为啥 Bert 转换器使用 [CLS] 令牌进行分类，而不是对所有令牌进行平均？

Posted 2023-02-15

【中文标题】为啥 Bert 转换器使用 [CLS] 令牌进行分类，而不是对所有令牌进行平均？

【英文标题】：Why Bert transformer uses [CLS] token for classification instead of average over all tokens?为什么 Bert 转换器使用 [CLS] 令牌进行分类，而不是对所有令牌进行平均？

【发布时间】：2020-10-23 13:54:35

【问题描述】：

我正在对 bert 架构进行实验，发现大多数微调任务都将最终的隐藏层作为文本表示，然后将其传递给其他模型以进行进一步的下游任务。

Bert 的最后一层是这样的：

我们在哪里获取每个句子的 [CLS] 标记：

Image source

我对此huggingface issue、datascience forum question、github issue进行了多次讨论，大多数数据科学家都给出了这样的解释：

BERT 是双向的，[CLS] 被编码，包括所有 所有代币的代表信息通过多层 编码过程。 [CLS] 的表示在 不同的句子。

我的问题是，为什么作者忽略了其他信息（每个token的向量）并取平均，max_pool或其他方法来利用所有信息而不是使用[CLS] token进行分类？

这个 [CLS] 标记与所有标记向量的平均值相比有何帮助？

【问题讨论】：

您还可以返回所有隐藏状态并计算它们的平均/最大池化。我看到很多这样的例子

【参考方案1】：

BERT 主要用于迁移学习，即对特定任务数据集进行微调。如果对状态进行平均，则每个状态的平均权重相同：包括停用词或其他与任务无关的内容。 [CLS] 向量是使用自注意力计算的（就像 BERT 中的所有内容一样），因此它只能从其余隐藏状态中收集相关信息。因此，从某种意义上说，[CLS] 向量也是令牌向量的平均值，只是计算得更巧妙，专门针对您微调的任务。

另外，我的经验是，当我保持权重固定且不微调 BERT 时，使用令牌平均值会产生更好的结果。

【参考方案2】：

[CLS]token 表示整个句子的使用来自original BERT paper，第 3 节：

每个序列的第一个标记始终是一个特殊的分类标记 ([CLS])。这个token对应的最终隐藏状态作为分类任务的聚合序列表示。

你的直觉是正确的，平均所有标记的向量可能会产生更好的结果。事实上，这正是 BertModel 的 Huggingface 文档中提到的内容：

退货

pooler_output（torch.FloatTensor: 形状为(batch_size, hidden_size)）：

序列的第一个标记（分类标记）的最后一层隐藏状态进一步由线性层和 Tanh 激活函数处理。线性层权重在预训练期间从下一句预测（分类）目标进行训练。

这个输出通常不能很好地总结输入的语义内容，你通常会更好地对整个输入序列的隐藏状态序列进行平均或合并。

更新：Huggingface 在 v3.1.0 中删除了该声明（“此输出通常不是对语义内容的良好总结......”）。你必须问他们为什么。

【讨论】：

也许经过大量实验，这种说法被证明是错误的？

关于 [CLS] 标记的一个愚蠢问题：因此，由于每个输入序列都使用相同的 [CLS] 标记作为序列中的第一个标记，这意味着所有输入都共享相同的嵌入向量输入序列，对吧？那么我们如何将第一个令牌的最终隐藏状态用于以后的分类任务呢？我的意思是，由于 [CLS] 标记的输入嵌入在所有序列中都是共享的，那么在第一个标记的最终隐藏状态中可以表示多少差异？

BERT 和其他上下文语言模型中的嵌入不是静态的。 CLS 的嵌入（即实际的 768 个浮点值）将根据输入序列而有所不同，因为它是使用所有输入令牌嵌入的注意力（即加权平均值）计算的。