“英特尔创新大师杯”深度学习挑战赛 赛道2：CCKS2021中文NLP地址要素解析.zip

# CCKS2021-赛道二-中文NLP地址要素解析 团队：xueyouluo 初赛：1 - 93.63 复赛：3 - 91.32 > 这里的代码是复赛的全流程代码，需要在32G显存的卡上才能正常跑通，如果没有这么大的显存，可以考虑将seq_length改成32，以及减小batch size。 ## 解决方案 ### 初赛 整体还是以预训练+finetune的思路，主要在模型结构、预训练、模型泛化能力提升、数据增强、融合、伪标签、后处理等方面做了优化。 #### 模型 现在的实体识别方案很多，包括BERT+CRF的序列标注、基于Span的方法、基于MRC的方法，我这里使用的是基于BERT的Biaffine结构，直接预测文本构成的所有span的类别。相比单纯基于span预测和基于MRC的预测，Biaffine的结构可以同时考虑所有span之间的关系，从而提高预测的准确率。 > Biaffine意思双仿射，如果`W*X`是单仿射的话，`X*W*Y`就是双仿射了。本质上就是输入一个长度为`L`的序列，预测一个`L*L*C`的tensor，预测每个span的类别信息。 具体来说参考了论文[Named Entity Recognition as Dependency Parsing](https://arxiv.org/abs/2005.07150)，但是稍有区别： - 纯粹基于bert进行finetune，不利用fasttext、bert等做context embedding抽取，这也是为了简化模型 - 不区分char word的embedding，默认就是char【中文的BERT基本都是char】 - 原来的论文中有上下文的多句话，这里默认都是一句话【数据决定】 - 同时改进了原有greedy的decoding方法，使用基于DAG的动态规划算法找到全局最优解 但是这种方法也有一些局限： - 对边界判断不是特别准 - 有大量的负样本 > 原来我也实现过[Biaffine-BERT-NER](https://github.com/xueyouluo/Biaffine-BERT-NER),但这里的版本优化了一些。 #### 预训练 在比较了大部分开源的预训练模型后，哈工大的electra效果比较好，因此我们采用了electra的预训练方法。使用了本赛道的所有数据+赛道三的初赛所有数据，构建了预训练样本，分别继续预训练base和large的模型33K步【大概15个epoch】。 > 继续预训练模型可以提升1个百分点左右的效果，还是非常有效的。 #### 泛化能力提升 这些应该是属于比较基本的操作了，主要包括： - 使用了对抗学习（FGM）的方法，但代价是训练速度慢了一倍 - 在Dropout方面加入了spatial dropout和embedding dropout - 使用SWA的方法避免局部最优解 需要在验证集上调参找到比较合适的值。 #### 数据增强 我们用到了开源的一份地址解析数据，来自[《Neural Chinese Address Parsing》](https://github.com/leodotnet/neural-chinese-address-parsing)。参考赛道二的标注规范，使用规则将数据进行清洗，并用这份数据作为数据增强的语料。同时利用统计信息稍微优化了一下数据，即认为一个span如果被标注次数大于10，并且有一个类别占比不到10%且标注数量小于5就认为是不合理的并将其抛弃。 我们使用了同类型实体替换的方法进行数据增强，然后将预训练后的模型在这份数据上finetune。最后用赛道本身的数据进行二次finetune。初赛上，上面的流程走下来可以在dev上达到94.71，线上92.56。 #### 融合 融合的提升非常明显。在融合上，我们使用了electra-base和electra-large两个模型，分别进行预训练和finetune，然后5-fold。 最后对实体进行投票，其中base权重1/3，large权重2/3，只选择投票结果大于3的实体作为最终结果。 > 初赛上，base单独5-fold融合为93.0，large单独5-fold融合为93.477。二者加权融合为93.537。 #### 伪标签 在融合的基础上，我们进一步使用了伪标签，即将上面的融合后预测的测试集结果作为伪标签，重新训练了base模型的一个fold，再进行预测，最终线上可以到93.5920。后面我也实验了训练5-fold的模型，测试下来可以到93.6087。 #### 后处理 我这边后处理比较简单，主要对特殊符号进行了处理，由于一些特殊符号在训练集没有见过，导致模型预测错误。对于包含特殊符号的实体，如果特殊符号是在实体的边界，那么直接去除特殊符号，保留原来的实体类型；如果不是，则去除这个实体。