metaLSTM

Meta Learning for LSTM

项目从搭建RNNs和MetaRNNs开始，首先用Jupyter测试RNNs和MetaRNNs的输入输出，然后用MNIST数据集测试RNNs和MetaRNNs的性能，这些测试都是为了保证实现的RNNs和MetaRNNs基本正确，接着在CoNLL-2003数据集上进行NER实验，在这个过程中，需要保证RNNs性能和 Pytorch库提供的RNNs性能相差不大。之后的实验慢慢迁移到多任务，用的数据集是公开的医学数据集。

注：我用PyCharm运行项目，远程连接服务器。如果直接通过命令行运行文件可能不行，会出现找不到包的问题。

1 参考资料

感谢作者们的辛苦付出，让我有幸搬砖 :-P

2 环境

pip install -r requirements.txt

3 目录

本地目录还包括data/，models/，完整目录如下：

metaLSTM
    ----data
        ----conll2003（保存CoNLL-2003，用BMES标注）
        ----embedding（词向量目录）
        ----cellular（有关细胞的数据集）
            ----BioNLP13CG-IOBES
            ----BioNLP13PC-IOBES
            ----CRAFT-IOBES
            ----jointCellulars（用于加标签的多任务学习的数据集）
        ----multiDatasets（从资料11中下载的数据集）
    ----images (图片)
    ----MNIST（在MNIST数据集上测试RNNs）
    ----models（保存训练好的模型）
    ----Modules（RNNs, MetaRNNs, NormLSTM...）
    ----NER（主要实验的目录）
        ----Module（char, encoder, crf, ner）
        ----Tests（测试Optimizers/Normalizations...）
            ----cellulars（在3个cellular数据集上测试多任务性能）
        ----utils（配置文件，功能函数）

4 进展

5 实验

5.1和5.2用于测试RNNs的性能，没有调整超参，所以效果并不好，等5.3完成后，再更新图片

5.1 测试集MNIST

MNIST官网

MNIST是一个手写数字数据集，训练集有60，000个例子，测试集有10，000个例子。

5.1.1 标准RNN和RNN

实验结果

5.1.2 标准LSTM和LSTM

实验结果

5.1.3 MetaRNN和MetaLSTM

实验结果

5.2 测试集CoNLL-2003

CoNLL-2003官网

CoNLL-2003是一个命名实体识别数据集，包含4类实体：PER, LOC, ORG, MISC

5.2.1 标准RNN和RNN

实验结果

注：RNN图很快停止是因为训练时出现了NAN

5.2.2 标准LSTM和LSTM

实验结果

5.2.3 MetaRNN和MetaLSTM

实验结果

注：MetaRNN图很快停止是因为训练时出现了NAN

5.3 冲刺state of the art

梯度更新方法（SGD, Adagrad, Adadelta, Adam, Nadam ...）
归一化方法（Dropout, Batch, Layer）
词向量（cove）
多任务学习（加标签）
注意力机制（待学习）
元学习（学习率更新）

5.3.1 模型最优

双向
超参数

Model	Hidden_size	LR Method	Bidirectional	F1
BaseLSTM	200	SGD(0.015)	True	91.18
LSTM	200	SGD(0.015)	True	91.04/91.20(drop_lstm)
MetaLSTM	200	SGD(0.015)	True	90.97/90.54(drop_lstm)

5.3.2 梯度更新方法

结论

使用Adam，Loss下降最快
SGD训练结果最好
我选择SGD

实验结果

Loss of Optimizers

F1 of Optimizers{train}

F1 of Optimizers{dev}

F1 of Optimizers{test}

5.3.3 归一化方法

Method	Detail
Dropout	在encoder的输出加dropout
Batch Norm	Batch Norm LSTM

5.3.4 词向量

Model	Hidden_size	Layer	Embed Dict	F1
LSTM	600	2	golve.840B.300d	90.35
LSTM	600	2	CoVe	87.57

实验结果

5.3.5 多任务学习

Dataset	STM	MTM
BioNLP13CG	77.65	78.45
BioNLP13PC	83.28	82.49
CRAFT	76.59	78.61

加标签

将BioNLP13CG、BioNLP13PC和CRAFT三个数据集合并成一个，通过在句子首尾加标签的方式进行区分，例如：

<BioNLP13CG>	S-BioNLP13CG
This	O
may	O
reflect	O
a	O
transition	O
...
</BioNLP13CG>	S-BioNLP13CG

在打分的时候，将这些标签去掉。

实验结果

补充实验

Cellular component group

Dataset	STM	MTM
BioNLP13CG-cc	74.72	70.81
BioNLP13PC-cc	88.17	81.17
CRAFT-cc	64.24	65.65

Cell group

Dataset	STM	MTM
BioNLP13CG-cell	85.61	81.75
CRAFT-cell	89.33	88.79

Chemical group

Dataset	STM	MTM
BC4CHEMD	82.90	82.10
BC5CDR-chem	84.80	87.32
BioNLP11ID-chem	64.89	58.30
BioNLP13CG-chem	66.15	72.78
BioNLP13PC-chem	74.27	70.80
CRAFT-chem	80.48	79.34

Disease group

Dataset	STM	MTM
BC5CDR-disease	78.18	78.25
NCBI-disease	85.62	83.44

Species group

Dataset	STM	MTM
BioNLP11ID-species	68.80	66.93
BioNLP13CG-species	79.80	80.08
CRAFT-species	97.84	97.99
Linnaeus	86.23	85.96

5.3.6 注意力机制

实验结果

5.3.7 元学习

实验结果

6 MetaLSTM的迁移能力

7 体会

SGD训练，学习率lr设置很重要，过大容易训练不了
LSTM比RNN及其变种更容易训练，即使学习率lr设置过大
RNN在训练过程中，Loss容易变成NAN，而无法进一步训练
对于NER任务，加CRF，双向LSTM效果显著（2~3个点），hidden_emb有些许的提升（1个点）

Name		Name	Last commit message	Last commit date
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MNIST		MNIST
Modules		Modules
NER		NER
images		images
.gitattributes		.gitattributes
.gitignore		.gitignore
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
requirements.txt		requirements.txt
test_MetaRNNs.ipynb		test_MetaRNNs.ipynb
test_RNNs.ipynb		test_RNNs.ipynb
train_MultiMetaLSTM.py		train_MultiMetaLSTM.py

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catnlp/metaLSTM

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