KEMT/zpwiki
31
1
Fork 9
Code Issues Pull Requests Releases Wiki Activity

Update 'pages/students/2019/michal_stromko/vp2023/Dokumentacia.md'

Browse Source
This commit is contained in:
Michal Stromko 2023-02-03 07:15:04 +00:00
parent 0503d1500a
commit 43790f1ef1
1 changed files with 23 additions and 23 deletions
Show Stats Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

46
pages/students/2019/michal_stromko/vp2023/Dokumentacia.md
View File

@ -20,22 +20,22 @@
# Úvod
Cieľom tejto práce je zoznámenie sa s možnosťami hodnotenia modelov. Natrénovaný model dokáže vyhodnocovať viacerými technikami s použitím rôzdnych open source riešení. Každé z riešení nám ponúkne iné výsledky. V tejto práci bližšie opíšem základné pojmy, ktoré je potrebné poznať pri hodnotení. Opíšem základné informácie o technikách hodnotenia od základných pojmov ako Vektorové vyhľadávania, DPR, Sentence Transformers, BM-25, Faiss a mnoho ďalších.
Cieľom tejto práce je zoznámenie sa s možnosťami hodnotenia modelov. Natrénovaný model dokážeme vyhodnocovať viacerými technikami s použitím rôzdnych open source riešení. Každé z riešení nám ponúkne iné výsledky. V tejto práci bližšie opíšem základné pojmy, ktoré je potrebné poznať pri hodnotení. Opíšem základné informácie o technikách hodnotenia od základných pojmov ako napríklad Vektorové vyhľadávania, DPR, Sentence Transformers, BM-25, Faiss a mnoho ďalších.
# Základné znalosti
Na začiatok je potrebné povedať, že pri spracovaní prirodzeného jazyka dokážeme používať rôzne metódy prístupu hodnotenia modelu, poprípade aj vyhľadávanie v modeli. V poslených rokoch sa v praxi stretávame s vyhľadávaním na základe vypočítania vektorov. Následne na takto vypočítané vektory dokážeme pomocou kosínusovej vzdialenosti nájsť vektory, inak povedané dve čísla, ktoré sú k sebe najblyžšie. Jedno z čísel je z množiny vektorov, ktoré patria hľadanému výrazu, druhé číslo patrí slovu, alebo vete, ktorá sa nacháza v indexe.
Na začiatok je potrebné povedať, že pri spracovaní prirodzeného jazyka dokážeme používať rôzne metódy prístupu hodnotenia modelu, poprípade aj vyhľadávanie v modeli. V poslených rokoch sa v praxi stretávame s vyhľadávaním na základe vypočítania vektorov. Následne na takto vypočítané vektory dokážeme pomocou kosínusovej vzdialenosti nájsť vektory, inak povedané dve čísla, ktoré sú k sebe najblyžšie. Jedno z čísel je z množiny vektorov, ktoré patria hľadanému výrazu, druhé číslo patrí slovu alebo vete, ktorá sa nacháza v indexe.
Vyhodnotenie vyhľadávana v modeli dôležité z hľadiska budúceho použitia modelu do produkcie. Pokiaľ sa do produkcie dostane model, ktorí bude mať nízke ohodnotenie bude sa stávať, že vyhľadávanie bude nepresné to znamená, výskedky nebudú relevantné k tomu čo sme vyhľadávali.
Vyhodnotenie vyhľadávania je v modeli dôležité z hľadiska budúceho použitia modelu do produkcie. Pokiaľ sa do produkcie dostane model, ktorý bude mať nízke ohodnotenie bude sa stávať, že vyhľadávanie bude nepresné čo znamená, že výsledky nebudú relevantné k tomu čo sme vyhľadávali.
## Zameranie práce
V tejto práci som realizoval viaceré experimenty, v ktorých som hodnotil vyhľadávanie pomocou modelov do ktorých bol zaembedovaný text. Každý text obsahuje ďalšie atribúty ako otázky a odpovede. Otázky sa následne pošlú na vyhľadanie a čaká sa na výsledok vyhľadávania. Výsledky ktoré prídu sa následne porovnajú s očakávanými odpoveďami. Najdôležitejšie je nájsť v jednej odpovedi čo najviac správnych výsledkov. Následne je potrebné spočítať počet správnych výsledkov a použiť správne vzpočítať presnosť a návratnosť vyhľadávania. V tomto prípade presnosť a návratnosť počítame pre hodnotenie všetkých otázok. Čím sú hodnoty vyššie, tak konštatujeme že vyhľadávanie pomocou danej metódy je presné a dokážeme ho používať v produkcii.
