5.实战演练：使用文心进行模型训练
更新时间：2021-05-06
这里我们以一个在智能对话场景中识别用户情绪的任务为例，来介绍如何使用文心进行模型训练。
分析场景、选定任务
- 任务目标：识别智能对话场景中用户的情绪，针对智能对话场景中的用户文本，自动判断该文本的情绪类别并给出相应的置信度，情绪类型分为积极和消极两种。
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任务数据
未经处理的智能对话场景中的用户文本如下所示：
你的这个建议不错，谢谢你。 你这是什么意思？是不是没听懂我在问什么。 你们这个产品怎么回事？怎么一用就死机？ -
任务分析
经过分析上述目标和数据，我们可以发现这是一个经典的NLP文本二分类任务。
我们可以通过文心提供的CNN文本分类模型来实现较为高效的对话情感检测，并在此基础上，通过使用ERNIE预训练模型来进一步提升分类的效果。
文心的文本分类任务在./tasks/text_classification/目录下。
环境安装
准备数据
根据上述场景，我们现有的数据集为未经处理的原始数据，无法直接用于文心文本分类任务，因此我们需要做以下两件事：
查看文心文本分类任务非ERNIE示例数据集，了解数据集格式。
修改我们现有的数据集格式，保持与文心示例数据集格式统一。
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查看示例非ERNIE数据集
- 文心文本分类任务非ERNIE的训练数据、测试数据、验证数据和预测数据分别存放在./data文件夹中的train_data、test_data、dev_data和predict_data文件夹下，对应的示例词典存放在dict文件夹下。在真实训练场景时，请将数据放置上述位置。
- 示例数据为二分类，标签标注分别为0和1，文本经过分词预处理。
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训练数据、测试数据和验证数据格式相同。数据分为两列，第一列为分词处理后的文本，第二列为标签。列与列之间用\t进行分隔，如下所示：
房间 太 小 。 其他 的 都 一般 。 。 。 。 。 。 。 。 。 0 LED屏 就是 爽 ， 基本 硬件 配置 都 很 均衡 ， 镜面 考 漆 不错 ， 小黑 ， 我喜欢 。 1 差 得 要命 , 很大 股霉味 , 勉强 住 了 一晚 , 第二天 大早 赶紧 溜 0 -
预测数据没有标签预占位，其格式如下所示：
USB接口 只有 2个 ， 太 少 了 点 ， 不能 接 太多 外 接 设备 ！ 表面 容易 留下 污垢 ！ 平时 只 用来 工作 ， 上 上网 ， 挺不错 的 ， 没有 冗余 的 功能 ， 样子 也 比较 正式 ！ 还 可以 吧 ， 价格 实惠 宾馆 反馈 2008年4月17日 ： 谢谢 ！ 欢迎 再次 入住 其士 大酒店 。 -
词表分为两列，第一列为词，第二列为id（从0开始），列与列之间用\t进行分隔。文心的词表中，[PAD]、[CLS]、[SEP]、[MASK]、[UNK]这5个词是必须要有的，若用户自备词表，需保证这5个词是存在的。部分词表示例如下所示：
[PAD] 0 [CLS] 1 [SEP] 2 [MASK] 3 [UNK] 4 郑重 5 天空 6 工地 7 神圣 8
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处理现有数据
- 首先，对数据进行分词、构建词表等预处理，可以使用文心提供的小工具。
- 对数据进行分割，根据需要留下预测数据后，其余样本按照6:2:2的比例分割为训练集、测试集和验证集。
- 根据上述场景，我们需要对训练集、测试集和验证集进行标注，0表示“消极”，1表示“积极”。
- 标注结束后，我们将预处理好的各数据集分别存放于文心文本分类任务非ERNIE的示例数据文件夹下。
- 将准备好的词表文件vocab.txt放到文心文本分类任务的dict文件夹下面，或者你可以选择采用文心提供的示例词典。
配置参数：通过json进行参数配置
文心中模型的训练、预测、评估等都是通过Python脚本来运行的，需要的参数都是配置在json文件中，运行过程中传入配置好的json文件，文心会自动解析json文件，解析出各个模块需要用的参数，根据这些参数实例化需要用到的对象实例，具体原理详见文心中的注册机制。
json配置文件主要分为三个部分：dataset_reader（数据部分）、model（网络部分）、trainer或inference（执行部分），在模型训练的时候，json文件中需要配置dataset_reader、model和trainer这三个部分；在预测推理的时候，json文件中需要配置dataset_reader、inference这两个部分。以下部分就以CNN文本分类模型为例，着重介绍文心中的json配置文件。
CNN中文文本分类模型训练的预置json文件为./examples/目录下的cls_cnn_ch.json，我们主要对其中的三个部分，即dataset_reader部分、model部分和trainer部分进行配置。
- dataset_reader部分：用于配置模型训练或者预测时的数据相关配置，训练任务的dataset_reader中必须有train_reader、test_reader、dev_reader，预测推理任务的dataset_reader仅需要predict_reader。以下为cls_cnn_ch.json中抽取出来的dataset_reader部分配置，通过注释说明。
{
"dataset_reader": {
"train_reader": { ## 训练、验证、测试各自基于不同的数据集，数据格式也可能不一样，可以在json中配置不同的reader，此处为训练集的reader。
"name": "train_reader",
"type": "BasicDataSetReader", ## 采用BasicDataSetReader，其封装了常见的读取csv、txt文件、组batch等操作。这里的取值是对应dataset_reader的类名，关于各个dataset_reader的区别详见http://wiki.baidu.com/display/TOne/6.Reader
