BERT中怎么实现嵌入层

目的

如前一节所述，token嵌入层的作用是将单词转换为固定维的向量表示形式。在BERT的例子中，每个单词都表示为一个768维的向量。

实现

假设输入文本是“I like strawberries”。下图描述了token嵌入层的作用：

在将输入文本传递到token嵌入层之前，首先对其进行token化。另外，在tokens的开始([CLS])和结束([SEP])处添加额外的tokens。这些tokens的目的是作为分类任务的输入表示，并分别分隔一对输入文本(更多细节将在下一节中介绍)。

tokens化是使用一种叫做WordPiece token化的方法来完成的。这是一种数据驱动的token化方法，旨在实现词汇量和非词汇量之间的平衡。这就是“strawberries”被分成“straw”和“berries”的方式。对这种方法的详细描述超出了本文的范围。感兴趣的读者可以参考Wu et al. (2016)和Schuster & Nakajima (2012)中的第4.1节。单词token化的使用使得BERT只能在其词汇表中存储30522个“词”，而且在对英语文本进行token化时，很少会遇到词汇表以外的单词。

token嵌入层将每个wordpiece  token转换为768维向量表示形式。这将使得我们的6个输入token被转换成一个形状为(6,768)的矩阵，或者一个形状为(1,6,768)的张量，如果我们包括批处理维度的话。

Segment嵌入

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BERT能够解决包含文本分类的NLP任务。这类问题的一个例子是对两个文本在语义上是否相似进行分类。这对输入文本被简单地连接并输入到模型中。那么BERT是如何区分输入的呢？答案是Segment嵌入。

实现

假设我们的输入文本对是(“I like cats”, “I like dogs”)。下面是Segment嵌入如何帮助BERT区分这个输入对中的tokens :

Segment嵌入层只有两个向量表示。第一个向量(索引0)分配给属于输入1的所有tokens，而最后一个向量(索引1)分配给属于输入2的所有tokens。如果一个输入只有一个输入语句，那么它的Segment嵌入就是对应于Segment嵌入表的索引为0的向量。

Position嵌入

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BERT由一堆Transformers 组成的，广义地说，Transformers不编码其输入的顺序特征。在这个博客文章：https://medium.com/@init/how-self-attention-with-relatedposition-representations-works-28173b8c245a的动机部分更详细地解释了我的意思。总之，有Position嵌入将允许BERT理解给定的输入文本，比如：

I think, therefore I am

第一个“I”不应该与第二个“I”具有相同的向量表示。

实现

BERT被设计用来处理长度为512的输入序列。作者通过让BERT学习每个位置的向量表示来包含输入序列的顺序特征。这意味着Position嵌入层是一个大小为(512,768)的查找表，其中第一行是第一个位置上的任意单词的向量表示，第二行是第二个位置上的任意单词的向量表示，等等。因此，如果我们输入“Hello world”和“Hi there”，“Hello”和“Hi”将具有相同的Position嵌入，因为它们是输入序列中的第一个单词。同样，“world”和“there”的Position嵌入是相同的。

合并表示

我们已经看到，长度为n的token化输入序列将有三种不同的表示，即：

• token嵌入，形状(1,n, 768)，这只是词的向量表示
• Segment嵌入，形状(1,n, 768)，这是向量表示，以帮助BERT区分成对的输入序列。
• Position嵌入，形状(1,n, 768)，让BERT知道其输入具有时间属性。

对这些表示进行元素求和，生成一个形状为(1,n, 768)的单一表示。这是传递给BERT的编码器层的输入表示。