拆解XLNet模型设计，回顾语言表征学习的思想演进

在预训练语言模型BERT 对自然语言处理的冲击还未平息时，CMU 和 Google 的研究员又放出了一个猛料：在 20 多项任务上全线碾压 BERT 的 XLNet。：由于在公众号中插入方式不方便，对于一个符号 "a{b}^{c}"，"{b}" 代表下标，"{c}" 代表上标。

1. 语言表征学习

深度学习的基本单元是向量。我们将建模对象对应到各自的向量 x (或者一组向量 x{1}, x{2}, ..., x{n})，然后通过变换、整合得到新的向量 h，再基于向量 h 得到输出的判断 y。这里的 h 就是我们说的 表征 (Representation) ，它是一个向量，描述了我们的建模对象。而语言 表征学习 就是解决怎么样将一个词、一句话、一篇文章通过 变换 (Transformation) 和 整合 (Aggregation)  转化成对应的向量 h 的问题。

深度学习解决这个问题的办法是人工设计一个带有可调参数的模型，通过指定一系列的 (输入→输出) 对 (x → y)，让模型学习得到最优的参数。当参数确定之后，模型除了可以完成从 x 预测 y 的任务之外，其中间把 x 变换成 h 的方法也是可以用到其他任务的。这也是我们为什么要做表征学习。

所以我们要解决的问题便是：

• 怎么确定 (输入→输出) 对，即模型的预测任务

• 这个模型怎么设计

2. 分布式语义假设

任何任务都可以用来做表征学习：情感分析 (输入句子，判断句子是正向情感还是负向情感)，机器翻译(输入中文，输出英文)。但是这些任务的缺点是需要大量的人工标注，这些标注耗时耗力。当标注量不够时，模型很容易学出"三长一短选最短"的取巧方案 -- 但我们想要的是真正的语言理解。

所幸语言学的研究中有一个重要的假设 -- 分布式语义假设 (Distributional Hypothesis)：

One shall know a word by the company it keeps.[1]

我们可以通过一个词出现的语境知道这个词的意思。

所以我们可以将输入 x 定为目标词的 语境 ，输出 y 定为 目标词 。这个任务的优点是我们并不需要人工标注的数据，只需要许多有意义的语段就可以了 -- 而在信息爆炸的互联网时代，这种数据是取之不尽的。

如何更精细地建模 语境 ，得到其对应的表征向量 h？对这个问题的解答贯穿了语言表征学习的发展历程。我们希望能够做到：

1. 语境要包含所有区分目标词的信息。只有这样才不会有歧义的出现，比如给定语境 ["我" "今天" "很"]，目标词 (下一个词) 既可以是 "开心"，也可以是"伤心"，所以模型学不到 "开心" 和 "伤心" 的区别。语境要足够大，如对于一篇文章中的一个目标词，理想的语境是文章中除了目标词的所有词。

2. 建模语境中词的相互依赖关系。除了词本身的性质外 (这决定了词的依赖关系，比如形容词可以修饰名词短语，猫一般不会用巍峨来修饰)，在大部分语言 (如中文，英文) 中，词的 相对位置 也决定了词间的依赖关系。

下文开始我们会围绕这个句子展开讨论：

["我1", "今天2", "很3", “开心4”, “<逗号>5”, “因为6”, “我7”, “中8”, “了9”, “彩票10”]

数字代表词在句子中的位置编号。「我 1」和「我 7」虽然是同一个词，但因为出现在句子的不同位置，所以他们表达的意思可能不同。假设我们的目标词是「开心 4」，语境中便不应该含有「开心 4」，因为这会造成标签泄露 -- 我们在提出问题的同时也直白地给出了答案 -- 此时模型很难学出有用的语言知识。所以理想的语境建模应基于["我1", "今天2", "很3", “<逗号>5”, “因为6”, “我7”, “中8”, “了9”, “彩票10”] 以及位置 "4"。

3. 预训练词向量 (Word Embedding)

