【自然语言处理】SeqGAN的探索（踩坑）记录

我就是我 2022-01-31 00:23 493阅读 0赞

## 前言 ##

SeqGAN是2017年[《SeqGAN: Sequence Generative Adversarial Nets with Policy Gradient》][SeqGAN_ Sequence Generative Adversarial Nets with Policy Gradient]这篇论文提出的模型，使用了强化学习的策略梯度解决了之前GAN只能应用在生成器输出为连续值的问题（文本中词与词之间的表示是离散的）。  
属于比较开创的工作，之后的许多工作都是在这篇文章的基础进行的。今天主要是想研究SeqGAN这么久以来的一个踩坑记录的总结，主要是要讨论关于蒙特卡洛搜索树在这篇文章是怎么工作的。

## 内容 ##

在这个模型中，分为生成器和判别器。

##### 判别器 #####

判别器是一个二分类器，接收的是一个生成器生成的序列（句子），预训练和对抗训练都是由交叉熵作为目标函数进行训练。

##### 生成器 #####

生成器是一个基于循环递归神经网络的语言模型（RNNLM）。预训练是使用极大似然估计法（交叉熵作为目标函数）。  
在对抗训练中，该篇论文作者将其视为一个序列决策过程，每个序列状态是已生成的序列，使用策略梯度进行训练。这部分细节别的博客讲了很多，本文不再赘述，接下来主要描述下蒙特卡洛搜索树的过程。  
在策略梯度的训练过程中，需要对每个状态序列给于一个奖励（reward）。  
蒙特卡洛搜索树就是基于当前的序列状态（未生成完整的句子）进行补全。  
这里举个例子。  
我们将"< GO> 今天 的 天气 真的 非常好"视为一个句子。  
在这里我们需要得到每个单词的奖励。  
在"< GO>“状态序列时，进行补全，得到”< GO> 我 爱 吃 苹果 < PAD>"（举例的），扔到判别器进行判别得到的概率作为"< GO>“的奖励。  
在”< GO> 今天 “状态序列时，进行补全，得到”< GO> 今天 适合 野炊 < PAD> < PAD>"（举例的），扔到判别器进行判别得到的概率作"今天"的奖励。  
在"< GO> 今天 的"状态序列时，进行补全，得到"< GO> 今天 的 美女 很多 < PAD>"（举例的），扔到判别器进行判别得到的概率作为"的"奖励。  
在"< GO> 今天 的 天气"状态序列时，进行补全，得到"< GO> 今天 的 天气 不是 非常差"（举例的），扔到判别器进行判别得到的概率作为"天气"奖励。  
…  
在"< GO> 今天 的 天气 真的 非常好"状态序列时，直接扔到判别器进行判别得到的概率作为"非常好"奖励。  
那么，如何这个用代码实现，请看下面的片段。  
在"< GO> 今天 的"状态序列时，我们像训练(dynamic\_rnn)一样将""< GO> 今天"输入（注意，没有输入"的"），得到最后一个隐含状态。然后将隐含层状态和"的"作为推理的输入，得到输出词，再把输出的词和当前的隐含状态想做下一步的输入。  
那这里有需要注意的地方是，经过蒙特卡洛搜索树的句子扔到判别器得到概率，记得要和用判别器训练时的句子一样。  
比如"< GO> 这个 饭菜 真的 很好吃 < PAD> < EOS>“这样的句子去训练判别器，经过蒙特卡洛搜索树的句子”< GO> 这个 饭菜 真的 很好吃 < PAD> "(没有< EOS>)会立即被判别器判别为假的句子(判别器非常记仇，一旦训练时句子有< EOS>，然后没有< EOS>的句子会判别为假)。

## 不足 ##

SeqGAN的模型提出确实提高了文本生成的质量，但是目前也存在着两个问题。  
1.在训练过程中可以发现，判别器太好，以至于生成器生成的句子常常得到的都是被判别为假的（概率非常小），而这个是用来作为奖励进行训练的。这样会造成训练低下，有些论文称这个现象为梯度消失(vanishing gradient)。  
2.模式崩溃，这是原生GAN就存在的问题，即在让生成器学习真实样本的数据分布时只能学到一部分，以至于句子常常是重复的。

[SeqGAN_ Sequence Generative Adversarial Nets with Policy Gradient]: https://arxiv.org/pdf/1609.05473.pdf