谷歌 BERT 在环信 NLP 中的应用

Google 的 BERT 模型一经发布便点燃了 NLP 各界的欢腾，Google Brain 的资深研究科学家 Thang Luong 曾给出其“开启了 NLP 新时代”的高度定义，国内外许多公司及开发者对其进行了研究及应用，本文作者及其团队对 BERT 进行了应用探索。

随着 Google 推出的 BERT 模型在多种 NLP 任务上取得 SOTA，NLP 技术真正进入了大规模应用阶段，环信一直致力于帮助企业应用先进的AI技术提高生产效率，对于 BERT 的探索我们一直走在了行业前列。

训练模型

• 训练数据

训练其他模型时我们已经标注了大量的训练数据，主要把相似句对分为三类来标注：

所以，训练 BERT 模型时就可以“拿来主义”了。

• 模型修改

我们的主要应用点是相似度计算，期望模型返回的结果是一个概率（分值）而不是每个类别的概率。当然如果模型给的结果是每一个类别的概率，依然可以通过加权求和输出一个分值，但这样是不是又复杂了。

所以我们在官方代码上做了点小的修改（将最后的 softmax 改为了 sigmoid）使得模型输出是一个分值，这个分值也就是我们要的相似度了。

• 模型训练

我们使用之前标注的数据集在 GeForce GTX 1070 上训练（Fine-Tune），大概训练了 8 个小时左右。

• 模型导出

模型训练完会产生几个 Checkpoint，这些 Checkpoint 是不能直接在工程中使用的，需要导出成 PB 文件，可以使用 Estimator 的 export_savedmodel 方法导出。

模型使用

通过调研，主要有两种方式：

• Java JNI：基于我们的 GPU 编译[1]一个合适的 libtensorflow 和libtensorflow_jni_gpu（如果你的配置和官方一致就不需要自己编译 了，自己编译太多坑，这里有一份经过验证的编译环境配置[2]）打成 jar 包并加入到工程依赖，使用 TensorFlow 提供的 Java API 加载 BERT 模型，在你的 Java 工程中使用[3]。

• Docker + Nvidia-docker + Tensorflow Serving：需要一个合适的 Tensorlfow Serving 的 image，这里有一份官方做好的 image 列表[4]，当然你也可以自己做一个。

这两种方式各有优缺点，我们主要考虑以下几个方面：

• 性能：我们对两种方案做了实验，Tensorflow Serving 是 C++ 写成的服务，对于 batch 做过优化[6]，性能优于 Java JNI。

• 多模型支持能力：方案 2 是支持多模型的，也就是多个模型共用一个 GPU，方案 1 不支持。

• 简单好部署：两种方案都不复杂。

• 与现有服务开发和运维体系兼容性：方案 1 更有优势。

另外，方案 2 不仅支持多模型还支持多版本、模型的冷启动和热加载。综合考虑下，我们使用了方案 2 进行模型部署。

效果对比

我们用一些典型客户的数据构建了测试环境，抽取这些客户的真实访客数据，对现有模型和 BERT 模型做了对比实验，BERT 模型的效果相比于对照模型提高了超过 10%。

调用图

这是我们的调用时序图：

FAQ 服务->相似度计算服务:句子 1 和 句子 2 相似度是多少 ?
相似度计算服务->TensorflowServing: 句子 1 和 句子 2 相似度是多少 ?
Note right of TensorflowServing: bert 模型预测
TensorflowServing->相似度计算服务: 句子 1 和 句子 2 相似度是 xx
相似度计算服务->FAQ 服务: 句子 1 和 句子 2 相似度是 xx

这里抽象出一个相似度计算服务，是因为我们集成了多种相似度计算方法。

优化

• 后处理

这种模型的一个主要问题是：模型并不能完美解决所有问题，时不时总会有 bad case 出现。一旦模型上线，如果有问题我们无法及时解决（训练模型和上线都会消耗大量时间）。为此我们增加了后处理，以便于我们的训练师能够及时干预，解决问题。

• 预训练

BERT 预训练的模型使用的数据来源于维基百科，与我们的主要应用场景不一致。我们可以猜想如果在 BERT 原有 Pre-Training 模型的基础上，使用客服里的数据再次进行 Pre-Training 应该会更好，事实上我们也的确这样做了。结论是影响不大，可能是数据不够多，新的训练实验还在进行中。

• 数据标注

GPT 2.0 的出现再次证明了要想得到好的模型，不仅要有数据量，还要提高数据的品质。我们新的标注也在进行中，相信会对模型效果有所提高。

• 其他应用

我们在产品中还提供了意图识别的服务，意图识别服务要求必须能够在线训练。如果直接使用  BERT 来做意图识别，很难满足在线训练的要求（BERT 训练太慢了）。为此我们使用了简单的模型来支持在线训练，并把 Fine-tune 模型的倒数第二层作为特征，增强意图识别的效果。

BERT 的近邻

最近 Google 又携 XLnet 屠榜了，从实验效果看对比 BERT 确实有比较大的提升，我们也在关注中，实验的小手已经蠢蠢欲动了。如果在我们的场景实验效果好的话，相信我们环信的客户很快便会体验到。