神经网络刚开始进入自然语言处理的时候， 预训练词向量 (Word Embedding ) 的方法如Skip-gram, Glove 等是语言表征学习的主要手段。由于缺乏有效建模词的相互依赖的手段，我们使用目标词前后的窗口内的词作为目标词的 语境词 (Context Word) ，每个词/语境词都有一个独立的向量作为其表征。

假如窗口长度是 2 的话，在上述例子中，我们可以得到的 (输入→输出) 对为 ("很" → "开心")，("<逗号>"→ "开心")，("今天" → "开心")，("因为" → "开心")。这里为了避免统计稀疏性，我们丢弃了词的位置信息。

这种语境建模方式非常粗糙。滑动窗口只是词间相互依赖的一种粗略估计。同时单个语境词不足以表达丰富的语境信息 -- 这是由语境中不同词相互依赖共同决定的。这使得该预测任务存在大量的歧义。最后由于缺乏对语境的细致建模，我们只能学到单个词的模糊的表征。

4. 循环神经网络

用一个向量代表一个词在预训练词向量流行之后已经变成标准做法，也是我们用上神经网络模型组件的基础。我们的句子可以表示成一个 有顺序 的向量序列:

[x{我}, x{今天}, x{很}, x{开心}, x{<逗号>}, x{因为}, x{我}, x{中}, x{了}, x{彩票}]

为了从这个向量序列计算出对应的表征向量 h，我们必须对这个向量序列进行变换 (Transformation) 和整合 (Aggregation)。循环神经网络(Recurrent Neural Network, RNN) 通过一个递归算子实现了这个目的：

我们按照一个顺序 (从左到右) 对上述向量序列编号:

[x{1}, x{2}, x{3}, x{4}, x{5}, x{6}, x{7}, x{8}, x{9}, x{10}]

按照编号的顺序，在第 t 位时，循环神经网络会根据第 t-1 位的表征 h{t-1} 及当前的输入 x{t} 算出当前位置的表征 h{t} -- 这便是序列 [x{1}, x{2}, ..., x{t}] 对应的表征。可以看到 输入向量的相对位置决定了循环神经网络整合信息的计算顺序 ，或者说相对位置决定了计算图 (Computation Graph) 的构建。

5. 自回归语言模型

在拥有循环神经网络这一序列建模利器之后，我们可以对语境进行更精细的建模。由于 RNN 的运算模式是按顺序依次处理每个词，所以语境可以是 目标词前面的所有词。

对于例子 ["我 1", "今天 2", "很 3","开心 4","<逗号>5","因为 6","我 7","中 8","了 9",彩票 10"]，如果编号顺序是从左到右的话，对应的输入-输出对为 (["我", "今天", "很"] → "开心")；而从右到左则对应的是 (["彩票", "了", "中", "我", "因为", "<逗号>"] → "开心")。因为目标词总是语境的下一个词，所以我们 并不需要输入目标词的位置信息 。如前所述，词的相对位置决定了词的输入顺序，所以词的位置也不再需要输入了。

自回归语言模型的优点是计算效率比较高。我们只要对["我1", "今天2", "很3", “开心4”, “<逗号>5”, “因为6”, “我7”, “中8”, “了9”, “彩票10”] 这句话做一次表征计算，便可以得到许多输入输出对的语境表征：(["我"] → "今天")，(["我", "今天"]→ "很")，(["我", "今天", "很"] → "开心") 等等。

自回归语言模型也是自然语言生成的标准方案 -- 一个句子的生成可以转化成以前面的片段为语境，预测下一个词的任务。而新预测的词可以拼到已经生成的片段，作为预测下一个词所依据的语境。

由于可以对语境进行建模，预训练词表征便可以从语境无关的词向量变成 基于语境的词表征 (Contextual Representation) 。再结合增大数据量带来的巨大增益，这也使得 2018 年发表的ELMo成为自然语言处理领域第一个刷榜的大新闻。

但这种语境建模方式只使用了目标词左边 (右边) 单方向的所有词，所以预测任务仍然会存在歧义。语料中输入输出对 (["我", "今天", "很"] → "开心") 和 (["我", "今天", "很"] → "伤心") 都有可能出现，所以模型学不到 "开心" 和 "伤心" 的区别。