"fields": [ ## 域（field）是文心的高阶封装，对于同一个样本存在不同域的时候，不同域有单独的数据类型（文本、数值、整型、浮点型）、单独的词表(vocabulary)等，可以根据不同域进行语义表示，如文本转id等操作，field_reader是实现这些操作的类。
{
"name": "text_a", ## 文本分类只有一个文本特征域，命名为"text_a"。
"data_type": "string", ## data_type定义域的数据类型，文本域的类型为string，整型数值为int，浮点型数值为float。
"reader": {
"type": "CustomTextFieldReader" ## 采用针对文本域的通用reader "CustomTextFieldReader"。数值数组类型域为"ScalarArrayFieldReader"，数值标量类型域为"ScalarFieldReader"，这里的取值是对应FieldReader的类名，关于各个FieldReader的区别详见http://wiki.baidu.com/display/TOne/6.Reader
},
"tokenizer": {
"type": "CustomTokenizer", ## 指定该文本域的tokenizer为CustomTokenizer，type的取值是对应Tokenizer的类名，关于各个Tokenizer的区别详见http://wiki.baidu.com/display/TOne/6.Reader
"split_char": " ", ## 非Ernie任务需要自己切词，切词之后的明文使用的分隔符在这里设置，默认是通过空格区分不同的token。
"unk_token": "[UNK]", ## unk标记为"[UNK]"， 即词表之外的token所对应的默认id，unk必须是词表文件中存在的token。
"params": null ## 如果需要一些额外的参数传入tokenizer的时候可以使用该字段
},
"need_convert": true, ## "need_convert"为true说明数据格式是明文字符串，需要通过词表转换为id。
"vocab_path": "./dict/vocab.txt", ## 指定该文本域的词表，"need_convert"为true时一定要设置
"max_seq_len": 512, ## 设定当前域转为id之后的最大长度
"truncation_type": 0, ## 选择文本超长截断的策略，0为从头开始到最大长度截断，1为从头开始到max_len-1的位置截断，末尾补上最后一个id（词或字），2为保留头和尾两个位置，然后按从头开始到最大长度方式截断。
"padding_id": 0 ## 设定padding时对应的id值，文心内部会按batch中的最长文本大小对整个batch中的数据进行padding补齐。
}, ## 如果每一个样本有多个特征域（文本类型、数值类型均可），可以仿照前面对每个域进行设置，依次增加每个域的配置即可。此时样本的域之间是以\t分隔的。
{
"name": "label", ## 标签也是一个单独的域，在当前例子中命名为"label"。如果多个不同任务体系的标签存在于多个域中，则可实现最基本的多任务学习。
"data_type": "int", ## 标签是整型数值。
"reader": {
"type": "ScalarFieldReader" ## 整型数值域的reader为"ScalarFieldReader"。
},
"tokenizer": null, ## 如果你的label是明文文本，且需要分词的话，这里就需要配置对应的tokenizer，规则如上方文本域的tokenizer配置
"need_convert": false, ## "need_convert"为true说明数据格式是明文字符串，需要通过词表转换为id。
"vocab_path": "", ## ”need_convert“为true的时候需要填词表路径 。
"max_seq_len": 1, ## 设定每个域的最大长度，当前例子中的label域是一个int数值，所以最大长度是1。
"truncation_type": 0, ## 超过max_seq_len长度之后的截断策略，同上。
"padding_id": 0, ## 设定padding时对应的id值。
"embedding": null ## 历史遗留参数，设置为null即可。
}
],
"config": {
"data_path": "./data/train_data", ## 训练数据train_reader的数据路径，写到文件夹目录。
"shuffle": false, ## 数据在读取过程中是否需要打乱顺序。
"batch_size": 8, ## 超参数之一，表示每个step训练多少个样本。
"epoch": 10, ## 超参数之一，表示这个数据集中的数据会被重复训练多少轮。
"sampling_rate": 1.0 ## 数据集的采样率，文心预留参数，暂时不起作用，后续版本会升级。
}
},
"test_reader": { ## 若要评估测试集，需配置test_reader，其配置方式与train_reader类似， 需要注意的是shuffle参数要设置为false，epoch参数必须是1。
……
},
"dev_reader": { ## 若要评估验证集，需配置dev_reader，其配置方式与test_reader类似，需要注意的是shuffle参数要设置为false，epoch参数必须是1。
……
},
……
}-
model部分：用于配置模型训练时的预置网络，包括预置网络的类别及其优化器的参数等。以下为cls_cnn_ch.json中抽取出来的model部分配置，通过注释说明。