在伪标签结果的基础上加后处理，线上到93.6212。 #### 实验结果 | 序号 | 实验 | Dev指标 | 线上指标 | | :--: | :-------------------------------------: | ------- | :------: | | 1 | Biaffine + roberta ext | 92.15 | | | 2 | Biaffine + google bert | 92.33 | | | 3 | 2 + FGM | 92.79 | | | 4 | 3 + spatial dropout + embedding dropout | 92.94 | 90.65 | | 5 | 4 + extra data + finetune | 93.74 | | | 6 | 5 + 数据增强 | 93.98 | | | 7 | 6 + roberta ext pretrain | 94.15 | 92.08 | | 8 | 5 + electra base | 94.19 | | | 9 | 5 + electra large | 94.32 | 92.13 | | 10 | 5 + electra base pretrain | 94.71 | 92.56 | | 11 | 5 + electra large pretrain | 94.54 | | | 12 | 10 + 5-fold | - | 93.009 | | 13 | 11 + 5-fold | - | 93.499 | | 14 | 12 + 13 | - | 93.537 | | 15 | 14 + pseudo tag | - | 93.62 | | 16 | 15 + 5-fold | - | 93.63 | ### 复赛 复赛上我对原来的流程基本没有做什么改动【主要也是我也没想到什么好改进的点了】，就是预训练改了一下。 复赛由于线上训练时间12h的限制，我不可能跑那么久的预训练了【我线下训练large的模型花了20多个小时😂】，因此预训练的语料只用了本赛道的数据集+开源的数据集来减少预训练的时间。 > 唯一非常折腾我的是，large模型在复赛的时候效果一直比不上base模型，可能是预训练不够导致的。 我在复赛的时候都是全流程提交的，直接线上调参了。大概的结果如下【都是5-fold】： | 序号 | 实验 | 线上指标 | | :--: | :----------------------: | :------: | | 1 | Electra-base | 89.15 | | 2 | Electra-large | 89.58 | | 3 | Electra-base + pretrain | 90.74 | | 4 | Electra-large + pretrain | 90.75 | | 5 | 3 + 4 | 91.08 | | 6 | 5 + fake 1-fold | 91.31 | | 7 | 6 + fake 5-fold | 91.32 | 最终复赛的结果就是91.32，离第一还是有2个千分点差距的。更多细节就看代码吧，毕竟全都在代码里面了。 ## 运行 ### 运行环境 我们选择了英伟达提供的[docker](nvcr.io/nvidia/tensorflow:19.10-py3)作为基础镜像进行训练，主要是为了避免配环境的各种问题。 具体： - Unbuntu == 16.04 - Python == 3.6.8 - GPU V100 32G - 1.14.0 <= Tensorflow-gpu <= 1.15.* ### 数据准备 #### 赛道数据 这里不提供比赛的数据，大家自己下载好放在tcdata目录下。 #### 预训练模型 预训练模型我们使用了哈工大开源的[中文ELECTRA模型](https://github.com/ymcui/Chinese-ELECTRA#%E5%A4%A7%E8%AF%AD%E6%96%99%E7%89%88%E6%96%B0%E7%89%88180g%E6%95%B0%E6%8D%AE)，具体为大语料版本的模型： - [ELECTRA-180g-large, Chinese](https://drive.google.com/file/d/1P9yAuW0-HR7WvZ2r2weTnx3slo6f5u9q/view?usp=sharing) - [ELECTRA-180g-base, Chinese](https://drive.google.com/file/d/1RlmfBgyEwKVBFagafYvJgyCGuj7cTHfh/view?usp=sharing) 下载后解压在user_data/electra目录下