如何将目标词左右的语境 (双向语境) 同时引入建模便成为下一个需要解决的问题。一个简单的做法是分别学一个前向及后向的自回归语言模型，然后再将两个模型学出的表征合并。这便是ELMo里的标准做法。然而这种独立建模虽然拿到了两个方向的语境信息，但却学不出两个语境间细致的依赖关系。

6. Transformer

双向语境的建模困难主要源于循环神经网络单向、顺序的计算方式。除了限制依赖关系的方向之外，这种计算方式也限制了循环神经网络能建模的最大依赖距离。x{1} 和 x{300} 的间依赖关系需要通过重复计算 300 次  才能求得。而由于循环神经网络中存在矩阵乘法，在计算 x{300} 时 x{1} 的信息被相同的矩阵乘了 300 次。视矩阵 W{h} 的模不同，会导致信息的爆炸 (|W{h}|>1) 或者消失 (|W{h}|<1)。

我们既要取得双向依赖建模，又要让长距离的依赖中间间隔的计算操作尽可能的少。Transformer 的提出实现了这两个目的。细节如层归一化(Layer Normalization)，多注意力算子 (Multi-Head Attention) 可以参考原论文，这里主要介绍最核心的自注意力算子 (Self-Attention)，及其基础 -- 注意力算子 (Attention)。

我们先介绍 注意力算子 (Attention) 。注意力算子的基本元素为查询向量 (Query Vector) q{i}，地址向量 (Key Vector) k{j} 以及内容向量 (Value Vector) v{j}。其输出 h{i} 为所有内容向量的 加权求和 ，每个权重由查询向量和地址向量算出的 注意力权重 (Attention Score) 决定：

注意力算子达到的目的是基于查询向量对一组表征信息进行聚合。

回到建模依赖关系的问题上。既然每个词都可能对其他词产生依赖，那我们让每个词都用注意力算子从其他词那里聚合信息不就好了嘛！这便是自注意力(Self-Attention) 的动机。

对于第 i 个词，我们可以根据其词向量 x{i} 算出其对应的查询向量、地址向量以及内容向量：

在进行表征聚合时，q 来自要求表征的词，k 和 v 来自所有词 (包括要求表征的词本身)。"自注意力(Self-Attention)" 中之所以有 "自 (Self)"，是因为查询、地址和内容的角色均来自同一个序列。

自注意力算子的引入解决了循环神经网络的两个问题：第 i 个词表征 h{i} 的构建可以同时基于双向的语境；词间不管依赖距离多长，都只间隔了一次运算操作。

但是自注意力算子会引入新的问题 -- 词的相对位置的信息被丢弃了。回到我们的例句["我1", "今天2", "很3", “开心4”, “<逗号>5”, “因为6”, “我7”, “中8”, “了9”, “彩票10”]，丢弃词的相对位置意味着在自注意力算子眼里，"我 1" 和「我 7」表达的意思是一样的。解决这个问题的方法是将位置作为词表征的一部分一并输入模型。Transformer 采用的是简单粗暴的加法："我 1" 和「我 7」的表征分别为

其中 p1 和 p7 是位置 1 和 7 对应的位置编码 (Position Embedding)。这和循环神经网络截然不同：在循环神经网络里，相对位置决定了计算的顺序，而在 Transformer 里则是决定了词的表征。在后文会提到，将位置纳入词表征的做法在 XLNet 中被巧妙地利用了。

Transformer 在每个词基于语境的表征时会同时用上前后语境，但是自回归语言模型却限制了语境的方向。鉴于自回归语言模型在自然语言生成中的普遍应用，为了使用灵活的 Transformer 进行建模，我们需要对 Transformer 进行相应的修改。解决方案是对计算出的注意力权重进行屏蔽 -- 我们强行将不想要的注意力权重置为 0，这样计算表征的时候就不会用到目标词及其右边的词了 -- 这些词的注意力权重为 0。这称之为注意力掩码 (Attention Mask)。这一点也是构建 XLNet 训练目标所必须的技巧。再加上对下游任务的适配以及大量的数据，GPT 和GPT-2也搞了一波大新闻。

