NLP讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案--1 赛后总结与分析

Posted 2021-09-05 Better Bench

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• 1 相关信息
• 2 总结
• • 2.1 TextCNN、Fasttext等DL方案
  • 2.2 机器学习LGB方案
  • 2.3 Bert方案
• 3 继续提分点

1 相关信息

• 【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–1 赛后总结与分析
• 【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–2 数据分析
• 【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–3 TextCNN Fasttext 方案
• 【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–4 机器学习LGB 方案
• 【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–5 Bert 方案
• 【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–6 提分方案

2 总结

方案思路图

感谢2021年7月的暑假遇到三个志同道合的队友：博远、禹飞、沛恒，互相鼓励，一直出谋划策一个月，最终以0.8304的成绩获得rank 10/389的成绩。

2.1 TextCNN、Fasttext等DL方案

（1）方案
拿到赛题，第一件事，就是做数据分析。可以参考【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–2 数据分析分析
了解到数据量比较小，只有5W，首先选择了TextCNN、FastText算法模型。首先选择非词向量的即词嵌入的模型去跑通baseline，然后再选择word2vec、fasttext、glove等预训练词向量去提分。这些方案最初，都只能拿到最高0.77+的分数，通过后期的数据预处理方式改变、K折交叉验证、预训练词向量调参，伪标签等提分技巧，最终达到0.807+。具体方案参考
【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–3 TextCNN Fasttext方案
（2）提分点

• 数据预处理：词性替换、去除特殊字符、数字泛化、去除多余空格、去除换行等方式，均有提升，具体查看代码实现
• 预训练word2vec、fasttext、glove词向量，通过对比单个word2vec选择128维度，能获得最高的准确率，尝试合并三种向量的矩阵，得到3×128的词向量矩阵，但是效果并没有单个词向量的好。
  （3）注意点
• 同样的数据，用DPCNN、TextRNN模型，效果并不佳
• 还有HAN、LSTMwithAttention等模型都还没有尝试
• 尝试了GCN图卷积神经网络，由于该方案中需要使用邻接矩阵，矩阵太大，显存装不下，只使用了部分的训练数据，线上就能到达0.78+的分数，实现没有这么大的显存设备，放弃了该方案。
• 数据增强：随机替换、随机删除做的5W数据以及互译的5W数据，加上原本的5W的数据，分别测试了两种增强方式，都没有得到提升。但是在Bert上提升了一个点。

2.2 机器学习LGB方案

队友尝试了用LGB方案，实现非常简单，交叉5折交叉验证，就能达到0.79的分数，但是我们没有在该方案上进一步改进，仅作为一个基本方案，在比赛的最后的投票融合部分，使用了该模型的预测结果。具体方案可参考
【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–2 机器学习LGB方案

2.3 Bert方案

（1）使用Bert的辛酸
选择Bert是最后的大杀器，我们的最高得分模型就是Bert，有一个致命的缺点就是太吃显卡，费时费钱，不像TextCNN等其他DL模型，十几分钟，半个小时就能跑完。跑通“致great -闫强”大佬开源的bert Baseline方案科大讯飞学术论文分类挑战赛 0.79+ baseline
就花了三个小时，后期我们自己的模型，少则6个小时，多则20个小时，才能出结果。多次出现跑到最后，在生成提交文件的时候出bug或者中途出Bug ,前功尽弃。因为选择的K折交叉验证取每折的平均作为预测值，一旦中断，交叉验证取平均的结果将得不到。

虽然我和其中一名队友有本地服务器，但是我的显存太小，只有8G，吃显存的Bert_large 、roberta_large根本跑不动，我和其他两名队友，就选择了恒源云的云服务器3090的GPU，虽然有活动送了100块钱的代金券，但是三天就用完了，剩下的全是自己烧钱充值，5块钱一个小时的费用，打比赛没赢到钱，反而每个人砸了不少钱。

（2）Bert真香
我尝试自己去github和kaggle上选择高分Bert baseline去跑通模型，但是准确率极低，只有0.65+。一直在分析原因，直到强哥又在直播课上开源了其他方案Bert的baseline，科大讯飞NLP文本分类赛事上分利器：Bert微调技巧大全_闫强，该方案中强哥提到了很多提分技巧，包括使用差分学习率，使用bert_base、bert_large、roberta_large预训练模型、对一篇Bert微调的论文中点进行了解析。特别是包括学习率的设置，如果设置不好，会导致灾难性遗忘，这对我是一个巨大的启发。

