华为诺亚方舟开源哪吒、TinyBERT模型，可直接下载使用

昨日， 华为 诺亚方舟实验室的 NLP 团队开源了两个重要的预训练 语言模型 ——哪吒和 TinyBERT。这两个模型可以直接下载、预训练和微调。 华为 语音语义首席科学家刘群在微博上转发了这一消息。

项目地址：https://github.com/huawei-noah/Pretrained-Language-Model

根据 GitHub 上的介绍，这一项目是诺亚方舟实验室用来开源各种预训练模型的项目，目前有两个，日后不排除有更多模型加入进来。

哪吒模型

该项目中第一个开源的模型是哪吒（NEZHA：NEural contextualiZed representation for CHinese lAnguage understanding），是 华为 诺亚方舟实验室自研的预训练 语言模型 ，在一些 NLP 任务上取得了 SOTA 的表现。这一模型基于 BERT，可以在普通的 GPU 集群上进行训练，同时融合了英伟达和谷歌代码的早期版本。

在今年的智源大会上，刘群介绍了哪吒模型的相关工作。

哪吒是一个基于 BERT 进行优化和改进的预训练 语言模型 ，中文采用的语料是 Wikipedia 和 Baike 和 News，而谷歌的中文语料只用了 Wikipedia。英文的哪吒采用的是 Wikipedia 和 BookCorpus，跟中文一样。

哪吒在训练过程中采用了 华为 云，能够实现多卡多机训练。当然，本次发布的哪吒和 华为 的版本有些不同，可以在一般的 GPU 上训练。此外，哪吒还采用了英伟达的混合精度训练方法，本次项目开源的时候也公开了。

预训练过程

模型的使用方法和 BERT 类似。首先，用户需要准备数据，方法和 BERT 准备数据的过程类似：

python utils/create_pretraining_data.py  
                      --input_file=./sample_text.txt  
                      --output_file=/tmp/tf_examples.tfrecord  
                      --vocab_file=./your/path/vocab.txt  
                      --do_lower_case=True  
                      --max_seq_length=128  
                      --max_predictions_per_seq=20  
                      --masked_lm_prob=0.15  
                      --random_seed=12345  
                      --dupe_factor=5
                    

在训练过程中，用户需要准备 horovod 分布式训练环境，然后运行 script 文件夹中的 run_pretraining.sh 文件即可。

微调过程

目前，哪吒模型支持三种任务上的微调： 文本分类 、序列标注和类似 SQuAD 的机器阅读理解，微调的相关代码基于谷歌的相关代码。

预训练过程如下：

• 下载预训练模型，解压模型文件、词汇文件和配置文件到文件夹「nezha」中；

• 建立微调任务，根据任务不同运行不同的脚本：

  • scripts/run_clf.sh 脚本用于文本分类 任务，如 LCQMC、ChnSenti 和 XNLI；

  • scripts/run_seq_labelling.sh 脚本用于序列标注任务，如 Peoples-daily-NER；

  • scripts/run_reading.sh 脚本用于机器阅读理解任务，如 CMRC 2018；

• 从相关输出位置获得结果。

需要注意的是，CMRC 任务的评估稍有不同，需要运行以下代码：

python cmrc2018_evaluate.py data/cmrc/cmrc2018_dev.json output/cmrc/dev_predictions.json output/cmrc/metric.txt.
    

以上任务需要的文件都保存在了项目文件夹中。

哪吒模型已经可以下载，已有四种中文的预训练模型，分别是 base、large 和对应的 mask 和全词 mask 类型。

下载地址：https://pan.baidu.com/s/1V7btNIDqBHvz4g9LOPLeeg

密码：x3qk

TinyBERT

本项目开源的另一个模型是 TinyBERT，这是一个通过蒸馏方法获得的 BERT 模型。

TinyBERT 的建模过程。

相比原版的 BERT-base，TinyBERT 比它小了 7.5 倍，推理速度则快了 9.4 倍。无论是在预训练阶段还是特定任务学习阶段，TinyBERT 的性能都更好。

使用方法

TinyBERT 的使用方法和哪吒项目有所不同，它分为三个步骤：蒸馏、数据增强以及特定任务蒸馏。

1. 蒸馏

在第一个蒸馏阶段，研究者需要使用原版的 BERT-base（没有微调的版本）作为教师模型、通过 Transformer 蒸馏的方法，可以获得一个泛化的 TinyBERT 模型。之后再进行特定任务蒸馏。

泛化蒸馏有两个步骤：生成 json 形式的语料，然后进行蒸馏。

第一步，使用 use pregenerate_training_data.py 文件，生成语料。

# ${BERT_BASE_DIR}$ includes the BERT-base teacher model.
      python pregenerate_training_data.py 
      --train_corpus ${CORPUS_RAW}   
      --bert_model ${BERT_BASE_DIR}$  
      --reduce_memory --do_lower_case  
      --epochs_to_generate 3  
      --output_dir ${CORPUS_JSON_DIR}$
    

