數(shù)據(jù)的標(biāo)簽錯(cuò)誤隨處可見(jiàn)，如何在噪聲數(shù)據(jù)集上學(xué)習(xí)到一個(gè)好的分類器，是很多研究者探索的話題。在 Learning With Noisy Labels 這個(gè)大背景下，很多方法在圖像數(shù)據(jù)集上表現(xiàn)出了非常好的效果。

而文本的標(biāo)簽錯(cuò)誤有時(shí)很難鑒別。比如對(duì)于一段文本，可能專家對(duì)于其主旨類別的看法都不盡相同。這些策略是否在語(yǔ)言模型，在文本數(shù)據(jù)集上表現(xiàn)好呢？本文探索了文本噪聲標(biāo)簽在預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型（PLMs）上的特性，提出了一種新的學(xué)習(xí)策略 SelfMix，并機(jī)器視覺(jué)上常用的方法應(yīng)用于預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型作為 baseline。

為什么選 PLMs

我們對(duì)于常見(jiàn)語(yǔ)言分類模型在帶噪文本數(shù)據(jù)集上做了一些前期實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：

首先，毫無(wú)疑問(wèn)，預(yù)訓(xùn)練模型（BERT，RoBERTa）的表現(xiàn)更好。其次，文章提到，預(yù)訓(xùn)練模型已經(jīng)在大規(guī)模的預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)料上獲得了一定的類別先驗(yàn)知識(shí)。故而在有限輪次訓(xùn)練之后，依然具有較高的準(zhǔn)確率，如何高效利用預(yù)訓(xùn)練知識(shí)處理標(biāo)簽噪聲，也是一個(gè)值得探索的話題。

預(yù)訓(xùn)練模型雖然有一定的抗噪學(xué)習(xí)能力，但在下游任務(wù)的帶噪數(shù)據(jù)上訓(xùn)練時(shí)也會(huì)受到噪聲標(biāo)簽的影響，這種現(xiàn)象在少樣本，高噪聲比例的設(shè)置下更加明顯。

方法

由此，我們提出了 SelfMix，一種對(duì)抗文本噪聲標(biāo)簽的學(xué)習(xí)策略。

基礎(chǔ)模型上，我們采用了 BERT encoder + MLP 這一常用的分類范式。

針對(duì)帶噪學(xué)習(xí)策略，主要可以分為兩個(gè)部分

Sample Selection

Semi-supervised Learning

Sample Selection

Sample Selection 部分對(duì)于原始數(shù)據(jù)集 ，經(jīng)過(guò)模型的一次傳播，根據(jù)每個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的 loss，通過(guò) 2 核的 GMM 擬合將數(shù)據(jù)集分為干凈和帶噪聲的兩個(gè)部分，分別為 和 。因?yàn)槠渲?被認(rèn)為是噪聲數(shù)據(jù)集，所以其標(biāo)簽全部被去除，認(rèn)為是無(wú)標(biāo)簽數(shù)據(jù)集。

這里的 GMM，簡(jiǎn)單的來(lái)講其實(shí)可以看作是根據(jù)整體的 loss 動(dòng)態(tài)擬合出一個(gè)閾值（而不是規(guī)定一個(gè)閾值，因?yàn)樵谟?xùn)練過(guò)程中這個(gè)閾值會(huì)變化），將 loss 位于閾值兩邊的分別分為 clean samples 和 noise samples。

Semi-supervised Learning

關(guān)于 Semi-supervised Learning 部分，SelfMix 首先利用模型給給無(wú)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)集打偽標(biāo)簽（這里采用了 soft label 的形式），得到 。因?yàn)榇騻螛?biāo)簽需要模型在這個(gè)下游任務(wù)上有一定的判別能力，所以模型需要預(yù)先 warmup 的少量的步數(shù)。

「Textual Mixup」：文中采用了句子 [CLS] embedding 做 mixup。Mixup 也是半監(jiān)督和魯棒學(xué)習(xí)中經(jīng)常采用的一個(gè)策略。

「Pseudo-Loss」：文中的解釋比較拗口，其實(shí)本質(zhì)也是一種在半監(jiān)督訓(xùn)練過(guò)程中常用的對(duì)模型輸出墑的約束。

「Self-consistency Regularization」：其他的很多帶噪學(xué)習(xí)方法大都是多模型集成決策的想法，但我們認(rèn)為可以利用 dropout 機(jī)制來(lái)使得單個(gè)模型做自集成。噪聲數(shù)據(jù)因?yàn)榕c標(biāo)簽的真實(shí)分布相悖，往往會(huì)導(dǎo)致子模型之間產(chǎn)生很大的分歧，我們不希望在高噪聲環(huán)境下子模型的分歧越來(lái)越大，故而采用了 R-Drop 來(lái)約束子模型。具體的做法是，計(jì)算兩次傳播概率分布之間的 KL 散度，作為 loss 的一部分，并且消融實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)方法是十分有效的。

實(shí)驗(yàn)

我們?cè)?IDN (Instance-Dependent Noise) 和 Asym (Asymmetric Noise) 做了實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)數(shù)據(jù)集做了切分來(lái)擬合數(shù)據(jù)充分和數(shù)據(jù)補(bǔ)充的情況，并設(shè)置了不同比例的標(biāo)簽噪聲來(lái)擬合微量噪聲至極端噪聲下的情況，上圖！

ASYM 噪聲實(shí)驗(yàn)結(jié)果

ASYM 噪聲按照一個(gè)特定的噪聲轉(zhuǎn)移矩陣將一個(gè)類別樣本的標(biāo)簽隨機(jī)轉(zhuǎn)換為一個(gè)特定類別的標(biāo)簽，來(lái)形成類別之間的混淆。

IDN 噪聲實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了擬合基于樣本特征的錯(cuò)標(biāo)情況，我們訓(xùn)練了一個(gè)LSTM文本分類，對(duì)于一個(gè)樣本，將LSTM對(duì)于其預(yù)測(cè)結(jié)果中更容易錯(cuò)的類別作為其可能的噪聲標(biāo)簽。

其他的一些討論

GMM 是否有效：從 a-c, d-f 可看出高斯混合模型能夠比較充分得擬合 clean 和 noise 樣本的 loss 分布。

SelfMix 對(duì)防止模型過(guò)擬合噪聲的效果是否明顯：d, h 兩張圖中，BERT-base 和 SelfMix 的 warmup 過(guò)程是完全一致的，warmup 過(guò)后 SelfMix 確實(shí)給模型的性能帶來(lái)了一定的提升，并且趨于穩(wěn)定，有效避免了過(guò)擬合噪聲的現(xiàn)象。

考慮到模型最終的優(yōu)化目標(biāo)包括三個(gè)項(xiàng)，我們做了消融實(shí)驗(yàn)，分別去掉其中一個(gè)約束來(lái)看看模型表現(xiàn)如何，最終證明每個(gè)約束確實(shí)對(duì)于處理噪聲標(biāo)簽有幫助。