},
year = {2018}
}
@inproceedings{DBLP:conf/nips/HeXQWYLM16,
author = {Di He and
Yingce Xia and
Tao Qin and
Liwei Wang and
Nenghai Yu and
Tie{-}Yan Liu and
Wei{-}Ying Ma},
title = {Dual Learning for Machine Translation},
publisher = {Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems},
pages = {820--828},
year = {2016}
}
@article{zhao2020dual,
title={Dual Learning: Theoretical Study and an Algorithmic Extension},
author={Zhao, Zhibing and Xia, Yingce and Qin, Tao and Xia, Lirong and Liu, Tie-Yan},
journal={arXiv preprint arXiv:2005.08238},
year={2020}
}
%%%%% chapter 16------------------------------------------------------ %%%%% chapter 16------------------------------------------------------
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