{ ... "model": { "type": "CnnClassification", ## 文心采用模型(models)的方式定义神经网络的基本操作，本例采用预置的模型CnnClassification实现文本分类，具体网络可参考models目录。 "optimization": { "learning_rate": 2e-05 ## 预置模型的优化器所需的参数配置，如学习率等。 }, "vocab_size": 33261, ## 该模型（model）使用的词表大小，必填参数。 "num_labels": 2 ## 该分类模型的类别数目是多少，必填参数，不填则默认是二分类 }, ... } -
trainer部分：用于配置模型训练的启动器，包括保存模型时的间隔步数、进行测试集或验证集评估的间隔步数等。以下为cls_cnn_ch.json中抽取出来的trainer部分配置，通过注释说明。
{ ... "trainer": { "PADDLE_USE_GPU": 0, ## 是否使用GPU进行训练，1为使用GPU。 "PADDLE_IS_LOCAL": 1, ## 是否单机训练，默认值为0，若要单机训练需要设置为1。 "train_log_step": 20, ## 训练时打印训练日志的间隔步数。 "is_eval_dev": 0, ## 是否在训练的时候评估验证集，如果取值为1，则一定需要配置dev_reader及其数据路径。 "is_eval_test": 1, ## 是否在训练的时候评估测试集，如果取值为1，则一定需要配置test_reader及其数据路径。 "eval_step": 100, ## 进行测试集或验证集评估的间隔步数。 "save_model_step": 10000, ## 保存模型时的间隔步数，建议设置为eval_step的整数倍。 "load_parameters": "", ## 加载包含各op参数值的训练好的模型，用于热启动。此处填写checkpoint路径。不填则表示不使用热启动。 "load_checkpoint": "", ## 加载包含学习率等所有参数的训练模型，用于热启动。此处填写checkpoint路径。不填则表示不使用热启动。 "use_fp16": 0, ## 是否使用fp16精度（半精度），预留参数，请设置为0（文心目前对fp16精度的支持还在更新中，敬请关注）。 "pre_train_model": [], ## 加载预训练模型的参数，ERNIE任务的必填参数，非ERNIE任务将当前参数置为[]即可。 "output_path": "./output/cls_textcnn_ch" ## 保存模型的输出路径，如置空或者不配置则默认输出路径为"./output"。 "extra_param": { ## 除核心必要信息之外，需要额外标明的参数信息，比如一些meta信息可以作为日志统计的关键字。 "meta":{ "job_type": "text_classification" } } } }
启动训练
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本地训练
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将数据集存放妥当，并配置好cls_cnn_ch.json，返回至./text_classification目录下，我们就可以运行模型训练的命令：python run_with_json.py ，如下所示，使用基于CNN的中文文本分类模型在训练集上进行本地模型训练。
# CNN 中文文本分类模型 # 基于json实现预置网络训练。其调用了配置文件./examples/cls_cnn_ch.json python run_with_json.py --param_path ./examples/cls_cnn_ch.json -
训练运行的日志会自动保存在./log/test.log文件中，内容大致如下所示：
INFO: 02-24 08:00:35: base_dataset_reader.py:96 * 139822175426304 set data_generator and start....... INFO: 02-24 08:00:35: custom_trainer.py:64 * 139822175426304 epoch 2 progress 176/199 pyreader queue size 50 ## epoch：当前训练轮次；progress：当前训练进度；pyreader queue size：当前pyreader队列大小 DEBUG: 02-24 08:00:35: cnn_classification.py:148 * 139822175426304 phase = training acc = 0.75 precision = 0.375 step = 20 time_cost = 0.499283075333 ## phase：该log类型，train为训练log，test为测试log，dev为评估log；acc、precision等：评估指标；step：当前训练步数；time_cost：当前batch所消耗的时间 ... INFO: 02-24 08:00:38: base_dataset_reader.py:96 * 139822175426304 set data_generator and start....... DEBUG: 02-24 08:00:38: cnn_classification.py:152 * 139822175426304 phase = test acc = 0.53 precision = 0.267676767677 time_cost = 0.105578899384 ... INFO: 02-24 08:00:41: custom_trainer.py:64 * 139822175426304 epoch 9 progress 198/199 pyreader queue size 9 DEBUG: 02-24 08:00:41: cnn_classification.py:148 * 139822175426304 phase = training acc = 0.75 precision = 0.375 step = 240 time_cost = 0.474550008774 INFO: 02-24 08:00:42: custom_trainer.py:104 * 139822175426304 Final test result: ## 此次运行结束时的最终评估 INFO: 02-24 08:00:42: base_dataset_reader.py:96 * 139822175426304 set data_generator and start....... DEBUG: 02-24 08:00:42: cnn_classification.py:152 * 139822175426304 phase = test acc = 0.53 precision = 0.267676767677 time_cost = 0.0935051441193 INFO: 02-24 08:00:42: run_with_json.py:96 * 139822175426304 end of run train and eval ..... INFO: 02-24 08:00:42: run_with_json.py:98 * 139822175426304 os exit. -
训练中以及结束后产生的模型文件会默认保存在./output/cls_cnn_ch/目录下，其中save_inference_model/文件夹会保存用于预测的模型文件，save_checkpoint/文件夹会保存用于热启动的模型文件，结果如下所示：
├── save_checkpoints │ ├── checkpoints_step_251 ## 神经网络中的所有参数文件，可以用来做热启动。 │ │ ├── embedding_0.w_0 │ │ ├── embedding_0.w_0_beta1_pow_acc_0 │ │ ├── .... │ │ ├── fc_0.b_0 │ │ ├── .... │ │ ├── sequence_conv_0.b_0 │ │ ├── model.meta ## meta文件，存放了文心自定义的网络基本介绍信息。 │ │ ├── .... ├── save_inference_model │ ├── inference_step_251 │ │ ├── infer_data_params.json ## 模型预测过程中需要解析的字段，模型训练过程中自动生成，模型预测过程中自动解析。其写入内容由model文件（组网文件）中的forward方法的返回值决定。 │ │ ├── model ## paddle框架保存出来的模型结构文件 │ │ ├── model.meta ## meta文件，存放了文心自定义的网络基本介绍信息。同checkpoints中的model.meta │── │ ├── params ## 经过优化裁剪之后的参数文件（所有参数压缩保存在一个文件中）
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ERNIE预训练模型的选择与配置
- ERNIE版本的选择：为方便起见，我们先使用ernie2.0作为预训练模型，结合CNN模型来提升我们的分类效果。若想查看不同版本ERNIE之间的差别，请移步ERNIE简介
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ERNIE2.0的下载与配置
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通过运行下述脚本下载ERNIE2.0的预训练参数文件。
# ernie_2.0_base 模型下载 # 进入model_files目录 cd wenxin/tasks/model_files/ # 运行下载脚本 sh download_ernie_2.0_base_ch.sh -
下载完成后，修改cls_ernie_2.0_base_cnn_ch.json中的dataset_reader、model和trainer的部分配置。
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dataset_reader部分：
{ ## 配置情况大体上与上述的非ERNIE CNN模型一致，仅标注不同的地方 "dataset_reader": { "train_reader": { "name": "train_reader", "type": "BasicDataSetReader", "fields": [ { "name": "text_a", "data_type": "string", "reader": { "type": "ErnieTextFieldReader" ## 使用ERNIE特有的FieldReader }, "tokenizer": { "type": "FullTokenizer", ## 使用FullTokenizer按字进行切分 "split_char": " ", "unk_token": "[UNK]" }, "need_convert": true, "vocab_path": "../model_files/dict/vocab_ernie_2.0_base_ch.txt", ## 设置ERNIE模型对应的词表文件 "max_seq_len": 512, ## 最大文本长度，不能超过512 "truncation_type": 0, "padding_id": 0, "embedding": null }, { "name": "label", "data_type": "int", "reader": { "type": "ScalarFieldReader" }, "tokenizer": null, "need_convert": false, "vocab_path": "", "max_seq_len": 1, "truncation_type": 0, "padding_id": 0, "embedding": null } ], "config": { "data_path": "./data/train_data", "shuffle": false, "batch_size": 8, "epoch": 5, "sampling_rate": 1.0 } }, "test_reader": { ## 若要评估测试集，需配置test_reader，其配置方式与train_reader类似， 需要注意的是shuffle参数要设置为false，epoch参数必须是1。 …… }, "dev_reader": { ## 若要评估验证集，需配置dev_reader，其配置方式与test_reader类似，需要注意的是shuffle参数要设置为false，epoch参数必须是1。 …… }, …… } -
