簡介：近來 BERT等大規模預訓練模型在 NLP 領域各項子任務中取得了不凡的結果，但是模型海量參數，導致上線困難，不能滿足生產需求。輿情審核業務中包含大量的垃圾輿情，會耗費大量的人力。本文在垃圾輿情識別任務中嘗試 BERT 蒸餾技術，提升 textCNN 分類器性能，利用其小而快的優點，成功落地。

近來 BERT等大規模預訓練模型在 NLP 領域各項子任務中取得了不凡的結果，但是模型海量參數，導致上線困難，不能滿足生產需求。輿情審核業務中包含大量的垃圾輿情，會耗費大量的人力。本文在垃圾輿情識別任務中嘗試 BERT 蒸餾技術，提升 textCNN 分類器性能，利用其小而快的優點，成功落地。

風險樣本如下：

一 傳統蒸餾方案

目前，對模型壓縮和加速的技術主要分為四種：

• 參數剪枝和共享
• 低秩因子分解
• 轉移/緊湊卷積濾波器
• 知識蒸餾

知識蒸餾就是將教師網絡的知識遷移到學生網絡上，使得學生網絡的性能表現如教師網絡一般。本文主要集中講解知識蒸餾的應用。

1 soft label

知識蒸餾最早是 2014 年 Caruana 等人提出方法。通過引入 teacher network（復雜網絡，效果好，但預測耗時久） 相關的軟標簽作為總體 loss 的一部分，來引導 student network（簡單網絡，效果稍差，但預測耗時低） 進行學習，來達到知識的遷移目的。這是一個通用而簡單的、不同的模型壓縮技術。

• 大規模神經網絡 (teacher network)得到的類別預測包含了數據結構間的相似性。
• 有了先驗的小規模神經網絡(student network)只需要很少的新場景數據就能夠收斂。
• Softmax函數隨著溫度變量（temperature）的升高分布更均勻。

Loss公式如下：

其中，

由此我們可以看出蒸餾有以下優點：

• 學習到大模型的特征表征能力，也能學習到one-hot label中不存在的類別間信息。
• 具有抗噪聲能力，如下圖，當有噪聲時，教師模型的梯度對學生模型梯度有一定的修正性。
• 一定的程度上，加強了模型的泛化性。

2 using hints

(ICLR 2015) FitNets Romero等人的工作不僅利用教師網絡的最后輸出logits，還利用了中間隱層參數值，訓練學生網絡。獲得又深又細的FitNets。

中間層學習loss如下：

作者通過添加中間層loss的方式，通過teacher network 的參數限制student network的解空間的方式，使得參數的最優解更加靠近到teacher network，從而學習到teacher network的高階表征，減少網絡參數的冗余。

3 co-training

(arXiv 2019) Route Constrained Optimization (RCO) Jin和Peng等人的工作受課程學習(curriculum learning)啟發，并且知道學生和老師之間的gap很大導致蒸餾失敗,導致認知偏差，提出路由約束提示學習(Route Constrained Hint Learning)，把學習路徑更改為每訓練一次teacher network，并把結果輸出給student network進行訓練。student network可以一步一步地根據這些中間模型慢慢學習，from easy-to-hard。

訓練路徑如下圖：

二 Bert2TextCNN蒸餾方案

為了提高模型的準確率，并且保障時效性，應對GPU資源緊缺，我們開始構建bert模型蒸餾至textcnn模型的方案。

方案1：離線logit textcnn 蒸餾

使用的是Caruana的傳統方法進行蒸餾。

方案2：聯合訓練 bert textcnn 蒸餾

參數隔離：teacher model 訓練一次，并把logit傳給student。teacher 的參數更新至受到label的影響，student 參數更新受到teacher loigt的soft label loss 和label 的 hard label loss 的影響。

方案3：聯合訓練 bert textcnn 蒸餾

參數不隔離: 與方案2類似，主要區別在于前一次迭代的student 的 soft label 的梯度會用于teacher參數的更新。

方案4：聯合訓練 bert textcnn loss 相加

teacher 和student 同時訓練，使用mutil-task的方式。

方案5：多teacher

大部分模型，在更新時候需要覆蓋線上歷史模型的樣本，使用線上歷史模型作為teacher，讓模型學習原有歷史模型的知識，保障對原有模型有較高的覆蓋。

實驗結果如下：

從以上的實驗，可以發現很有趣的現象。

1）方案2和方案3均使用先訓練teacher，再訓練student的方式，但是由于梯度返回更新是否隔離的差異，導致方案2低于方案3。是由于方案3中，每次訓練一次teacher，在訓練一次student，student學習完了的soft loss 會再反饋給teacher，讓teacher知道指如何導student是合適的，并且還提升了teacher的性能。

2）方案4采用共同更新的，同時反饋梯度的方式。反而textcnn 的性能迅速下降，雖然bert的性能基本沒有衰減，但是bert難以對textcnn每一步的反饋有個正確性的引導。

3）方案5中使用了歷史textcnn 的logit，主要是為了用替換線上模型時候，并保持對原有模型有較高的覆蓋率，雖然召回下降，但是整體的覆蓋率相比于單textcnn 提高了5%的召回率。

Reference

1.Dean, J. (n.d.). Distilling the Knowledge in a Neural Network. 1–9.
2.Romero A , Ballas N , Kahou S E , et al. FitNets: Hints for Thin Deep Nets[J].
3.Jin X , Peng B , Wu Y , et al. Knowledge Distillation via Route Constrained Optimization[J].

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的BERT 蒸馏在垃圾舆情识别中的探索的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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