双塔模型的最强出装，谷歌又开始玩起“老古董”了？

2022 年 7 月 7 日 夕小瑶的卖萌屋

文 | 兔子酱

双塔模型已经证明在搜索和问答任务中是非常有效的建模方法，理论和业务落地已相当成熟。双塔根据参数共享程度不同，通常会归纳成两类：Simese dual encoder和Asymmetric dual encoder，前者参数结构完全对称，后者则是不完全对称（下文简称SDE和ADE）。

本篇论文是继双塔沉寂许久之后，谷歌再次将它推到宇宙中心，并打开双塔的最强出装，详细地探索两者的区别和关联，也通过实验给出了双塔结构的更多经验性结论。适合老司机再次回味经典和小白做深刻且系统地入门～

论文题目：
Exploring Dual Encoder Architectures for Question Answering

论文链接：
https://arxiv.org/abs/2204.07120

背景

首先科普下什么是SDE和ADE？双编码器网络结构是将text1和text2分别编码成向量表征，然后计算两者的cosine等距离函数衡量其相似度。SDE是完全共享参数的双胞胎网络，也就是虽说是双塔，但实际上query/user和doc/item共用一套参数；ADE只是部分参数共享或者完全不共享，是独立的两套参数网络。它们的共同点是都不会进行深层交互，对比BERT则是典型的交互式网络。双塔结构一个最典型的应用是召回or粗排,对计算速度要求严格的场景。

双塔的建模思想是比较简单和容易理解的。本篇文章短小精悍，亮点就在于提供双塔应用场景下一个较通用的结论，解释清楚了几个疑问：

ADE和SDE在QA任务上哪一个效果更好？
ADE表现差的原因是什么？解决办法是什么？

作者通过合理且详实的实验得到可靠的结论，小白也可以迅速get到如何在（向）实（导）验（师）做科（汇）研（报）。

实验

作者在QA检索任务上进行了5个实验，计算query和候选answer(doc or passage)的相似性，评测任务是MS MARCO和MultiReQA。模型的encoder是基于transformer，cosine作为距离度量函数，目标是探究参数的共享化程度对建模效果影响。 5组实验网络分别是图一的标准SDE和ADE,以及3个变种结构：• ADE with shared token embedder (ADE-STE) • ADE with frozen token embedder (ADE-FTE) • ADE with shared projection layer (ADE-SPL) 实验结果如下：

实验结论：

ADE在多个任务上的表现一致地明显逊色于SDE。作者给出来合理的解释是由于ADE本质是两个参数不同的网络，所以把query和doc映射到两个完全不同的向量空间。这一点后面又给出了更有力的证据。
ADE-SPL的表现可以媲美SDE。后3个实验是作者探索参数共享化程度提出的结构，同时也给出了网络的哪一部分是限制ADE效果的关键。只是共享或者固定底层token embedder参数带来的效果提升并不明显，但当最后的顶层参数共用一套全连接层的时候，可以取得和SDE接近的效果。为什么呢？作者的猜测是因为最后的MLP又把参数约束到了同一个向量空间中了。

为了进一步说明问题，作者进行了另一个实验，将NaturalQuestions测试集的query和answer提前计算出来，然后通过t-SNE映射并聚类到一个二维空间中，惊讶地发现，dual encoder的表现取决于最后两者是否在一个可比的向量空间。