卷友们好，我是rumor。 写这篇文章的时候，我的心情很复杂。简单的来说，有一个好消息和坏消息。好消息是我们今年2月投稿的ACL中了，用对比学习做文本表示，刷过了BERT-flow，直接提了2-5个点。坏消息是我们一直没挂出来，想憋大招等5月份ACL正式通知下来一起宣传，没想到陈丹琦组在4月份推出了SimCSE，比我们高个1-2点。
更坏的消息是，我虽然很早就看到了SimCSE的论文，但只瞟了眼第一页的结果，心中默认他们放的是large模型表现（比我们低）。所以在准备ConSERT宣传工作之前我一直沉浸在某种自我陶醉的状态，跟一些知道的小伙伴也都夸下了海口，说「我们还是SOTA，稳」。直到ACL正式结果下来，领导说咱们开始PR吧，我们才发现人家SimCSE放的是base模型结果。那种感觉，就像跑N*400米，我以为自己跑在第一个，实际上已经被套圈了。 Anyway，跑都跑了，还是分享一些我们在工作中发现的有意思的点以及思考。
论文链接： https://arxiv.org/pdf/2105.10497 代码： https://github.com/yym6472/ConSERT
一、简介NPL+对比学习
P.S. 对比学习的背景就不过多介绍了，不了解的同学可以参考。
到底在解决什么问题
ConSERT、SimCSE等方法，在应用了对比学习之后，都比之前的方法有了很大提升。这是因为BERT的表示本身存在塌缩的问题。
之前BERT-flow的论文就有提到过，通过对BERT词表示的观察，会发现整体呈锥形分布：高频词聚集在锥头部，低频词分散在锥尾。又由于高频词本身是高频的，因此会dominate句子表示，让整体的相似度都很高，如下图a所示：
如果我们去掉句子中的高频词，效果就会好一些，如下图蓝色的线：
再来看对比学习，它是通过拉近相同样本的距离、拉远不同样本的距离，来刻画样本本身的表示，正好可以解决BERT表示的塌缩问题。经过对比学习增量训练后，我们也可以观察出整体的句子表示确实更均匀了些（上图b、橙色线）。
数据增强方法很重要
在最初做对比学习时，我们的思路局限在有监督对抗扰动和BERT输出后的表示对比上（比如mean、max池化后的对比），但提升一直有限。直到渊蒙发现即使不使用任何方法，直接拉近相同表示、拉远不同表示也会有不错的提升后，我们的重点才又放到了句子前期的扰动上。
参考其他NLP论文的数据增强后，我们在Embedding层使用了：
shuffle： 更换position id的顺序
token cutoff： 在某个token维度把embedding置为0
feature cutoff： 在embedding矩阵中，有768个维度，把某个维度的feature置为0
dropout： 顺着cutoff，我们又想到了dropout
再看SimCSE的思路还是很巧妙的，我们只局限在了Embedding layer和Pool layer的扰动上，意识到扰动越提前，越会被网络放大，而没意识到在Transformer的每一层都可以增加扰动，把diff更加放大，提升任务难度。
有意思的是两篇论文得出的结论是不一样的，我们对比后发现Feature cutoff+Shuffle的效果最好（当然我们的dropout其实弱一些）：
再把SimCSE的思路拿过来，如果在transformer每一层都做shuffle或者cutoff，说不定也能有些提升。
另外我们也尝试了SimCLR那样增加一层MLP、或者用SimSiam，但基本都没效果。估计是因为BERT的学习能力已经很强了，不需要其他变化来辅助。
所以总结下来，数据增强方法在NLP对比学习上是关键的一环，变化太大会影响语义，太小则没效果，需要适当把握度，在每一层微微加些扰动。
调参也重要
实验过程中，我们发现temperature超参数对于效果的影响非常大：
再看对比学习的公式：
我们猜想是，当 \tauτ 过小时，样本之间的分数diff就会增大，降低模型学习难度，但过大时，因为BERT本身已经存在塌缩现象（句子向量分数都非常接近），就会让任务变得太难，模型不一定能学会。
另外learning rate的影响也不小，最近在仔细看了SimCSE的设置后，不甘的我们又悄悄做了些实验，调参小能手渊蒙强势上线：
虽然真正落地时大家会更关注数据的影响，但在给定数据集、数据量不大的情况下，调参还是会带来几个点的波动。但局限在调参取胜还是不可取的，真正的好方法应该兼具鲁棒性。
遗留问题
整个工作下来，我们对于对比学习的探索还是很多的，但实际还有一个问题，估计只有真正做过对比学习的人才注意到了，那就是停止策略。
对比学习虽然可以拉远样本表示，解决它们塌缩到一起的问题，但拉远到什么程度是个头呢？
实验中我们发现，如果放任它一直训练下去，效果就会极速下降，造成「反向塌缩」。
所以只能使用STS-B作为dev集，频繁地进行评估，保留最优step，SimCSE也是同样的做法。但这种做法也不能算是「真正的无监督」，像BERT那样可以在大语料上一直预训练。
关于停止策略我们也找了一些方法，并和其它做对比学习的同学讨论，总体的思路是在对比学习（最大化互信息）的同时最小化与任务无关的互信息，但方法比较复杂，由于时间原因没有再继续深入，感兴趣的同学可以参考以下文章：
NIPS2020: What Makes for Good Views for Contrastive Learning? ICLR2021: Self-Supervised Learning From a Multi-View Perspective ICLR2021: FAIRFIL: Contrastive Neural Debiasing Method For Pretrained Text Encoders
这个方向还是有价值深挖一下的，因为目前我们只停留在了dev集最优结果上，如果能找到减缓反向塌缩的方法，继续训练，说不定能找到更优的结果。
二、论文Novelty
在最终写作论文的过程中，我们最担心的问题是ConSERT的方法会不会被质疑是A+B，自己的novelty不够，确实审稿人也提出了这点。
关于这点相信大家做研究也会碰到，每个人都有不同的想法。个人认为方法的拼凑、简单不要紧，重要的还是效果。像之前的SBERT其实也只是把BERT拿来放到经典的框架里实现了一把，但由于方法简单、开源库方便而产生了很大的影响力。虽然一些文章也会被称为「灌水」（见下图），但大部分作者还是在用心钻研其他方法对自己领域的作用，并提供一些经验作为后人的参考。
所以有价值的研究不一定要多fancy，能真正对落地效果有提升就可以。甚至方法越简单越好，简单到极致就是优雅。
三、总结
最后，还有一个take away，就是追热点的研究一定请快！狠！准！
早点放到arixv上占坑。前段时间批量的MLP模型出世估计也是大佬们忍不住了，齐刷刷出来占坑。
Illustration by Rosina Gavrilash from Icons8
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