1 语言模型

语言模型的任务是判断一句话出现的概率（也就是说一句话是不是人说的），可以表示为：$P(W)=P(w_1,w_2,...w_n)$
使用链式法则求概率：
$P(W)=P(w_1,w_2,...w_n)={\prod }_{i}P(w_i|w_1,w_2,...w_{i-1})$

$P(w_i|w_1,w_2,...w_{i-1})$计算复杂度非常高。
在马尔科夫假设中，一个词出现的概率只与前一个词相关，那么$P(w_i|w_1,w_2,...w_{i-1})=P(w_i|w_{i-1})$
也有n=2，是2元模型

2 语言模型评价指标：Perplexity

句子概率越大，Perplexity越低。也就是说Perplexity低的，语言模型好。

详细信息阅读博客：https://www.cnblogs.com/shona/p/10827339.html

3 基于神经网络的语言模型

模型学习任务是：根据当前词，猜测下一个词。
用神经网络学习到概率P。

3.1 RNN

梯度消失和梯度爆炸问题：
1 在反向传播过程中有连续相乘的操作
2 如果相乘的值大于1，那么就可能发生梯度爆炸。解决：截断
3 如果相乘的值小于1，那么就可能发生梯度消失。解决：使用Relu(x) = max(0,x)
还有距离远的信息不容易被RNN保留。

3.2 LSTM

忘记门
输入门
更新门
输出门

3.3 GRU

GRU是LSTM的改进，参数量更少。

4 优化函数

交叉熵损失函数

5 模型代码

class RNNModel(nn.Module):'''一个简单的循环神经网络'''def __init__(self, rnn_type, vocab_size, embedding_size, hidden_size, nlayers, dropout=0.5):''':param rnn_type: LSTM/GRU:param vocab_size: 词库大小:param embedding_size::param hidden_size::param nlayers: 纵向有多少层神经网络:param dropout:'''super(RNNModel, self).__init__()self.drop = nn.Dropout(dropout)self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, embedding_size)if rnn_type in ['LSTM', 'GRU']:# getattr(nn, rnn_type) 相当于 nn.rnn_typeself.rnn = getattr(nn, rnn_type)(embedding_size, hidden_size, nlayers, dropout=dropout)else:try:nonlinearity = {'RNN_TANH': 'tanh', 'RNN_RELU': 'relu'}[rnn_type]except KeyError:raise ValueError("""An invalid option for `--model` was supplied,options are ['LSTM', 'GRU', 'RNN_TANH' or 'RNN_RELU']""")self.rnn = nn.RNN(embedding_size, hidden_size, nlayers, nonlinearity=nonlinearity, dropout=dropout)# 全连接层self.decoder = nn.Linear(hidden_size, vocab_size)self.init_weights()self.rnn_type = rnn_typeself.embedding_size = embedding_sizeself.hidden_size = hidden_sizeself.nlayers = nlayersdef init_weights(self):init_range = 0.1self.embedding.weight.data.uniform_(-init_range, init_range)self.decoder.bias.data.zero_()self.decoder.weight.data.uniform_(-init_range, init_range)def forward(self, input, hidden):'''一个神经网络:param input:一个序列的词，input.shape = seq_len*batch_size = 50*32:param hidden:hidden = (nlayers * 32 * hidden_size, nlayers * 32 * hidden_size):return:'''# hidden是个元组，输入有两个参数，一个是刚开始的隐藏层h的维度，一个是刚开始的用于记忆的c的维度，# 这两个层的维度一样，并且需要先初始化，hidden_size的维度和上面nhid的维度一样 =100，我理解这两个是同一个东西。??embed = self.drop(self.embedding(input))  # emb.shape=torch.Size([seq_len, batch_size, hidden_size]) # 输入数据的维度# 还有一种接参数的方式是：output, (hidden,c_state) = self.rnn(embed, hidden)output, hidden = self.rnn(embed, hidden)  # output.shape = seq_len * batch_size * hidden_size # 最终输出数据的维度# hidden = (h层维度：nlayers * batch_size * hidden_size, c层维度：nlayers * batch_size * hidden_size)output = self.drop(output)# output最后的输出层一定要是二维的，只是为了能进行全连接层的运算。# 所以把前两个维度拼接在一起：（seq_len * batch_size） * hidden_sizedecoded = self.decoder(output.view(output.size(0) * output.size(1), output.size(2)))  # （seq_len * batch_size） * vocab_size# 我们需要知道每个位置预测的下一个单词是哪个，pred形状：seq_len * batch_size * vocab_sizepred = decoded.view(output.size(0), output.size(1), decoded.size(1))return pred, hiddendef init_hidden(self, bsz, requires_grad=True):# 初始化隐藏的参数weight = next(self.parameters())if self.rnn_type == 'LSTM':return (weight.new_zeros((self.nlayers, bsz, self.hidden_size), requires_grad=requires_grad),weight.new_zeros((self.nlayers, bsz, self.hidden_size), requires_grad=requires_grad))else:return weight.new_zeros((self.nlayers, bsz, self.hidden_size), requires_grad=requires_grad)# GRU 神经网络把h层和c层合并了，所以这里只有一个参数

6 用途与评价

评价语言模型一个是使用perplexity指标。另外一个是使用模型生成一段文本，看下通畅度。