上述构造技巧再加上多注意力算子 (Multi-Head Attention) 以及标准深度学习组件的组合 (Dropout, Position-Wise FeedForwrd Layer, Layer Normalization)，Transformer 给自然语言处理的建模方式带来了变革性的贡献，无愧其名 "Transformer"(改革者)。

7. 去噪自编码模型/掩码语言模型

加入 Transformer 后，我们的军火库多了建模双向语境的武器。但是如前所述，自注意力算子构建的是第 i 个词基于语境的表征，使用这个表征来预测第 i 个词会带来标签泄露。这就好比在给你出题的时候顺便直白地告诉了你答案。

我们既想用上 Transformer 的建模能力，又想从第 i 个词的表征中剔除这个词的信息。以 BERT 为代表的去噪自编码模型 (Denoising Auto-Encoder)/掩码语言模型(Masked Language Modeling) 的做法是将这些词替换成特殊字符 "MASK"。"MASK" 对应的表征即为原来词的语境表征，既获得了双向语境的信息，又避免了标签泄露，可以用来预测原来的词。为了复用计算出的表征，BERT 会随机选取多个词替换成 "MASK"，然后在对应的位置分别预测原来的词。由于这些词都被替换成相同的字符 "MASK"，他们对应的语境表征计算的区别主要来自于其位置编码。

对于本文开头的例子，我们构建的 (输入→输出) 对为 (["我1", "今天2", "很3", “MASK4” ,“<逗号>5”,“因为6”,“我7”,“中8”,“了9”,“彩票10”]→ 开心)。

虽然结合 Transformer 和去噪自编码模型的 BERT 可以说是拿到了语境建模的"双向圣杯"，其设计的次句判断任务 (Next sentence prediction) 也对下游任务有重要帮助。但是人无完人，BERT 无完 BERT。BERT 中 "MASK" 字符的加入，使得非目标词表征的建模都会依赖于人造的 "MASK" 字符，这会使模型学出虚假的依赖关系 (比如 "MASK" 可以作为不同词信息交换的桥梁) -- 但 "MASK" 在下游任务中并不会出现。这便是 XLNet 中提到的预训练-微调差异 (Pretrain-Finetune Discrepancy)。同时除了位置编码 p 的区别外，同一句话内所有目标词依赖的语境信息完全相同，这除了忽略被替换的词间的依赖关系外，随着网络层数的加深，作为输入的位置编码 p 的信息也可能被过多的计算操作抹去 (类似于上述循环神经网络难以建模长程依赖的原因)。

8. XLNet 的核心贡献: 乱序语言模型

如上所述，BERT 虽然充分地建模了双向语境信息，但是其用来预测不同目标词的语境信息只有目标位置编码的区别，同时也建模不了被替换成 "MASK" 的词间的依赖关系。自回归语言模型虽然只能建模单向的语境，但是其计算效率比较高，且预测每个词所用的语境都是不一样的。怎么把这两者的长处结合呢？

回顾我们对自回归语言模型的介绍。对于一句话["我1", "今天2", "很3", “开心4”, “<逗号>5”, “因为6”, “我7”, “中8”, “了9”, “彩票10”]，我们得到的输入输出样本为(["我"] → "今天")，(["我", "今天"]→ "很")，(["我", "今天", "很"] → "开心")...等等。这些样本中的语境毫无例外都是单向且有序的。

对样本语境的选取是否可以更灵活一些？在上述对分布式语义假设的介绍中我们提到，语境中的词之间的相互依赖关系，一是取决于词本身的性质，二是取决于语境中词的相对位置。所以有了词以及词在语境中的位置，我们就有了从这个词构建依赖关系的全部信息。所以对于同一句话 ["我 1", "今天 2", "很 3",「开心 4」,「<逗号>5」,「因为 6」,「我 7」,「中 8」,「了 9」,「彩票 10」]，我们可以使用更灵活的样本选取办法，得到(["我1"] → “开心4”)，([“我1”, “开心4”] → ”今天2“)，([”我1“, ”今天2“, “开心4”] → “很3”)...等等。这便是乱序语言模型(Permutation Language Modeling) 的思想。和自回归语言模型不一样，新的样本中的语境需要输入词的位置，否则就退化成了词带模型 (Bag of Words)。这可以类比到人的阅读方式：字词在书本上的位置是一定的，但从左到右的阅读顺序并不是强制的，我们还可以跳读。