model部分
{ ... ## 配置情况大体上与上述的非ERNIE CNN模型一致，仅标注不同的地方 "model": { "type": "ErnieCnnClassification", ## 对应的模型网络类名为 "optimization": { ## 优化器设置，文心ERNIE推荐的默认设置。 "learning_rate": 5e-05, ## 学习率 "lr_scheduler": "linear_warmup_decay", ## "warmup_steps": 0, "warmup_proportion": 0.1, "weight_decay": 0.01, "use_dynamic_loss_scaling": false, "init_loss_scaling": 128, "incr_every_n_steps": 100, "decr_every_n_nan_or_inf": 2, "incr_ratio": 2.0, "decr_ratio": 0.8 }, "embedding": { ## ERNIE中的embedding参数设置，必填参数。 "type": "ErnieTokenEmbedding", ## embedding类型，务必设置为ErnieTokenEmbedding "emb_dim": 768, ## 当前ERNIE模型的词向量维度，不同版本ERNIE维度不同，具体数值参考对应的config.json中的emb_size参数。 "use_fp16": false, ## 历史遗留参数，用来控制是否使用fp16精度，请保证其值为false。 "config_path": "../model_files/config/ernie_2.0_base_ch_config.json", ## 当前ERNIE模型的配置文件，下载需要的ERNIE模型压缩包即可看到。 "other": "" ## 预留字段，用来传递一些额外信息。 }, "num_labels": 2 }, ... } -
trainer部分
{ ... "trainer": { "PADDLE_USE_GPU": 0, ## 是否使用GPU进行训练，1为使用GPU，同上。 "PADDLE_IS_LOCAL": 1, ## 是否单机训练，默认值为0，若要单机训练需要设置为1，同上。 "train_log_step": 20, ## 训练时打印训练日志的间隔步数，同上。 "is_eval_dev": 0, ## 是否在训练的时候评估开发集，如果取值为1，则一定需要配置dev_reader及其数据路径，同上。 "is_eval_test": 1, ## 是否在训练的时候评估测试集，如果取值为1，则一定需要配置test_reader及其数据路径，同上。 "eval_step": 100, ## 进行测试集或验证集评估的间隔步数，同上。 "save_model_step": 10000, ## 保存模型时的间隔步数，建议设置为eval_step的整数倍，同上。 "load_parameters": "", ## 加载包含各op参数值的训练好的模型，用于热启动。此处填写checkpoint路径。不填则表示不使用热启动，同上。 "load_checkpoint": "", ## 加载包含学习率等所有参数的训练模型，用于热启动。此处填写checkpoint路径。不填则表示不使用热启动，同上。 "use_fp16": 0, ## 是否使用fp16精度（半精度），预留参数，请设置为0（文心目前对fp16精度的支持还在更新中，敬请关注），同上。 "pre_train_model": [ ## 加载预训练模型，ERNIE任务的必填参数，非ERNIE任务将当前参数置为[]即可。 { "name": "ernie_2.0_base_ch", ## 预训练模型的名称name "params_path": "../model_files/ernie_2.0_base_ch_dir/params" ## 预训练模型的目录params_path } ], "output_path": "./output/cls_textcnn_ch" ## 保存模型的输出路径，如置空或者不配置则默认输出路径为"./output"，同上。 "extra_param": { ## 除核心必要信息之外，需要额外标明的参数信息，比如一些meta信息可以作为日志统计的关键字，同上。 "meta":{ "job_type": "text_classification" } } } }
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数据准备
- 若使用ernie作为预训练模型，则所需数据集与非ernie的区别为文本不需要分词，且无需额外准备词典。因此我们需要使用处理之前分好的词的数据。
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本地训练
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将数据集存放妥当，在./examples配置好cls_ernie_2.0_base_cnn_ch.json，然后回到文本分类任务的主目录./text_classification下我们就可以运行如下命令，使用带ernie2.0的CNN中文文本分类模型在训练集上进行本地模型训练。
## 选择ernie相关json即可实现 python run_with_json.py --param_path ./examples/cls_ernie_2.0_base_cnn_ch.json
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