BERT类模型

1. BERT类模型是否需要处理 [CLS] 或池化？

那首先搞懂 [CLS] 和池化

（1）[CLS] 的作用

BERT 的输入格式中，每个序列的开头会添加一个特殊的 [CLS] Token（Classification Token）。它的设计初衷是为分类任务提供全局的句子表示：

• 原始BERT预训练时：[CLS] 的隐藏状态被用于“下一句预测（NSP）”任务，判断两个句子是否连续。
• 微调阶段：在单文本分类任务（如情感分析）中，[CLS] 的向量会被输入一个分类层（如全连接层）进行预测。

（2）池化的作用

如果任务需要句子级表示（如语义相似度），直接使用 [CLS] 效果可能不佳（因其在预训练时主要针对NSP任务优化），此时需要对所有Token的隐藏状态进行池化：

• 均值池化（Mean Pooling）：对所有Token的向量取平均。
• 最大值池化（Max Pooling）：取每个维度上的最大值。
• [CLS] 池化：直接使用 [CLS] 的向量（简单但可能不鲁棒）。

结论：

• 需要处理 [CLS] 或池化：当任务需要句子级表示（如分类、相似度）时，必须选择一种方式聚合Token向量。
• 无需处理：如果任务是Token级的（如命名实体识别、问答），直接使用各Token的隐藏状态即可。

BERT在预训练阶段的两个核心任务，通过这两个任务让模型学会语言理解和句子关系建模：

（1）掩码语言模型（Masked Language Model, MLM）

• 目标：随机遮盖输入文本中的部分Token（如15%），让模型预测被遮盖的单词。
• 示例：
  输入："The [MASK] sat on the mat."
  模型需预测 [MASK] 的位置可能是 "cat"。
• 作用：迫使模型学习上下文相关的词表示（解决一词多义问题）。

（2）下一句预测（Next Sentence Prediction, NSP）

• 目标：判断两个句子是否是连续的文本片段。
• 示例：
  输入："[CLS] Sentence A [SEP] Sentence B [SEP]"
  标签：1（连续）或 0（不连续）。
• 作用：让模型理解句子间的关系，对段落级任务（如问答、推理）有帮助。

为什么这两个任务重要？

• MLM：使模型掌握词汇和语法知识（类似完形填空）。
• NSP：使模型理解句子间的逻辑关联（对需要上下文的任务至关重要）。

3. 与Sentence-BERT的关系

• 原始BERT的局限性：
  MLM和NSP的预训练目标并非直接优化句子嵌入，导致直接用 [CLS] 或简单池化的句向量质量不高。
• Sentence-BERT的改进：
  通过微调阶段使用句子对（如孪生网络）和对比损失（如余弦相似度），专门优化句向量的语义表达。

4. 代码示例对比

（1）原始BERT：使用 [CLS] 进行分类

from transformers import BertTokenizer, BertForSequenceClassification

tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased')
model = BertForSequenceClassification.from_pretrained('bert-base-uncased')

inputs = tokenizer("Hello, world!", return_tensors="pt")
outputs = model(**inputs)
logits = outputs.logits  # 分类得分（基于[CLS]向量）

（2）原始BERT：手动池化生成句向量

from transformers import BertModel

model = BertModel.from_pretrained('bert-base-uncased')
inputs = tokenizer("Hello, world!", return_tensors="pt")
outputs = model(**inputs)

# 均值池化
token_embeddings = outputs.last_hidden_state  # [1, seq_len, 768]
sentence_embedding = token_embeddings.mean(dim=1)  # [1, 768]

（3）Sentence-BERT：直接生成优化后的句向量

from sentence_transformers import SentenceTransformer

model = SentenceTransformer('all-MiniLM-L6-v2')
sentence_embedding = model.encode("Hello, world!")  # 已优化池化

5. 总结

简单来说：

• BERT像是一个“语言通才”，通过MLM和NSP学会基础语言能力。
• Sentence-BERT是“语义专家”，在BERT基础上专门优化句子嵌入，更适合相似度等任务。