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Chinese-poetry-generation

(★ 23)

NLP project, based on Bert/UNILM

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# Chinese-poetry-generation
**实验目的**

编程实现一个文本生成模型来进行古诗生成。要求输入七言绝句的第一句，模型能生成剩余的三句古诗。

**数据描述**

•       数据集共分为训练集、验证集及测试集三部分。

•       训练集和验证集每行均代表一首完整的古诗，体裁为七言绝句（每句7 字，一共4 句）。

•       测试集中的每行为一个样本，只有古诗的第一句话，要求模型能以古诗的所给的第一句为输入来生成剩余的三句。

**方法探究**

传统的方法是使用seq2seq模型（encoder-decoder）加上attention机制，原理不再赘述。输入序列是古诗的第一句话，目标序列是古诗的后三句，或者只是后一句（然后接着递归生成到三句）。两种方式我都简单地尝试了，不仅收敛慢，而且效果也不是很好，体现在几乎为零的押韵、对仗以及通顺程度上。

![img](https://i.loli.net/2019/12/29/P1txJAn9iwk7yUh.png)

seq2seq模型

![img](https://i.loli.net/2019/12/29/JRQXvyukUGA4c1h.png)

四个例子（左边是现有的，右边是生成的）

虽然说“万物皆可seq2seq”，但如何取得更好的效果？我自然想到了Bert模型在生成方面的应用——UNILM。

UNILM中seq2seq LM的思想很简单，直接通过mask矩阵将seq2seq当成句子补全来做，比如说输入 “两个黄鹂鸣翠柳”，目标句子是“一行白鹭上青天”，那UNILM将这两个句子拼成一个：[CLS] 两个黄鹂鸣翠柳[SEP]一行白鹭上青天[SEP]。经过这样转化之后，可以训练一个语言模型，然后输入“[CLS]两个黄鹂鸣翠柳[SEP]”来逐字预测“一行白鹭上青天”，直到出现“[SEP]”为止。

![](https://i.loli.net/2019/12/29/vyGsWQIL2cTnbeR.png)

过程演示

![](https://i.loli.net/2019/12/29/YJ1poOtdewlvCqD.png)

输入部分做双向Attention，输出部分做单向Attention

好处是，我们只需要在单个bert模型上添加这样的mask，其他直接沿用bert的架构和权重就行了，非常容易实现。

**步骤**

•       由于时间紧迫，我直接调用了现有的bert4keras包，里面集成了mask的方案，这使我们在搭建模型方面几乎没有困难。

•       将古诗按第一句和后三句切分，然后使用tokenizer.encode将这两部分拼起来，并得到对应的token_id和segment_id：

![](https://i.loli.net/2019/12/29/ivOgezrQZcA3FE4.png)

•       调用本地的Albert模型（albert_small_zh_google）

![](https://i.loli.net/2019/12/29/IHyaGkDEJQ16gU8.png)

•       损失函数采用输入和输出的交叉熵，并且要mask掉第一句的部分

•       预测时使用Beam Search，在每步计算时只保留当前最优的topk个候选结果。

**实验结果**

本次实验采用Google的colab环境，训练了百余个epoch，时间大约有一天多，训练集上的loss一直下降，但是验证集上的loss有很大波动，导致很难选择最好的模型（可能是《Sequence-to-Sequence Learning as Beam-Search Optimization》中提到的局部训练导致局部最优问题）。我最后选择了train loss稳定后val loss较小的作为最终模型。

同时，在本次实验中，我苦恼于评测标准的选取，因为传统的BLEU是用来评测翻译的，本质是计算两个句子的共现词频率，但我们的古诗并不是机械的翻译，而且想做到和原句共现词很多是特别困难的（考虑到相似的意象和意境）。我查询到前人的一些指标：诗性（音韵要求）、流畅性、条理性、内涵性，但是这些需要专家的评价，我只好自己斗胆稍微分析一下。

![](https://i.loli.net/2019/12/29/8RsCxYivG7mcPdI.png)

• 诗性：可以发现，模型能够学到基本的押韵，二四句能押上，也有一定的对仗，比如“莺声涩”、“蝶梦残”。

• 流畅性：整体可读，略有不足之处是会出现难以理解的短语，比如第一首的“两诸斑”。

• 条理性：我们的模型的输出是21个连起来的字，但是每七个字会自动成意，而且前后诗句表达的内容基本是一致的，不会南辕北辙。

• 内涵性：生成的后三句紧紧围绕了第一句的主题，情感极性能做到一致

总之，本次采用的方法取得了一定的效果，虽然离原诗还有一定的距离，但是已经初具雏形，某些诗甚至和原诗不相上下。如果再训练一段时间，或者使用更大的语料，应该可以达到更佳的效果。

**总结反思**

在本次作业中，我们把UNILM中seq2seq的思想应用到诗歌生成上，把万能的seq2seq和bert的强大结合在一起，得到了比传统RNN以及seq2seq更好的效果。而且我们使用的只是最基本的模型，如果有时间加上格律的控制、主题的规划，应该可以更进一步。

当然，以目前诗歌生成技术，学习到的仍然只是知识的概率分布，因此尽管生成的诗歌看起来有模有样，但是感觉只是徒有其表，缺乏一丝灵性。另外一方面，诗歌缺乏可靠的自动评估方法，优化的目标函数和主观的评价指标之间存在较大的gap，也影响了诗歌生成质量的提高。这都是我们需要思考和解决的。

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