从概率模型的角度考虑，上述对样本的采样方式的不同对应了对句子概率 P("我1", "今天2", "很3", “开心4”, “<逗号>5”, “因为6”, “我7”, “中8”, “了9”, “彩票10”) 的不同分解。

对于自回归语言模型，其分解方式为P("我 1")P("今天 2" |"我 1")P("很 3"|"我 1", "今天 2")P("开心 4"|"我 1", "今天 2", "很 3")...

对于乱序语言模型，其分解方式可以为P("我 1")P("开心 4"|"我 1")P("今天 2"|"我 1","开心 4")P("很 3"|"我 1","今天 2","开心 4")...

每一种分解方式由一个随机排列 z 确定，如上述分解方式对应 z = [z{1} ,z{2} , z{4} , z{3} , ...] → ["我 1"→"今天 2"→"开心 4"→"很 3"→ ...]

其中 z{t} 代表随机排列的第 t 个词。乱序语言模型是自回归语言模型的一种推广，因为 z 可以是原来序列的顺序。

乱序语言模型的语境可以同时来自目标词的前向和后向，所以其建模了双向的依赖。每个被预测的词 (除最后一个词外) 都会加入到语境中，所以既解决了 BERT 忽略被替换的词间的依赖关系的问题，又解决了 BERT 不同目标词依赖的语境趋同的问题。相比于 BERT 一次性输入几乎所有的语境信息，乱序语言模型可以认为是对双向语境进行了采样 (或者 EmbeddingDropout)，这会产生类似于Dropout效果，可以让模型学出更鲁棒的语境依赖。

但需要注意的是，当构成语境的词比较少时，根据语境预测目标词的歧义性就会增大，训练难度也会增大。这也是为什么 XLNet 只采样了一小部分词去预测的原因。

讲了这么多好处，那如何用 Transformer 实现乱序语言模型呢？

9. 乱序语言模型的实现： 双自注意力通道

Transformer 中每个词的表征由其词向量和位置编码共同决定 -- 我们既拿到了词本身的性质，又有词的位置信息。所以 Transformer 天然就和乱序语言模型相契合。

假设整句话为 ["我 1", "今天 2", "很 3",「开心 4」]，我们只采样出一个样本 (["今天 2", "很 3", "开心 4"] → "我 1" )，XLNet 的做法和 BERT 有同有异。

和 BERT 一样，XLNet 同样是将目标词 "我 1" 替换成一个特殊字符 "MASK1"。和 BERT 不同，"MASK" 不会纳入表征的地址向量 k 以及内容向量 v 的计算，"MASK" 自始至终只充当了查询向量 q 的角色，因此所有词的表征中都不会拿到 "MASK" 的信息。这也杜绝了 "MASK" 的引入带来的预训练-微调差异 (Pretrain-Finetune Discrepancy) -- 这个改动也可以直接应用到 BERT 上面。

在下图中记 "MASK" 对应的词向量为 G，X2 - X4 为各自的词向量，G1, H1 - H4 为各自的表征。图中省略了位置编码 p。

上面只是讨论最简单的情况 -- 即一句话只产生一个样本。但我们还希望保证训练效率 -- 我们想和自回归语言模型一样，只进行一次整句的表征计算便可以获得所有样本的语境表征。这时所有词的表征就必须同时计算，此时便有标签泄露带来的矛盾：对于某个需要预测的目标词，我们既需要得到包含它信息以及位置的表征 h (用来进一步计算其他词的表征)，又需要得到不包含它信息，只包含它位置的表征 g (用来做语境的表征)。

一个很自然的想法就是同时计算两套表征，这便是 XLNet 提出的双通道自注意力(Two Stream Self-Attention)，同时计算内容表征通道 (Content Stream) h 和语境表征通道 (Query Stream) g。注意这里采用的是意译而不是直译，请读者谅解。