第二步，使用 use general_distill.py 进行蒸馏。

# ${STUDENT_CONFIG_DIR}$ includes the config file of student_model. 
      python general_distill.py --pregenerated_data ${CORPUS_JSON}$   
      --teacher_model ${BERT_BASE}$  
      --student_model ${STUDENT_CONFIG_DIR}$  
      --reduce_memory --do_lower_case  
      --train_batch_size 256  
      --output_dir ${GENERAL_TINYBERT_DIR}$
    

在项目中，研究者提供了已蒸馏过的 TinyBERT 模型。

2. 数据增强

数据增强是一个能够扩展特定任务中训练集的方法。通过学习更多任务相关的样本，学生模型的泛化能力可以进一步提升。研究者在数据增强阶段结合了 BERT 和 GloVe 的方法，进行词级别的替换，以此来增强数据。

在这里，用户可以使用 data_augmentation.py 文件进行数据增强。增强后的数据集文件会自动保存在对应的 ${GLUE_DIR/TASK_NAME}$ 中。

python data_augmentation.py 
      --pretrained_bert_model ${BERT_BASE_DIR}$  
      --glove_embs ${GLOVE_EMB}$  
      --glue_dir ${GLUE_DIR}$   
      --task_name ${TASK_NAME}$
    

在运行 GLUE 任务中的数据增强代码前，你需要下载 GLUE 数据，并解压文件到 GLUE_DIR 中。在命令行中，TASK_NAME 可以是 GLUE 任务中的 CoLA、SST-2、MRPC、STS-B、QQP、MNLI、QNLI 和 RTE。

3. 特定任务蒸馏

这一阶段主要对 transformer 进行进一步蒸馏，以提升在特定任务上的性能。这一阶段分两步：首先进行中间层蒸馏，然后进行预测层蒸馏。

运行 task_distill.py 即可进行中间层蒸馏。

# ${FT_BERT_BASE_DIR}$ contains the fine-tuned BERT-base model.
      python task_distill.py 
      --teacher_model ${FT_BERT_BASE_DIR}$  
      --student_model ${GENERAL_TINYBERT_DIR}$  
      --data_dir ${TASK_DIR}$  
      --task_name ${TASK_NAME}$   
      --output_dir ${TMP_TINYBERT_DIR}$  
      --max_seq_length 128  
      --train_batch_size 32  
      --num_train_epochs 10  
      --aug_train  
      --do_lower_case
    

之后运行 task_distill.py 即可进行预测层蒸馏。

python task_distill.py 
      --pred_distill  
      --teacher_model ${FT_BERT_BASE_DIR}$  
      --student_model ${TMP_TINYBERT_DIR}$  
      --data_dir ${TASK_DIR}$  
      --task_name ${TASK_NAME}$  
      --output_dir ${TINYBERT_DIR}$  
      --aug_train   
      --do_lower_case  
      --learning_rate 3e-5  
      --num_train_epochs 3  
      --eval_step 100  
      --max_seq_length 128  
      --train_batch_size 32 
    

模型性能评估

TinyBERT 的模型性能评估使用的是单独的代码，运行 task_distill.py 即可。

${TINYBERT_DIR}$ includes the config file, student model and vocab file.
      python task_distill.py 
      --do_eval  
      --student_model ${TINYBERT_DIR}$  
      --data_dir ${TASK_DIR}$  
      --task_name ${TASK_NAME}$  
      --output_dir ${OUTPUT_DIR}$  
      --do_lower_case  
      --eval_batch_size 32  
      --max_seq_length 128 
    

安装方法

对于 TinyBERT，用户需要下载专门的模型，安装相关依赖（基于 Python3）：

pip install -r requirements.txt
    

模型分为以下几种：

1. 没有特定任务蒸馏的泛化模型：

论文复现版本：

General_TinyBERT(4layer-312dim)

下载地址：https://drive.google.com/uc?export=download&id=1dDigD7QBv1BmE6pWU71pFYPgovvEqOOj

General_TinyBERT(6layer-768dim)

下载地址：https://drive.google.com/uc?export=download&id=1wXWR00EHK-Eb7pbyw0VP234i2JTnjJ-x

第二版 (2019/11/18) 使用更多数据、无 [MASK] 语料版本：

General_TinyBERT_v2(4layer-312dim)

下载地址：https://drive.google.com/open?id=1PhI73thKoLU2iliasJmlQXBav3v33-8z

General_TinyBERT_v2(6layer-768dim)

下载地址：https://drive.google.com/open?id=1r2bmEsQe4jUBrzJknnNaBJQDgiRKmQjF

2. GLUE 任务上蒸馏后的模型

每个任务对应一个模型，这些模型可以使用之前提供的评估代码进行评估：

TinyBERT(4layer-312dim)

下载地址：https://drive.google.com/uc?export=download&id=1_sCARNCgOZZFiWTSgNbE7viW_G5vIXYg

TinyBERT(6layer-768dim)

下载地址：https://drive.google.com/uc?export=download&id=1Vf0ZnMhtZFUE0XoD3hTXc6QtHwKr_PwS

项目作者表示，之后他们会测试 TinyBERT 在中文任务上的表现、尝试使用哪吒或 ALBERT 作为教师模型进行蒸馏，以及公开性能更好的模型等。