V tejto práci som realizoval viaceré experimenty, v ktorých som hodnotil vyhľadávanie pomocou modelov, do ktorých bol zaembedovaný text. Každý text obsahuje ďalšie atribúty, ako otázky a odpovede. Otázky sa následne pošlú na vyhľadanie a čaká sa na výsledok vyhľadávania. Výsledky, ktoré prídu sa následne porovnajú s očakávanými odpoveďami. Najdôležitejšie je nájsť v jednej odpovedi čo najviac správnych výsledkov. Následne je potrebné spočítať počet správnych výsledkov a použiť správne vzpočítanú presnosť a návratnosť vyhľadávania. V tomto prípade presnosť a návratnosť počítame pre hodnotenie všetkých otázok. Čím sú hodnoty vyššie, tak konštatujeme, že vyhľadávanie pomocou danej metódy je presné a dokážeme ho používať v produkcii.
Dôležtým atribútom s ktorým sme vykonávali testovanie bola menenie parametra **top_k**. Tento parameter znamená počet najlepších odpovedí na výstupe vyhľadávania. Čím je tento paramter väčší môžeme očakávať, že sa v ňom bude nachádzať väčšie množstvo správnych odpovedí. V konečnom dôledku to vôbec nemusí byť pravda, pretože ak máme kvalitne natrénovaný model a dobre zaembedované dokumenty dokážeme mať správne výsledky na prvých miestach, čo nám ukazuje že parameter *top_k* može mať menšiu hodnotu.
Dôležtým atribútom, s ktorým sme vykonávali testovanie bolo menenie parametra **top_k**. Tento parameter znamená počet najlepších odpovedí na výstupe vyhľadávania. Čím je tento paramter väčší, tým môžeme očakávať, že sa v ňom bude nachádzať väčšie množstvo správnych odpovedí. V konečnom dôledku to vôbec nemusí byť pravda, pretože ak máme kvalitne natrénovaný model a dobre zaembedované dokumenty dokážeme mať správne výsledky na prvých miestach čo nám ukazuje, že parameter *top_k* može mať menšiu hodnotu.
Najčastejšie je táto hodnota nastavovaná na top 10 najlepších výsledkov vyhľadávania. Pri experimentoch som túto hodnotu nastavoval na hodnoty **5, 10, 15, 20, 30**. Každá metóda ktorá bola pouťitá na vyhľadávanie dosiahla iné výsledky.
Najčastejšie je táto hodnota nastavovaná na top 10 najlepších výsledkov vyhľadávania. Pri experimentoch som túto hodnotu nastavoval na hodnoty **5, 10, 15, 20, 30**. Každá metóda, ktorá bola pouťitá na vyhľadávanie dosiahla iné výsledky.
### Použité metódy vyhľadávania v experimentoch
@ -50,37 +50,37 @@ Každá jedna metóda pracuje s úplne iným modelom. Modely LaBSE a sts-slovakb
#### Faiss
Faiss používal knižnicu spacy, do ktorej parameter model_name vstupoval model ktorý bol natrénovaný pre slovenské dáta na mojej katedre. Následne dáta boli indexované pomocou knižnice faiss, ktorá má funkciu indexovania dát. Vyhľadávanie dát bolo tak isto realizované pomocou funkcie *faiss.search()* ktorej parametre sú otázka a počet očakávaných dokumentov, alebo inak povedané odpovedí.
Faiss používal knižnicu spacy, do ktorej parameter model_name vstupoval model ktorý bol natrénovaný pre slovenské dáta na mojej katedre. Následne boli dáta indexované pomocou knižnice faiss, ktorá má funkciu indexovania dát. Vyhľadávanie dát bolo tak isto realizované pomocou funkcie *faiss.search()*, ktorej parametre sú otázka a počet očakávaných dokumentov, inak povedané odpovedí.
#### BM25
BM25 je jeden z najstarších možností vyhľadávania v neuónových sieťach, napriek tomu je to stále stabilná a relatívne presná aj v dnešnej dobe.
BM25 je jeden z najstarších možností vyhľadávania v neuónových sieťach, napriek tomu je stále stabilná a relatívne presná aj v dnešnej dobe.
Pri vyhľadávaní informácii v BM25, ktorý je označný ako Okapi a funguje na vyhľadávaní najlepšej zhode. Vyhľadávanie funguje na nájdení najlepších dokumentov, ktoré sú zoradené podľa relevantnosti k vyhľadanej požiadavke. Je založený na zoradení na pravdepodobnostnom rámci. BM 25 bol v priebehu rokov modifikovaný a vylepšovaný.
