BART详解

一切都得从Transformer说起。Transformer左半边为Encoder，右半边为Decoder。我们将Encoder输入的句子称为source，Decoder输入的句子称为target

Encoder负责将source进行self-attention并获得句子中每个词的representation，最经典的Encoder架构就是BERT，通过Masked Language Model来学习词之间的关系，另外还有XLNet, RoBERTa, ALBERT, DistilBERT等等。但是单独Encoder结构不适用于生成任务

Decoder如下图所示，输入与输出之间差一个位置，主要是模拟在Inference时，不能让模型看到未来的词，这种方式称为AutoRegressive，常见的基于Decoder的模型通常是用来做序列生成的，例如GPT, CTRL等等。但是单独Decoder结构仅基于左侧上下文预测单词，无法学习双向交互

而两者合在一起后，就能当成一种Seq2Seq模型，进行翻译任务。下图是BART的主要结构，看上去似乎和Transformer没什么不同，主要区别在于source和target

训练阶段，Encoder端使用双向模型编码被破坏的文本，然后Decoder采用自回归的方式计算出原始输入；测试阶段或者是微调阶段，Encoder和Decoder的输入都是未被破坏的文本

BART vs Transformer

BART使用标准的Transformer模型，不过做了一些改变：

1. 同GPT一样，将ReLU激活函数改为GeLU，并且参数初始化服从正态分布$N(0, 0.02)$
2. BART base模型的Encoder和Decoder各有6层，large模型增加到了12层
3. BART解码器的各层对编码器最终隐藏层额外执行cross-attention
4. BERT在词预测之前使用了额外的Feed Forward Layer，而BART没有

Pre-training BART

BART作者尝试了不同的方式来破坏输入：

• Token Masking：Following BERT (Devlin et al., 2019), random tokens are sampled and replaced with [MASK] elements.
• Sentence Permutation：A document is divided into sentences based on full stops, and these sentences are shuffled in a random order.
• Document Rotation：A token is chosen uniformly at random, and the document is rotated so that it begins with that token. This task trains the model to identify the start of the document.
• Token Deletion：Random tokens are deleted from the input. In contrast to token masking, the model must decide which positions are missing inputs.
• Text Infilling：A number of text spans are sampled, with span lengths drawn from a Poisson distribution ($\lambda=3$). Each span is replaced with a single [MASK] token. 0-length spans correspond to the insertion of [MASK] tokens. Text infilling teaches the model to predict how many tokens are missing from a span.

Fine-tuning BART

Sequence Classification Tasks

序列分类任务中，编码器和解码器的输入相同，解码器token的最终隐藏状态被输入到多类别线性分类器中。BART在解码器最后额外添加了一个token，如下图所示，该token位置的输出可以被认为是该句子的representation

Sequence Generation Tasks

由于BART具备自回归解码器，因此它可以针对序列生成任务进行直接微调，如问答或者文本摘要

Machine Translation

作者采用新的随机初始化Encoder替换BART编码器的Embedding层。该模型以端到端的方式进行训练，即训练一个新的编码器将外来词映射到输入。新的编码器可以使用不同于原始 BART 模型的词汇。其中随机初始化Encoder的训练分两步，均需要将来自 BART 模型输出的交叉熵损失进行反向传播。第一步，作者冻结 BART 的大部分参数，仅更新随机初始化的Encoder、BART 位置嵌入和 BART 编码器第一层的自注意力输入投影矩阵。第二步，作者将所有模型参数进行少量迭代训练

Results

从上表可以看出，貌似带上Document Rotation或Sentence Shuffling效果都不是太好，可以这么理解，假如模型在训练的时候看到的句子顺序都是乱的，它可能就认为这个世界的句子顺序都是乱的，当你做测试的时候，输入的句子是正序的，可能模型就不知所措了。实际上Text Infilling可以看作是Token Masking+Token Deletion，所以Text Infilling效果这么好也可以理解

Reference

• FB-BART新的预训练模型
• 【NLP】Facebook提出的预训练模型BART