TinyBERT 搜索：比BERT快10倍，小20倍

最近，谷歌推出了一种新的方法来进行搜索并决定你看到的结果。这种方法基于流行的开源 transformer BERT，使用语言理解来获取搜索背后的含义，而传统的关键字方法无法做到这一点。

我们构建 NBoost 是为了让非 Google 用户也能方便地使用高级搜索排名模型，在这个过程中，我们开发了 TinyBERT，这就是我在本文中要介绍的内容。

尤其是对于更长的、更具会话性的查询，或是在「for」和「to」等介词对词义非常重要的情况下进行的搜索，将能够理解查询中单词的上下文。你可以用一种你觉得很自然的方式去查找。

——Pandu Nayak，谷歌搜索副总裁

使 BERT 更小但更快

BERT 已经被证明可以改进搜索结果，但有一个缺点：运行这些查询理解模型需要大量的算力。当在面临速度很重要并且需要处理数以百万计的搜索时，这一点尤其关键。这一挑战如此艰巨，以至于谷歌甚至建立了自己的硬件——云 TPU 来运行这些模型。他们用来在生产中运行这些 TPU 的代码是私有的，所以任何想运行它的人就不那么走运了。

为了在标准硬件上运行这些模型，我们使用知识蒸馏，即使用一个较大的教师网络来训练一个较小的学生网络的过程，该网络保持了准确性，但使用的层数较少，因此通常较小，可以变得更小、更快。

图片来源：https://nervanasystems.github.io/distiller/knowledge_distillation.html 

TinyBERT 架构

我们使用此 repo 中的代码进行知识蒸馏，并对其进行了修改，以便在 MS-Marco 数据集上进行训练和评估。我们最初在 Pythorch 训练了一个教师网络，设置了 Marco 训练数据集。然后我们用它作为老师来训练一个只有 4 个隐藏层的更小的学生 BERT 网络，这个学生网络不是标准的 12 层。另外，这些层中的每一层的大小只有 312 而不是 768，这使得模型更加轻巧。我们在 BERT 的末尾使用一个前馈二值分类层来产生搜索排名的分数。

搜索分数对（问题，答案）或（搜索，搜索结果），然后根据这些分数对结果进行排序

下面是我们使用的 tinyBERT 架构的 bert_config.json 示例，与标准的 bert_config 有显著的区别。

{
“attention_probs_dropout_prob”: 0.1,
“cell”: {},
“emb_size”: 312,
“hidden_act”: “gelu”,
“hidden_dropout_prob”: 0.1,
“hidden_size”: 312,
“initializer_range”: 0.02,
“intermediate_size”: 1200,
“max_position_embeddings”: 512,
“num_attention_heads”: 12,
“num_hidden_layers”: 4,
“pre_trained”: “”,
“structure”: [],
“type_vocab_size”: 2,
“vocab_size”: 30522
}

模型评估

[1] MRR 重排前 50 名的结果来自 BM25

MS Marco 是现实世界中最大的公开搜索引擎使用数据来源，是评估搜索和问答模型的理想选择。它显示了真实世界的 Bing 结果和用户最终点击的信息。当 BERT-Base 首次用于 MSMarco 时，它以 0.05mrr的速度大大超过了最先进的技术。基于 BERT 的解决方案仍然位居榜首。我们的目标是找到一种方法，从一个足够快的模型来实现这一推动作用，以便在现实世界中使用。

开始使用 TinyBERT 吧！虽然没有 BERT-Base 对重新评分有效，但我们的实验表明，它保留了 BERT-Base 的 MRR 评分的 90%，同时使模型快了约 10 倍，小了约 20 倍。然而，基于像 MS Marco 这样的学术基准的研究结果往往缺乏现实世界的概括性，因此应该谨慎对待。

via：https://towardsdatascience.com/tinybert-for-search-10x-faster-and-20x-smaller-than-bert-74cd1b6b5aec

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