Pre vypočítanie skóra používa Inverse documents frequency (IDF) Vypočtava sa ako N a značí celkový počet dokumentov. Pri výpočte sa používa maximálna hodnota zo všetkých indexov, ktorá pochádza z najväčšieho indexu disku. Pre lepšie pochopenie IDF vypočítava uzol obsahu a index, treba však rátať s tým, že sa môžu vyskytovať mierne odchylky.
Pre vypočítanie skóra používa Inverse documents frequency (IDF). Vypočíta sa ako N a značí celkový počet dokumentov. Pri výpočte sa používa maximálna hodnota zo všetkých indexov, ktorá pochádza z najväčšieho indexu disku. Pre lepšie pochopenie IDF vypočítava uzol obsahu a index, treba však rátať s tým, že sa môžu vyskytovať mierne odchylky.
Jedným z dôležitých atribútov, je či sa konenčný výsledný dokument vyskytne viackrát v relevantých odpovediach. Čím viac krát sa opakuje jeden dokument opakuje, tým je väčšia pravdepodobnoť, že bude označený za jeden z najlepších výsledkov vyhľadávania.
Jedným z dôležitých atribútov je či sa konenčný výsledný dokument vyskytne viackrát v relevantých odpovediach. Čím viackrát sa opakuje jeden dokument, tým je väčšia pravdepodobnoť, že bude označený za jeden z najlepších výsledkov vyhľadávania.
Evaluovanie pomocou modelu LaBSE a sts-slovakbert-stst som realizoval použítím knižnice **Sentence tranformers**. Práca s touto knižnicou je veľmi jednoduchá, pretože v dokumentácii, ktorú obsahuje, vieme veľmi jednodochu zaembedovať dokumenty a zároveň aj vyhľadávať.
Ako môžete vidieť v práci som použil model LaBSE aj keď som mal k dispozícii priamo natrénovaný model pre slovenčinu. Bolo to z dôvodu zistiť ako sa bude správať model LaBSE oproti modelu, ktorý bol natrénovaný pre Sloveský jazyk. Model LaBSE nebol vybratý len tak náhodou, je to špecifický model, ktorý bol natrénovaný tak, aby podporoval vyhľadávanie, klasifikáciu textu a ďalšie aplikácie vo viacerých jazykoch. Vo všeobecnosti je označovaný ako multilangual embedding model. Je to model ktorý je prispôsobený rôznym jazykom nielen pri indexovaní, ale aj vyľadávaní. Nájväčšou výhodou modelu je že môžeme mať dokument, v ktorom sa nachádzajú vety vo vicacerých jazykoch. Pre niektoré modeli je to veľké obmedzenie s ktorým si neporadiam avšak LaBSE je stavaný na takéto situácie a tak si ľahko poradí a zaindexuje tento dokument.
Ako môžete vidieť v práci som použil model LaBSE aj keď som mal k dispozícii priamo natrénovaný model pre slovenčinu. Bolo to z dôvodu zistiť ako sa bude správať model LaBSE oproti modelu, ktorý bol natrénovaný pre Sloveský jazyk. Model LaBSE nebol vybratý len tak náhodou. Je to špecifický model, ktorý bol natrénovaný tak, aby podporoval vyhľadávanie, klasifikáciu textu a ďalšie aplikácie vo viacerých jazykoch. Vo všeobecnosti je označovaný ako multilangual embedding model. Je to model, ktorý je prispôsobený rôznym jazykom nielen pri indexovaní, ale aj vyľadávaní. Nájväčšou výhodou modelu je, že môžeme mať dokument, v ktorom sa nachádzajú vety vo vicacerých jazykoch. Pre niektoré modeli je to veľké obmedzenie, s ktorým si neporadím, avšak LaBSE je stavaný na takéto situácie, a tak si ľahko poradí a zaindexuje tento dokument.
#### slovakbert-sts-stsb
Môžeme ho označiť ako sentence similarity model založený na SlovakBERT. Model bol dotrénovaný na STSbenchmark a preložený do slovenčniny pomocou M2M100. Model používa univerzálny sentence enkóder pre slovenské vety. Autory článku, ktorý trénovali SlovakBERT uvádzajú, že model je založený na na large-scale transformers-based a používa 19,35 GB dát získaných z crawlovania webov so slovenským textom. Autori nakoniec vyhodnotili a prirovnávajú tento model ku ostatným veľkým jayzykovým modelom ako napríklad XLM-R-Large.
