BERT 的嵌入层是如何实现的？看完你就明白了
作者：__
编译：ronghuaiyang
导读： 非常简单直白的语言解释了BERT中的嵌入层的组成以及实现的方式。
介绍
在本文中，我将解释BERT中嵌入层的实现细节，即 token 嵌入、Segment 嵌入和 Position 嵌入。
简介
这是一张来自论文的图，它恰当地描述了 BERT 中每一个嵌入层的功能：
与大多数旨在解决 nlp 相关任务的深度学习模型一样，BERT 将每个输入 token(输入文本中的单词)通过 token 嵌入层传递，以便将每个 token 转换为向量表示。与其他深度学习模型不同，BERT 有额外的嵌入层，以 Segment 嵌入和 Position 嵌入的形式。这些附加的嵌入层的原因会在本文的最后变得清楚。
Token 嵌入
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
目的
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
目的
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。
总结
在本文中，我描述了 BERT 的每个嵌入层的用途及其实现。如果你有任何问题，请在评论中告诉我。
