Tensorflow seq2seq 聊天机器人总是给出相同的输出

Question

我正在尝试使用 Tensorflow 制作一个 seq2seq 聊天机器人，但它似乎收敛到相同的输出，尽管输入不同。该模型在首次初始化时给出不同的输出，但在几个 epoch 后迅速收敛到相同的输出。即使经过许多时代和低成本，这仍然是一个问题。然而，这些模型在使用较小的数据集（比如 20）进行训练时似乎表现不错，但在使用较大的数据集时却失败了。

我正在使用 100 维和 50000 个词汇的手套预训练嵌入训练 Cornell Movie Dialogs Corpus。

当给定完全不同的输入时，编码器似乎具有非常接近的最终状态（在 0.01 左右的范围内）。我试过使用简单的 LSTM/GRU、双向 LSTM/GRU、multi-layer/stacked LSTM/GRU 和多层双向 LSTM/GRU。 rnn 节点已经用 16 到 2048 个隐藏单元进行了测试。唯一的区别是当隐藏单元较少时，模型倾向于只输出开始和结束标记（GO 和 EOS）。

对于多层 GRU，这是我的代码：

cell_encode_0 = tf.contrib.rnn.GRUCell(self.n_hidden)
cell_encode_1 = tf.contrib.rnn.GRUCell(self.n_hidden)
cell_encode_2 = tf.contrib.rnn.GRUCell(self.n_hidden)
self.cell_encode = tf.contrib.rnn.MultiRNNCell([cell_encode_0, cell_encode_1, cell_encode_2])
# identical decoder

...

embedded_x = tf.nn.embedding_lookup(self.word_embedding, self.x)
embedded_y = tf.nn.embedding_lookup(self.word_embedding, self.y)

_, self.encoder_state = tf.nn.dynamic_rnn(
    self.cell_encode,
    inputs=embedded_x,
    dtype=tf.float32,
    sequence_length=self.x_length
    )

# decoder for training
helper = tf.contrib.seq2seq.TrainingHelper(
    inputs=embedded_y,
    sequence_length=self.y_length
    )

decoder = tf.contrib.seq2seq.BasicDecoder(
    self.cell_decode,
    helper,
    self.encoder_state,
    output_layer=self.projection_layer
    )

outputs, _, _ = tf.contrib.seq2seq.dynamic_decode(decoder, maximum_iterations=self.max_sequence, swap_memory=True)

return outputs.rnn_output

...

# Optimization
dynamic_max_sequence = tf.reduce_max(self.y_length)
mask = tf.sequence_mask(self.y_length, maxlen=dynamic_max_sequence, dtype=tf.float32)
crossent = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(
    labels=self.y[:, :dynamic_max_sequence], logits=self.network())
self.cost = (tf.reduce_sum(crossent * mask) / batch_size)
self.train_op = tf.train.AdamOptimizer(self.learning_rate).minimize(self.cost)

完整代码请见github。（如果你想测试一下，运行 train.py）

至于超参数，我试过从 0.1 一直到 0.0001 的学习率和从 1 到 32 的批量大小。除了常规和预期的效果外，它们对解决问题没有帮助。

Answer 1

经过几个月的深入研究，我终于找到了问题所在。似乎 RNN 在解码器输入中需要 GO 令牌，但在输出中不需要（您用于成本的那个）。基本上，RNN 期望其数据如下：

Encoder input: GO foo foo foo EOS

Decoder input/ground truth: GO bar bar bar EOS

Decoder output: bar bar bar EOS EOS/PAD

在我的代码中，我在解码器输入和输出中都包含了 GO 标记，导致 RNN 重复相同的标记（GO -> GO，bar -> bar）。这可以通过创建一个没有基本事实的第一列（GO 标记）的附加变量来轻松解决。在 numpy 中，这看起来像

# y is ground truth with shape[0] = batch and shape[1] = token index
np.concatenate([y[:, 1:], np.full([y.shape[0], 1], EOS)], axis=1)

Tensorflow seq2seq 聊天机器人总是给出相同的输出

Tensorflow seq2seq chatbot always give the same outputs

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