选自Google博客
机器之心编译
参与：一鸣、Jamin
开放领域聊天机器人是人工智能研究的一个重要领域。近日谷歌一篇博客介绍了团队在该领域的最新研究进展——Meena 机器人。
现在的对话智能体（即聊天机器人）都是非常专业化的，如果用户不偏离场景太远的话，这些机器人的表现还是很不错的。但是，要想让聊天机器人能够完成更广泛话题下的对话任务，发展开放领域聊天机器人就显得很重要了。
开放领域聊天机器人不会仅限于在某个特定领域，而是能够和用户聊近乎所有的话题。这一研究不仅具有学术价值，还可以激发很多有趣的应用，如更深层次的人机交互、提升外语训练的效果，或用于制作交互式电影和游戏角色。
但是，现在的开放领域聊天机器人有一个严重的缺陷——它们产生的对话内容往往没什么意义。要么它们的对话和当前的内容没什么连贯性，或者对现实世界没有常识和基本知识。此外，它们对于当前的语境往往给不出特定的回复。例如，「我不知道」确实是一个可以回答任何问题的答复，但是不够详细。现在的聊天机器人产生这种回复的频率比人类要高很多，因为这种回复可以覆盖很多可能的用户输入。
为了解决这些问题，谷歌的研究者提出了一个新的聊天机器人，名为 Meena。这是一个有着 26 亿参数的端到端神经对话模型，也就是 GPT-2 模型最大版本（15 亿参数）的 1.7 倍。通过实验可以看到，Meena 比现有的 SOTA 聊天机器人能够更好地完成对话，对话内容显得更为具体、清楚。
在测评中，谷歌采用了他们新提出的人类评价指标，名为「Sensibleness and Specificity Average (SSA)」。这个指标能够捕捉基本但对于人类对话重要的属性。值得注意的是，研究者同时还发现，困惑度——一个很容易在各种神经对话模型中实现的计算指标，和 SSA 有着高度的相关性。
Meena（左）和人类（右）之间的对话。
Meena 机器人
Meena 是一个端到端的神经对话模型，可以学习如何对给定的对话上下文做出响应。训练 Meena 的目标是最大程度地减少困惑度，以及预测下一个标记（在这种情况下为对话中的下一个单词）的不确定性。
其核心为 Evolved Transformer seq2seq 架构，也就是通过进化神经架构搜索发现的一种 Transformer 体系结构，可以改善困惑度。
Meena 由一个 Evolved Transformer 编码器和 13 个 Evolved Transformer 解码器组成，如下图所示。编码器用于处理对话语境，帮助 Meena 理解对话中已经说过的内容。解码器则利用这些信息生成实际的回复。通过超参数调整后，研究者发现性能更强的解码器是实现高质量对话的关键。
Meena 根据七轮对话的语境生成回复。
用于训练的对话语料以树状脉络形式组织起来，每个回复可以被认为是一轮对话。研究者将每轮对话抽取作为训练样本，而该轮之前的 7 轮对话作为语境信息，构成一组数据。选择 7 轮对话作为语境是因为它既能够获得足够长的语境信息，也还能够让模型在内存限制下进行训练。毕竟文本越长，内存占用就越大。
据博客介绍，Meena 在 341GB 的文本上进行了训练，这些文本是从公共领域社交媒体对话上过滤得到的，和 GPT-2 相比，数据量是后者的 8.5 倍。
人类评价指标 SSA
现有聊天机器人的人类评价指标有些复杂，而且在评价者间也很难形成标准一致的评价。这使得研究者设计了一种新的人类评价指标，名为「Sensibleness and Specificity Average (SSA)」。
为了计算 SSA，研究者使用众包方式测试了 Meena、Mitsuku、Cleverbot、小冰和 DialoGPT 等聊天机器人。为了保证评价的连贯性，每个对话都以「Hi」开始。在评价中，人类评价者需要回答两个问题：「对话讲得通吗?」以及「对话够详细具体吗？」评价者使用常识评价聊天机器人的回复。
在评价中，只要有令人困惑、不合逻辑、跑题或者事实性错误的回复，评价者就可以打「对话讲不通」。如果对话讲得通，评价者就需要评价对话是否具体详细。例如，人类对话者说「我喜欢打网球。」，而聊天机器人仅仅回复「这很好。」就可以判断对话是不够具体详细的，因为没有针对语境进行回复。
对于每个聊天机器人，研究者收集了 1600 到 2400 轮对话。每个模型的回复都被人类评价者打上评价结果的标签（对话是否讲得通和对话是否具体详细）。最后的 SSA 分数是两者的均值。如下结果说明，Meena 相比于现有的 SOTA 聊天机器人有着更高的 SSA 分数，接近了人类的表现。
Meena 和其他聊天机器人的性能对比。
困惑度指标
但是，由于人类评价存在的问题，很多研究者都希望找到一个能够自动计算的评价指标。这个指标需要能够和人类评价精确对应。研究者在研究中发现，困惑度（perplexity），一个在 seq2seq 模型中常见的指标，和 SSA 有着强相关性。
困惑度用于评价一个语言模型的不确定性，低困惑度说明模型在生成下一个 token（如字、词等）时有着更高的信心。困惑度表示的是模型在选择生成下一个 token 的过程中的候选数量。
在研究中，研究中采用了 8 个不同的模型版本，分别有着超参数和架构上的区别，如层数、注意力 head 数量、训练步数，使用的是 Evolved Transformer 还是一般的 Transformer，使用 hard label 进行旋律还是使用蒸馏的方法进行训练等。从下图来看，越低的困惑度模型有着更高的 SSA 分数，而两者的相关系数很强（R^2 = 0.93）。
交互式 SSA vs. 困惑度。每个蓝点都是都是 Meena 模型的不同版本。这里绘制出了回归曲线，表明 SSA 与困惑度之间存在很强的相关性。虚线则表示了人，其他机器人，Meena（base），端到端的训练模型以及具有过滤机制和调整解码的 Meena。
最好的端到端 Meena 训练模型，被称之为 Meena（base），实现了 10.2 的困惑度（越小越好）转化为 72% 的 SSA 得分。与其他获得 SSA 分数相比，72% 的 SSA 分数与普通人获得的 86% 的 SSA 分数相差不远。Meena 的完整版具有过滤机制和调整解码，会进一步将 SSA 分数提高到 79%。
未来的研究与挑战
按照之前的描述，研究者将继续通过改进算法、架构、数据和计算量去降低神经会话模型的困惑度。
虽然研究者再这项工作中只专注于敏感性和独特性，而其他属性如个性和真实性等依旧值得在后续的工作中加以考虑。此外，解决模型中的安全性和偏差也是一个关键的重点领域，鉴于当下面临的挑战是与此相关的，就目前而言团队不会发布研究演示。但是，研究者正在评估将模型检查点具体化所带来的风险及益处，并且有可能会选择在未来几个月内使其可用，用来帮助推进该领域的研究工作。
参考链接：
https://arxiv.org/abs/2001.09977
https://ai.googleblog.com/2020/01/towards-conversational-agent-that-can.html
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