XLNet团队：只要公平对比，BERT毫无还手之力

今天，我们应该使用 BERT 还是 XLNet？直观看来 XLNet 要比 BERT 好一些，毕竟提出模型以后，XLNet 在 GLUE基准及其它很多 NLP 任务上都超过了 BERT，或者说超过了 BERT 和 BERT 的各种变体。而且从模型原理上来说，似乎 XLNet 那种随机排列的语言模型更适合预训练语言建模。

但早几天前，Facebook 表示只要训练更久一点、数据量再大一点，BERT 还是能重新达到 GLUE基准的第一名。毕竟最开始 BERT 只用了 13GB 的文本就完成预训练，而后 XLNet 却是在 126GB 的纯文本上训练出了新的 SOTA 模型。尽管 XLNet 在原论文中以相同的数据集对比了 BERT-base 和 XLNet-base，但 4 个任务上的测试结果说服力似乎不那么强？

为此，XLNet 团队以更公平的方式对比了 XLNet 和 BERT 的效果，对上述质疑进行了回应。研究者表示，他们几乎确保了每一个超参数都采用相同的值，使用相同的训练数据，这样对比 BERT 和 XLNet 就非常合理了。重要的是，这套超参是从 BERT 复制到 XLNet 的，也就是说 BERT 在训练过程中会略有一些优势——因为这些超参是谷歌专门为 BERT 优化的。

作为 XLNet 工作的导师，卡耐基梅隆大学（CMU）教授 Ruslan Salakhutdinov 也在社交网络上为自己弟子的研究站台。

最终，实验展示了两个非常有意思的结果：

在相同环境和配置下训练两个模型，XLNet 在所有数据集上都超过了 BERT，且提升还不小；

在 11 个基准的 8 个中，采用 XLNet 架构所获得的性能增益要超过采用 10 倍预训练数据所获得的性能增益。

这两个实验结果都表明，在公平对比下，BERT 似乎真的也就能挣扎一下。那么，问题来了，Facebook 的大规模 RoBERTa 又是怎样超过 XLNet 的？

公平的竞技场

7 月 19 号，Facebook 提交了一个名为 Robustly Optimized BERT pretraining Approach（RoBERTa）的模型，它在 11 项 NLP 任务中有 6 项超过了集成版的 XLNet，并且总分也比它略高一点。Facebook 表示，他们采用了 BERT-Large，并通过更多的数据与更长的训练来提升预训练过程。因为目前还没有公开资料，我们也不知道这个「更多」到底是多多少。

但是我们可以通过更公平的方式对比它们的效率啊，为此 XLNet 团队也就完成了这项更详细的测试任务。具体而言，在原论文中，XLNet 的研究人员就做了控制变量测试，在相同数据集下对比了 XLNet-base 和 BERT-base 模型。

之后，很多开发者关心预训练大模型之间的性能差异，因为这样可以更好地确定实践中到底该用 BERT 还是 XLNet。因此，研究团队对 XLNet-Large 和 BERT-Large 进行对比产生了兴趣，也就有了后续的公平竞技场。

在这次的研究中，研究人员确保几乎所有可能的超参数在 BERT 和 XLNet 上都是一致的。BERT 的超参数来自于论文，是在 BERT 上优化过，但是 XLNet 上没有优化过的。研究团队具体控制了以下超参数变量：

• 同样的批大小：256；

• 同样的训练步数：1M；

• 同样的优化器：Adam、学习率1e-4、前 10k 预热、线性衰减；

• 同样的训练语料：Wikipedia + BooksCorpus。研究人员使用和 BERT 相同的工具处理维基百科数据，但是因为未知原因，他们的维基百科语料仅有 2 B 的词，而 BERT 有 2.5B。因此，XLNet 实际上依赖的训练数据略微少一些；

• 同样的模型参数：24 层、1024 个隐层单元、16 个注意力头；

• 同样的微调参数搜索空间。

此外，研究人员对数据相关的实现细节进行了改进，以便于和 BERT 比较。

• 在 XLNet 之前的实现中，未被 mask 的字符不会在预训练中看到 CLS 和 SEP 标签。但在当前实现中，未被 mask 的字符可以看到 CLS 和 SEP 标签，这一点和 BERT 保持相同。

• 在微调中，和 BERT 一样，研究人员使用了 BERT 的数据处理形式 [CLS, A, SEP, B, SEP]，而不是保留 XLNet 本身的方式 [A, SEP, B, SEP, CLS]。

此外，研究人员考虑到了三种 BERT 的变体，并将每个单独任务最好的微调结果记录下来，三种变体分别是：

• Model-I：BERT 作者自己发布的模型；

• Model-II：全词 mask 的 BERT，也是原作者公布的；

• Model-III：由于研究人员发现「下一句预测（NSP）」任务可能对性能带来影响，因此他们使用 BERT 预训练代码重新训练了一个没有 NSP 损失的模型。

XLNet 的作者认为，以上的设置可能给 BERT 带来一些优势，因为单个任务的最好表现结果可能出自不同的 BERT 变体。此外如下图所示的 XLNet-Large（as in paper），它采用了论文中训练结果，即使用更多训练数据和更大的批大小。

XLNet-Large（论文中的）、XLNet-Large-wikibook（和 BERT-Large 保持一致的）以及和 BERT 的对比，从测试结果来看，BERT 妥妥地被全面超越。

GLUE基准和 SQuAD验证集上的结果，以及 RACE 上的测试集结果如上图。训练中没有进行数据增强，模型构建中没有使用集成模型或者多任务学习。

从表中可以看到很多有意思的信息：

• 虽然在几乎完全一致的数据集上预训练，XLNet 还是在所有数据集中超过了 BERT 的表现。

• 多训练十倍数据量带来的性能提升（相比从 XLNet-Large-wikibooks 到 XLNet-Large 使用更多训练数据带来的提升），其提升幅度还不如从 BERT 转向 XLNet 高（11 个基准中 8 个超过了 BERT）。

• 对于一些基准测试数据集，比如 CoLA 和 MRPC，模型训练更多的数据可以比训练更少的数据效果要好。

从上述实验结果中，我们或许已经可以得出结论。

XLNet 提高了性能。上面结果 1 与研究人员在原论文对 base 模型做的控制变量实验结果一致，表明在相同的训练条件下 XLNet 对 BERT 的明显优势。

XLNet-Large 可以更好地进行优化。结果 2 和结果 3 似乎表明之前发布的 XLNet-Large（经过更多数据训练）没有充分利用数据规模。因此，研究人员将继续研究如何正确扩展 XLNet 预训练语言。根据目前有限的观察结果，XLNet 团队认为以下训练细节可能发挥重要作用：

• 数据相关：数据规模、数据源、数据清洗、数据编码、数据格式化

• 优化相关：学习率（及规划）、批大小、训练步骤数、优化器

• 重要的是，这些超参数可能彼此还有更高阶的交互

Facebook AI 最近的 GLUE 排行榜似乎也暗示了训练细节的重要性。

总而言之，本研究更加明确地将算法/模型的影响与其他因素分离，例如训练细节、大规模计算和大数据。基于实验结果，XLNet 团队认为算法与模型至少与其他因素一样重要，它们很可能都是实现自然语言理解的最终目标所必需的。这些新的结果很快也会被更新到 XLNet 论文上。

参考链接： https://medium.com/@xlnet.team/a-fair-comparison-study-of-xlnet-and-bert-with-large-models-5a4257f59dc0