如何使用BERT模型进行抽取式摘要

　　写​在前面

　　最近在梳理文本摘要相关内容，翻到一篇19年关于基于BERT模型进行抽取式摘要的老文「BertSum」，在这里分享给大家。该论文一开始挂在arXiv时，为《Fine-tune BERT for Extractive Summarization》，主要介绍了如何使用BERT模型进行抽取式(Extractive)摘要。

paper：https://arxiv.org/pdf/1903.10318.pdf
github：https://github.com/nlpyang/BertSum 

　　后面，又发表于EMNLP2019，为《Text Summarization with Pretrained Encoders》，增加了生成式(抽象式，Abstractive)摘要部分，并对第一版论文进行了部分内容的补充与删减。

paper：https://aclanthology.org/D19-1387.pdf
github：https://github.com/nlpyang/PreSumm

　　介绍

　　文本摘要任务主要分为抽象式摘要(abstractive summarization)和抽取式摘要(extractive summarization)。在抽象式摘要中，目标摘要所包含的词或短语会不在原文中，通常需要进行文本重写等操作进行生成;而抽取式摘要，就是通过复制和重组文档中最重要的内容(一般为句子)来形成摘要。那么如何获取并选择文档中重要句子，就是抽取式摘要的关键。

　　传统抽取式摘要方法包括Lead-3和TextRank，传统深度学习方法一般采用LSTM或GRU模型进行重要句子的判断与选择，而本文采用预训练语言模型BERT进行抽取式摘要。

　　模型结构BertSum模型

　　结构如下图所示

　　

 

　　主要由句子编码层和摘要判断层组成，其中，「句子编码层」通过BERT模型获取文档中每个句子的句向量编码，「摘要判断层」通过三种不同的结构进行选择判断，为每个句子进行打分，最终选取最优的top-n个句子作为文档摘要。

　　句子编码层

　　由于BERT模型MLM预训练机制，使得其输出向量为每个token的向量;即使分隔符可以区分输入的不同句子，但是仅有两个标签(句子A或句子B)，与抽取式摘要需要分隔多个句子大不相同;因此对BERT模型的输入进行了修改，如下：

　　将文档中的每个句子前后均插入[CLS]和[SEP]标记，并将每个句子前的[CLS]标记进入模型后的输出向量，作为该句子的句向量表征。例如：文档为”我爱南京。我喜欢NLP。我学习摘要。“，输入序列为”[CLS]我爱南京。[SEP][CLS]我喜欢NLP。[SEP][CLS]我学习摘要。[SEP]“

　　采用Segment Embeddings区分文档中的多个句子，将奇数句子和偶数句子的Segment Embeddings分别设置为和，例如：文档为，那么Segment Embeddings为。

　　摘要判断层

　　从句子编码层获取文档中每个句子的句向量后，构建了3种摘要判断层，以通过获取每个句子在文档级特征下的重要性。对于每个句子，计算出最终的预测分数，模型的损失是相对于金标签的二元交叉熵。

　　Simple Classifier，仅在BERT输出上添加一个线性全连接层，并使用一个sigmoid函数获得预测分数，如下：

　　Transformer，在BERT输出后增加额外的Transformer层，进一步提取专注于摘要任务的文档级特征，如下：

　　其中，为句子的句向量，，PosEmb函数为在句向量中增加位置信息函数，MHAtt函数为多头注意力函数，为Transformer的层数。最后仍然接一个sigmoid函数的全连接层，

　　最终选择为2。

　　LSTM，在BERT输出增加额外的LSTM层，进一步提取专注于摘要任务的文档级特征，如下：

　　其中，分别为遗忘门、输入门和输出门;分别为隐藏向量、记忆向量和输出向量;分别为不同的layer normalization操作。最后仍然接一个sigmoid函数的全连接层，

　　实验细节训练集构建

　　由于目前文本摘要的数据大多为抽象式文本摘要数据集，不适合训练抽取摘要模型。论文利用贪心算法构建每个文档抽取式摘要对应的句子集合，即通过算法贪婪地选择能使ROUGE分数最大化的句子集合。将选中的句子集合中的句子的标签设为1，其余的句子为0。

　　模型预测

　　在模型预测阶段，将文档按照句子进行切分，采用BertSum模型获取每个句子的得分，然后根据分数从高到低对这些句子进行排序，并选择前3个句子作为摘要。

　　在句子选择阶段，采用Trigram Blocking机制来减少摘要的冗余，即对应当前已组成摘要S和侯选句子c，如果S和c直接存在tri-gram相同片段，则跳过句子c，也就是句子c不会增加在已组成摘要S中。

　　数据超出BERT限制

　　BERT模型由于最大长度为512，而现实中文档长度常常会超出。在《Text Summarization with Pretrained Encoders》文中提到，在BERT模型中添加更多的位置嵌入来克服这个限制，并且位置嵌入是随机初始化的，并在训练时与其他参数同时进行微调。

　　实验结果主要对比了LEAD、REFRESH、NEUSUM、PGN以及DCA方法，较当时方法，该论文效果确实不错，如下表所示，

　　

 

　　在三种摘要判断层中，Transformer的效果最优。并且进行了进一步的消融实验，发现采用不同的Segment Embeddings会给结果带来一些提升，但是Trigram Blocking机制更为关键，具体如下表所示。

　　

 

　　总结个人认为该论文是一篇较为经典的BERT模型应用论文，当时2019年看的时候就进行了尝试，并且也将其用到了一些项目中。

　　放假ing，但是也要学习。

　　原文标题：BertSum-基于BERT模型的抽取式文本摘要

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　　审核编辑：汤梓红