文献紹介「二値符号予測と誤り訂正を用いたニューラル翻訳モデル」

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1. 二値符号予測と誤り訂正を 用いたニューラル翻訳モデル 2019/03/05 長岡技術科学大学 自然言語処理研究室 学部4年 守谷 歩 1

2. 文献 ⚫「二値符号予測と誤り訂正を用いたニューラル翻訳モデル」 ⚫小田 悠介, Philip Arthur, Graham Neubig, 吉野 幸一郎,

   中村 哲 ⚫二値符号予測と誤り訂正を用いたニューラル翻訳モデル, 自然言 語処理, 2018, 25 巻, 2 号, p. 167-199, 公開日 2018/06/15, Online ISSN 2185-8314, Print ISSN 1340- 7619, https://doi.org/10.5715/jnlp.25.167, https://www.jstage.jst.go .jp/article/jnlp/25/2/25_167/_article/-char/ja, 抄録: 2

3. 概要 ⚫近年の機械翻訳ではエンコーダ、デコーダ、注釈機構からなる ニューラル翻訳モデルが研究されている。 ⚫既存の方法で表現力の高いニューラル翻訳モデルの出力層では ソフトマックス演算を行っており、これは、語彙に含まれる全単語の スコアを隠れ層の一次結合として計算するため、計算量が語彙サ イズに比例するため軽量化したい。 ⚫また、単純に二値符号のみを用いる方法だと翻訳精度が従来の 手法と比べて大幅に低下してしまう。 3

4. 概要 ⚫従来の方法でも以下の4つの観点が計算量を軽量化するために 需要だと考えられる。 ⚫翻訳精度 ⚫空間効率（使用メモリ量） ⚫時間効率（実行速度） ⚫並列計算との親和性 ⚫軽量化をするために従来のソフトマックスモデルを部分的に導入 し、高頻度語と低頻度語を分離し、学習させる手法を提案。また、 二値符号の頑健性を向上させるため、誤り訂正符号、畳み込み符

   号による冗長化を施す。 4

5. 単純なソフトマックスモデルの定式化 ⚫語彙サイズV、同じ数の次元の連続空間ℝ ⚫単語ID ∈ { ∈ ℕ|1 ≤ ≤ }に対応する次元を１、それ以外の次元を

   ０とする単位ベクトル () ∈ ℝを単語の表現とみなす ⚫部分空間 ℝ = ∈ ℝ ∧ ∀. 0 ≤ < 1 ∧ σ =1 = 1 ⚫損失関数の計算 , = , = − + log ෍ =1 = σ =1 = ℎ ℎ + 5

6. 二値符号を用いた単語の表現手法 6

7. 二値符号を用いた単語の表現手法 ⚫単語に対応するビット列 = b1 w , b2 w , …

   , bB w V = 0,1 B ⚫各ビットが1となる確率 ℎ = 1 ℎ , 2 ℎ , … , ℎ ∈ 0,1 ⚫ロジスティック回帰モデル ℎ = ℎ ℎ + , = 1 1 + exp(−) ⚫確率q(h)における各ビットごとの確率の積 Pr ℎ = ෑ =1 ℎ + 1 − 1 − ℎ 7

8. 二値符号モデルの損失関数、計算量 ⚫損失関数 損失関数の満たすべき条件 , ቊ =∈ = ≥∈ ℎ 損失関数は、先行研究より二乗誤差を用いるほうが精度が向上

   , = ෍ =1 B − 2 ⚫計算量 8

9. ソフトマックスと二値符号予測の 混合モデル ⚫生成確率 Pr ℎ = ቊ , < ∗

   , ℎ ℎ = exp σ =1 exp , = ℎ ℎ + , ℎ = ෑ =1 ( + 1 − 1 − ) ⚫損失関数 = ൝ , < + , ℎ = , , = , 9

10. 誤り訂正符号の適用 ⚫単純な二値符号予測モデル、混合モデルは二値符号自体の頑健性 を考慮していないため、ビット誤りを許さない形となっている。 ⚫ビット列に対して、何らかの冗長性を導入する 10

11. 実験設定 ⚫コーパスはASPECとBTECを使用 ⚫英語のトークン化にはMoses、日本語のトークン化に はKyTeaを使用した。 ⚫ニューラルネットワークの構築にはDyNetを使用した。 ⚫すべてのモデルは1つのGPUを用いて学習した。また、 実行時間を検証するためにGPU上とCPU上の両方で 行った。 ⚫翻訳モデルのエンコーダには双方向RNN、注意機構 及びデコーダはConcat

    Global Attention モデルを使 用した。また、RNNには入力、忘却、出力ゲートを含 む1層のLSTMを使用した。 ⚫ニューラルネットワークの学習にはAdam最適化機を 使用し、そのハイパーパラメータは = 0.001, 1 = 0.9, 2 = 0.999, = 10−8 ⚫モデルの評価にはBLUEを使用 11

12. 実験結果 BLEUと計算速度 12

13. 実験結果 学習の推移 13

14. 翻訳精度への影響 14

15. 単語出現頻度と推定精度の関係 15

16. 今後への展開 ⚫翻訳モデルにより適した単語のビット列への割り当て手法 ⚫ニューラル翻訳モデルの学習により適した形の誤り訂正手法の 開発 ⚫入力装側の単語ベクトルも二値符号に制約し、モデルのパラメー タを削った場合の翻訳精度は同様に達成できるのか ⚫翻訳モデルの内部状態やパラメータが獲得した表現に関する調 査 16