文本生成seq2seq框架
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了文本生成seq2seq框架相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1. 概述
Seq2Seq是Sequence to Sequence的缩写，作用是将一个序列（sequence）映射成另一个序列（sequence）。文献[1]和文献[2]分别提出利用深度神经网络DNN实现端到端的Seq2Seq学习，将Seq2Seq应用于神经机器翻译（Neural Machine Translation，NMT），唯一不同的是在[1]中使用LSTM作为基础网络，而在[2]中则是使用的是RNN。在Seq2Seq框架中包含了两个模块，一个是encoder模块，另一个是decoder模块。这种同时包含encoder和decoder的结构与AutoEncoder网络相似，不同的是AutoEncoder模型是将输入通过encoder的网络生成中间的结果，并通过decoder对中间的结果还原，AutoEncoder的模型结构如下图所示：
而在Seq2Seq中，相同的是两者都包含了Encoder和Decoder，不同的是，在Seq2Seq中，输入与输出并不是相同的，而在AutoEncoder中，输入与输出是相同的。
2. Seq2Seq框架
2.1. Seq2Seq框架的概述
Seq2Seq框架最初是在神经机器翻译（Neural Machine Translation，NMT）领域中提出，用于将一种语言（sequence）翻译成另一种语言（sequence）。由于在Seq2Seq结构中同时包含了encoder和decoder的结构，通常Seq2Seq又被称为Encoder-Decoder结构，Seq2Seq的结构如下图所示：
在Seq2Seq结构中，Encoder和Decoder分别是两个独立的神经网络模型，用于对不同的文本建模，通常对序列化文本建模的方法如LSTM[1]，RNN[2]等。Encoder通过神经网络将原始的输入 x 1 , x 2 , ⋯ , x T x \\left \\ x_1,x_2,\\cdots ,x_T_x \\right \\ x1,x2,⋯,xTx转换成固定长度的中间向量 c 1 , c 2 , ⋯ , c l \\left \\ c_1,c_2,\\cdots ,c_l \\right \\ c1,c2,⋯,cl，Decoder将此中间向量作为输入，得到最终的输出 y 1 , y 2 , ⋯ , y T y \\left \\ y_1,y_2,\\cdots ,y_T_y \\right \\ y1,y2,⋯,yTy。
对于机器翻译NMT问题，从概率的角度分析，即对于给定输入 x = x 1 , x 2 , ⋯ , x T x \\mathbfx=\\left \\ x_1,x_2,\\cdots ,x_T_x \\right \\ x=x1,x2,⋯,xTx，求目标输出 y = y 1 , y 2 , ⋯ , y T y \\mathbfy=\\left \\ y_1,y_2,\\cdots ,y_T_y \\right \\ y=y1,y2,⋯,yTy，使得条件概率 p ( y ∣ x ) p\\left ( \\mathbfy\\mid \\mathbfx \\right ) p(y∣x)最大，即 a r g m a x y p ( y ∣ x ) argmax_\\mathbfy\\;p\\left ( \\mathbfy\\mid \\mathbfx \\right ) argmaxyp(y∣x)。
2.1. Encoder
为了便于阐述，这里选取RNN[2]（Recurrent Neural Network）作为Encoder和Decoder，一个典型的RNN结构如下图所示：
在RNN中，当前时刻 t t t的隐含层状态 h t h_t ht是由上一时刻 t − 1 t-1 t−1的隐含层状态 h t − 1 h_t-1 ht−1和当前时刻的输入 x t x_t xt共同决定的，可由下式表示：
h t = f ( h t − 1 , x t ) h_t=f\\left ( h_t-1,x_t \\right ) ht=f(ht−1,xt)
假设在Seq2Seq框架中，输入序列为 x = x 1 , x 2 , ⋯ , x T x \\mathbfx=\\left \\ x_1,x_2,\\cdots ,x_T_x \\right \\ x=x1,x2,⋯,xTx，其中， x i ∈ R K x x_i\\in \\mathbbR^K_x xi∈RKx，输出序列为 y = y 1 , y 2 , ⋯ , y T y \\mathbfy=\\left \\ y_1,y_2,\\cdots ,y_T_y \\right \\ y=y1,y2,⋯,yTy，其中， y i ∈ R K y y_i\\in \\mathbbR^K_y yi∈RKy。在编码阶段，RNN通过学习到每个时刻的隐含层状态后，最终得到所有隐含层状态序列：
h 1 , h 2 , ⋯ , h T x \\left \\h_1,h_2,\\cdots ,h_T_x\\right \\ h1,h2,⋯,hTx
具体过程可由下图表示：
通过对这些隐藏层的状态进行汇总，得到上图中固定长度的语义编码向量 C C C，如下式所示：
C = f ( h 1 , h 2 , ⋯ , h T x ) C=f\\left ( h_1,h_2,\\cdots ,h_T_x \\right ) C=f(h1,h2,⋯,hTx)
其中 f f f表示某种映射函数。通常取最后的隐含层状态 h T x h_T_x hTx作为语义编码向量 C C C，即
C = f ( h 1 , h 2 , ⋯ , h T x ) = h T x C=f\\left ( h_1,h_2,\\cdots ,h_T_x \\right )=h_T_x C=f(h1,h2,⋯,hTx)=hTx
2.2. Decoder
在解码阶段，在当前时刻 t t t，根据在编码阶段得到的语义向量 c c c和已经生成的输出序列 y 1 , y 2 , ⋯ , y t − 1 y_1,y_2,\\cdots ,y_t-1 y以上是关于文本生成seq2seq框架的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
深度学习核心技术精讲100篇（四十二）-Seq2seq框架下的文本生成