灾难性遗忘 Catastrophic forgetting (灾难性遗忘)通常是迁移学习中的常见诟病，这意味着在学习新知识的过程中预先训练的知识会被遗忘。 因此，论文中还研究了 BERT 是否存在灾难性遗忘问题。 我们用不同的学习率对 BERT 进行了微调，发现需要较低的学习率，例如 2e-5，才能使 BERT 克服灾难性遗忘问题。 在 4e-4 的较大学习率下，训练集无法收敛。

尝试修改学习率后，模型直接提升几个点，上了0.70+，但是还是低。最终选择在强哥的第二个bert的baseline上进行迭代。
首先跑通bert_base，使用差分学习率，5折交叉2epoch，训练参数调参就能达到0.795+。

（3）继续提分

• 队友尝试修改模型结构，在bert后面使用一层LSTM，能够提升千分点。
• 用相同的代码，使用不同的预训练模型bert_large，roberta_large，相继获得0.7991，0.80+的结果。
• 选择TextCNN、Fasttext、ML -LGB 、bert_base、bert_large、roberta_large的投票模型融合提高一个点。0.81+
• 数据增强：两种方式，第一种是随机删除、随机替换方式增强5W的训练集、第二种是互译的方式，再做5W的数据。总共15W的数据，再去训练模型。单个模型能提升一个点，bert突破0.81+。
• 利用投票的原理，选择多个模型都投票的数据去做伪标签，得到top 6000的高质量伪标签，加入训练集，重新训练所有模型，所有模型都得到了一个点的提升，又继续投票融合，线上突破0.82
• 此时已经黔驴技穷了，只能继续反复迭代伪标签，用最高的模型又重新做伪标签得到top8000的伪标签数据，再重新训练模型，TextCNN、Fasttext单个模型都突破0.80+，bert_base、bert_large方案都突破0.81+，roberta_large模型最佳达到0.8246，再去投票融合，最终达到最高成绩，0.8304。

（4）Bert 注意点

• Bert的数据预处理，通过对比实验，只选择小写处理和词性替换，更多更细的预处理将会是适得其反的，反而会降低模型的准确率，因为预训练的模型，当初训练时就是预训练的没有经过太细致预处理的数据。可参考【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–5 Bert方案
• Bert训练太慢了，最后选择了混合精度训练，加快近两倍的训练速度。但是在比赛最后几天才使用的。模型精度没有太大影响。省了不少时间。可参考【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–6 提分方案
• 差分学习率搭配AdamW优化器使用很有必要，能够提高模型精度
• 伪标签的加入，不是随便加入的，越高质量的伪标签，越能得到更好的效果。伪标签加入到训练数据后，不是继续训练，而是从零训练，这样伪标签才能发挥作用。可参考【NLP】讯飞英文学术论文分类挑战赛Top10开源多方案–6 提分方案
• 尝试自己使用ITPT方式预训练自己的数据集，最大设置了60epoch,效果并不佳，有两方面的原因，数据集太小，训练集加上测试集只有6W的样本文本，二可能是我们做的方式不对。最终该方案放弃。
• 尝试过将bert_base、bert_large、roberta_large三个模型使用Stacking集成，非正规的Stacking效果有0.8228，并没有投票融合效果好，为什么说非正规，是因为我将三个模型验证集的数据是vstack，而不是hstack。说都了都是泪，因为三个模型训练的时候，把验证集顺序shuffle了，不能去hstack每个样本。如果正确使用，估计能提高更多分数。

3 继续提分点

（1）TextCNN、Fasttext等模型

• 理论上合并word2vec+fasttext+glove三个词向量的矩阵，能提高模型精度，但是本人只尝试过各128维度，并没有提升，就没有过多时间去调参。可以各取100维度，合并成300维的词向量嵌入矩阵。
• 对抗训练：队友使用PGD对抗训练的方法得到提升，但是我测试的时候未得到提升，这是不应该的。还有FGM对抗训练，在我的实验测试并没有得到提升。我也没有进一步去分析原因。

（2）Bert模型

• 调参：bert模型没有经过太多的调参
• 加深训练：选择的5折，2epoch，训练完模型，都没有过拟合，但是训练时间都是十几个小时。如果有更多的时间会选择去加大epoch
• 其他集成方法，Stacking、Bagging等方案，由于我的代码有误，在准备三个Bert模型stacking数据的时候，被shuffle了，只能去vstack三个模型的数据去做非正规的stacking，的确有提升，但是并不如投票融合的话。
• 改进Bert结构：在其他比赛中，有些大佬，使用拼接Bert输出层的bert模型，效果显著。CCF BDCI 2019 互联网新闻情感分析 复赛top1