aitech-eks-pub/wyk/13_generative_approach.ipynb

{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "![Logo 1](https://git.wmi.amu.edu.pl/AITech/Szablon/raw/branch/master/Logotyp_AITech1.jpg)\n",
    "<div class=\"alert alert-block alert-info\">\n",
    "<h1> Ekstrakcja informacji </h1>\n",
    "<h2> 13. <i>Podejście generatywne w ekstrakcji informacji</i>  [wykład]</h2> \n",
    "<h3> Filip Graliński (2021)</h3>\n",
    "</div>\n",
    "\n",
    "![Logo 2](https://git.wmi.amu.edu.pl/AITech/Szablon/raw/branch/master/Logotyp_AITech2.jpg)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Ekstrakcja informacji a podejście generatywne\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Podejście generatywne\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Do tej pory zadanie ekstrakcji informacji traktowaliśmy jako zadanie etykietowania sekwencji, tzn. uczyliśmy system zaznaczać tokeny składające się na ekstrahowane informacje.\n",
    "\n",
    "![Ekstrakcja informacji jako etykietowanie sekwencji, schemat](./ie-seqlab.png)\n",
    "\n",
    "Możliwe jest inne podeście, **generatywne**, w którym podchodzimy do problemu ekstrakcji informacji jak do swego rodzaju **tłumaczenia maszynowego** — „tłumaczymy” tekst (wraz z pytaniem lub etykietą) na informację.\n",
    "\n",
    "![Ekstrakcja informacji w podejściu generatywnym](./ie-gener.png)\n",
    "\n",
    "To podejście może się wydawać trudniejsze niż etykietowanie sekwencji, ale wystarczająco zaawansowanej architekturze sieci, jest wykonalne.\n",
    "\n",
    "Zalety:\n",
    "\n",
    "-   informacja nie musi być dosłownie zapisana w tekście, ekstraktor może nauczyć się również normalizacji czy parafrazowania,\n",
    "-   nie wprowadzamy wielu kroków przetwarzania (gdzie błędy mogą się\n",
    "    namnażać), system działa na zasadzie *end-to-end*.\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Atencja\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Pierwsze systemu neuronowego tłumaczenia maszynowego używały siecie LSTM. Dopiero jednak dodanie tzw. atencji (*attention*) umożliwiło duży przeskok jakościowy. Najpierw atencję dodano do sieci rekurencyjnych, później powstały sieci oparte *wyłącznie* na atencji — modele Transformer.\n",
    "\n",
    "Idea atencji polega na tym, że sieć może kierować selektywnie „snop” uwagi na wyrazy na wejściu lub do tej pory wygenerowane wyrazy.\n",
    "\n",
    "Mechanizm atencji korzysta z:\n",
    "\n",
    "-   z poprzedniego stanu sieci $\\vec{s^{k-1}}$ (to jest „miejsce”, z którego „kierujemy” atencję),\n",
    "-   z wektora reprezentującego słowo $\\vec{v}(t_i)$ (to jest „miejsce”, na które kierujemy atencję), gdzie\n",
    "    $\\vec{v}(t_i)$ to reprezentacja wektorowa wyrazu $t_i$ (statyczny embedding lub reprezentacja wektorowa\n",
    "    z poprzedniej warstwy dla sieci wielowarstwowej),\n",
    "\n",
    "aby wytworzyć wektor kontekstu $\\vec{\\xi^k}$ (który z kolei będzie w jakiś sposób wnosił wkład do wyliczenia nowej wartości stanu $\\vec{s^k}$ lub wyjścia $y^k$.\n",
    "\n",
    "Najpierw wyliczymy skalarne wartości atencji, tzn. liczby, które będą sygnalizowały, jak bardzo wektor $\\vec{v}(t_i)$ „pasuje” do $\\vec{s^{k-1}}$, w najprostszej wersji można po prostu skorzystać z iloczynu skalarnego (o ile $n=m$),\n",
    "\n",
    "$$a(\\vec{s^{k-1}}, \\vec{v}(t_i)) = \\vec{s^{k-1}}\\vec{v}(t_i).$$\n",
    "\n",
    "**Pytanie**: co jeśli $n$ nie jest równe $m$, tzn. rozmiar embeddingu nie jest równy rozmiarowi wektora stanu?\n",
    "\n",
    "W przypadku sieci LSTM korzysta się częściej z bardziej skomplikowanego wzoru zawierającego dodatkowe wyuczalne wagi:\n",
    "\n",
    "$$a(\\vec{s^{k-1}}, \\vec{v}(t_i)) = \\vec{w_a}\\operatorname{tanh}(W_a\\vec{s^{k-1}} + U_a\\vec{v}(t_i))$$\n",
    "\n",
    "**Pytanie**: jakie rozmiary mają macierze $W_a$, $U_a$ i wektor $w_a$?\n",
    "\n",
    "Powtórzmy, że wartości $a$ są wartościami skalarnymi, natomiast nie są one znormalizowane (nie sumują się do jedynki), normalizujemy je używając schematu podobnego do softmaxa:\n",
    "\n",
    "$$\\alpha_{i} = \\frac{e^{a(\\vec{s^{k-1}}, \\vec{v}(t_i))}}{\\sum_j e^{a(\\vec{s^{k-1}}, \\vec{v}(t_j))}}$$\n",
    "\n",
    "Wektor kontekstu $\\vec{\\xi^k}$ będzie po prostu średnią ważoną wektorowych reprezentacji słów:\n",
    "\n",
    "$$\\vec{\\xi^k} = \\sum_i \\alpha_i\\vec{v}(t_i)$$\n",
    "\n",
    "**Pytanie**: zasadniczo atencja jest środkiem do celu (żeby sieć się sprawniej uczyła), czy można atencja sama w sobie może być do czegoś przydatna?\n",
    "\n"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "author": "Filip Graliński",
  "email": "filipg@amu.edu.pl",
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "lang": "pl",
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.9.6"
  },
  "org": null,
  "subtitle": "13.Podejście generatywne w ekstrakcji informacji[wykład]",
  "title": "Ekstrakcja informacji",
  "year": "2021"
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 4
}