假设我们要计算第 1 个词在第 l 层的语境表征 g{1}^{l} 和内容表征 h{1}^{l}，我们只关注注意力算子查询向量 Q、地址向量 K 以及内容向量 V 的来源：

计算 g{1}^l 时用到了 h{j!=1}^{l-1}，表示第 l-1 层除了第 1 个词外所有词的表征，这是为了保证标签不泄露；计算 h{1}^{l} 时用到了 h{:}^{l-1}，表示第 l-1 层所有词的表征，这和标准的 Transformer 计算表征的过程一致。

但上述做法在堆叠多层自注意算子时仍然会带来标签泄露。

虽然计算 g{1}^{l} 时我们已经采取措施防止 h{1}^{l-1} 的信息泄露到 g{1}^{l} 中，但是考虑两层自注意力算子的计算：

我们看到第 l-2 层第 1 个词的表征 h{1}^{l-2} 会通过第 l-1 层的所有表征 h{j}^{l-1} 泄露给 g{1}^{l}。

和将 Transformer 应用到自回归语言模型的情况类似，我们还需要对每层的注意力使用注意力掩码 (Attention Mask)，根据选定的分解排列 z，将不合理的注意力权重置零。我们记 z{t} 为分解排列中的第 t 个词，那我们在词 z{t} 的表征时，g{t}^{l} 和 h{t}^{l} 分别只能看到排列中前 t-1 个词 z{1:t-1} 和前 t 个词 z{1:t}，即

在如此做完注意力掩码后，所有 g{z{t}}^l 便可以直接用来预测词 z{t}，而不会有标签泄露的问题。

这里我们也可以看到，在具体实现效率的限制下，想要获得多样的语境并防止标签泄露，我们只能依据乱序语言模型的定义去使用注意力掩码。这也体现了 XLNet 设计的精巧性。

10. XLNet 的重要元素： Transformer-XL

上面已经提到，和循环神经网络不同，Transformer 是同时计算语段内所有词的表征的。受限于系统内存大小，Transformer 输入的序列长度会有一个上限。通常我们会将过长的序列切成固定长度为 N 的片段，再依次输入 Transformer 计算表征。所以 Transformer 的构造虽然降低了长程依赖的学习难度，但其最长只能建模长度为 N 的依赖。

为了在内存的限制下让 Transformer 学到更长的依赖，Transformer-XL借鉴了 TBPTT(Truncated Back-Propagation Through Time) 的思路，将上一个片段 s{t-1} 计算出来的表征缓存在内存里，加入到当前片段 s{t} 的表征计算中。

如上图所示，由于计算第 l 层的表征时，使用的第 l-1 层的表征同时来自于片段 s{t} 和 s{t-1}，所以每增加一层，模型建模的依赖关系长度就能增加 N。在上图中，Transformer-XL建模的最长依赖关系为 3*2=6。

但这又会引入新的问题。Transformer 的位置编码 (Position eEmbedding) 是绝对位置编码 (Absolute Position Embedding)，即每个片段内，各个位置都有其独立的一个位置编码向量。所以片段 s{t} 第一个词和片段 s{t-1} 第一个词共享同样的位置编码 -- 这会带来歧义。

Transformer-XL引入了更加优雅的相对位置编码 (Relative Position Embedding)。

因为位置编码只在自注意力算子中起作用，我们将 Transformer 的自注意力权重的计算拆解成：

我们可以将其中的绝对位置编码 p{j} 的计算替换成相对位置编码 r{i-j}，把 p{i} 替换成一个固定的向量 (认为位置 i 是相对位置的原点)。这样便得到相对位置编码下的注意力权重：

Transformer-XL的实际实现方式与上式有所不同，但思想是类似的。

相对位置编码解决了不同片段间位置编码的歧义性。通过这种拆解，我们可以进一步将相对位置编码从词的表征中抽离，只在计算注意力权重的时候加入。这可以解决 Transformer 随着层数加深，输入的位置编码信息被过多的计算抹去的问题。Transformer-XL在 XLNet 中的应用使得 XLNet 可以建模更长的依赖关系。

11. XLNet 的模型改进增益

文章最后的消融分析很好地证明了乱序语言模型和Transformer-XL主干网络带来的提升。这部分实验采用和 BERT 一致的训练数据。以 BERT 为基础，将 BERT 的主干网络从 Transformer 换成Transformer-XL后，在需要建模较长上下文的阅读理解任务 RACE 和 SQuAD2.0 均有比较明显地提升 (对比 1&2 行)。而在此基础上加上乱序语言模型后，在所有任务上都有不同程度的提升 (对比 2&3 行)。 

12. 如何评价 XLNet

自词向量到如今以 XLNet 为代表的预训练语言模型，他们的主要区别在于对语境的不同粒度的建模：

XLNet 的成功来自于三点：

1. 分布式语义假设的有效性，即我们确实可以从语料的统计规律中习得常识及语言的结构。

2. 对语境更加精细的建模：从"单向"语境到"双向"语境，从"短程"依赖到"长程"依赖，XLNet 是目前对语境建模最精细的模型。

3. 在模型容量足够大时，数据量的对数和性能提升在一定范围内接近正比 [3] [4]：XLNet 使用的预训练数据量可能是公开模型里面最大的。

可以预见的是资源丰富的大厂可以闭着眼睛继续顺着第三点往前走，或许还能造出些大新闻出来，这也是深度学习给的承诺。这些大新闻的存在也渐渐堵住调参式的工作的未来，迫使研究者去思考更加底层，更加深刻的问题。

对语境的更精细建模自然是继续发展的道路，以语言模型为代表的预训练任务和下游任务之间的关系也亟待探讨。

退后一步讲，分布式语义假设的局限性在哪里？根据符号关联假设 (Symbol Interdependency Hypothesis)[5]，虽然语境的统计信息可以构建出符号之间的关系，从而确定其相对语义。但我们仍需要确定语言符号与现实世界的关系 (Language Grounding)，让我们的 AI 系统知道，「红色」对应的是红色，「天空」对应的是天空，「国家」对应的是国家。这种对应信息是通过构建知识库，还是通过和视觉、语音系统的联合建模获得？解决这一问题可能是下一大新闻的来源，也能将我们往 AI 推进一大步。

基于分布式语义假设的预训练同时受制于报道偏差 (Reporting Bias)[6]：不存在语料里的表达可能是真知识，而存在语料里面的表达也可能是假知识，更不用提普遍存在的模型偏见 (Bias) 了。我们不能因为一百个人说了「世上存在独角兽」就认为其为真，也不能因为只有一个人说了「地球绕着太阳转」便把它当做无益的噪声丢弃掉。

为了达到足够大的模型容量，我们真的需要这么大的计算量吗？已经有工作证明训练充分的 Transformer 里面存在很多重复冗余的模块 [6]。除了把网络加深加宽外，我们还有什么办法去增大模型容量的同时，保持一定的计算量？

参考文献

[1] Firth, J. R. (1957). Papers in linguistics 1934–1951. London: Oxford University Press.

[2] Levy O, Goldberg Y. Neural word embedding as implicit matrix factorization[C]//Advances in neural information processing systems. 2014: 2177-2185.

[3] Mahajan D, Girshick R, Ramanathan V, et al. Exploring the limits of weakly supervised pretraining[C]//Proceedings of the European Conference on Computer Vision (ECCV). 2018: 181-196.

[4] Hestness J, Narang S, Ardalani N, et al. Deep learning scaling is predictable, empirically[J]. arXiv preprint arXiv:1712.00409, 2017.

[5] Louwerse M M. Knowing the meaning of a word by the linguistic and perceptual company it keeps[J]. Topics in cognitive science, 2018, 10(3): 573-589.

[6] Gordon J, Van Durme B. Reporting bias and knowledge acquisition[C]//Proceedings of the 2013 workshop on Automated knowledge base construction. ACM, 2013: 25-30.

[7] Michel P, Levy O, Neubig G. Are Sixteen Heads Really Better than One?[J]. arXiv preprint arXiv:1905.10650, 2019.