Môžeme ho označiť ako sentence similarity model založený na SlovakBERT. Model bol dotrénovaný na STSbenchmark a preložený do slovenčniny pomocou M2M100. Model používa univerzálny sentence enkóder pre slovenské vety. Autory článku, ktorý trénovali SlovakBERT uvádzajú, že model je založený na large-scale transformers-based a používa 19,35 GB dát získaných z crawlovania webov so slovenským textom. Autori nakoniec vyhodnotili a prirovnali tento model ku ostatným veľkým jayzykovým modelom, ako napríklad XLM-R-Large.
Je to síce prvý model, ktorí dosahuje najlepšie výsledky oproti ostatným jazykovým modelom pre slovenčinu, ale treba si všimnúť, že stále tu existujú viacjazyčné jazykové modely, ktoré sú stále konkurencieschopné.
Je to síce prvý model, ktorý dosahuje najlepšie výsledky oproti ostatným jazykovým modelom pre slovenčinu, ale treba si všimnúť, že stále tu existujú viacjazyčné jazykové modely, ktoré sú stále konkurencieschopné.
Hodnotenie modelu prebiehalo hlavne pomocou metriky F1. F1 bola priemerovaná zo súborov údajov. Autori modelu uvádzajú, že pri použití nízkych hodnôť hyperparametrov sa váhy moc nemenia, čo znamená lepšie výsledky hodnotenia.
Ďalšou nevýhodou tohto jazykového modelu je, že mal nedostatok hodnotiacich benchmarkov, ďalej vznikal problém s korpusom textov, tento model bol natrénovaný na dátach, ktoré boli vytvorené strojovým prekladom. Tým pádom vznikali chyby ako *noisy datasets (v prípade analýzy sentimentu)*.
Ďalšou nevýhodou tohto jazykového modelu je, že mal nedostatok hodnotiacich benchmarkov. Ďalej vznikal problém s korpusom textov, tento model bol natrénovaný na dátach, ktoré boli vytvorené strojovým prekladom. Práve kvôli tomu vznikali chyby ako *noisy datasets (v prípade analýzy sentimentu)*.
### Výsledky experimentov
Spolu bolo realizovananých 20 experimentov vyhnotenia vyhľadávania na trénovacom datasete skquad. Každý jeden experiment pozostával z indexovania datasetu a následním vyhľadávaním na vopred vytvorených otázkach. Meódy medzi sebou mali spoločný počet experimentov a pri každej metóde boli vypočítané metriky Precission a Recall.Zároveň na každej metóde bolo vykonaných 5 experimentov s rôznymi parametrami top_k. Z týchto experimentov vznikla jedna veľká nie moc prehľadná tabuľka, ktorú môžete vidieť nižšie.
Spolu bolo realizovananých 20 experimentov vyhnotenia vyhľadávania na trénovacom datasete skquad. Každý jeden experiment pozostával z indexovania datasetu a následním vyhľadávaním na vopred vytvorených otázkach. Metódy medzi sebou mali spoločný počet experimentov a pri každej metóde boli vypočítané metriky Precission a Recall.Zároveň na každej metóde bolo vykonaných 5 experimentov s rôznymi parametrami top_k. Z týchto experimentov vznikla jedna veľká, nie moc prehľadná tabuľka, ktorú môžete vidieť nižšie.
| Evaluation mode | 5 Precision | 5 Recall | 10 Precision | 10 Recall | 15 Precision | 15 Recall | 20 Precision | 20 Recall | 30 Precision | 30 Recall |
|----------------- |------------- |---------- |-------------- |----------- |-------------- |----------- |-------------- |----------- |-------------- |----------- |
@ -89,24 +89,24 @@ Spolu bolo realizovananých 20 experimentov vyhnotenia vyhľadávania na trénov
| LABSE | 0.09462602215609292 | 0.47313011078046463 | 0.05531896271474655 | 0.5531896271474656 | 0.039858461076796116 | 0.5978769161519418 | 0.031433644252169345 | 0.6286728850433869 | 0.022339059908141407 | 0.6701717972442421 |
|slovakbert-sts-stsb | 0.08082472679986996 | 0.4041236339993498 | 0.04856210457875916 | 0.4856210457875916 | 0.03553810631256929 | 0.5330715946885394 | 0.028241516417014677 | 0.5648303283402936 | 0.020285578534096876 | 0.6085673560229063 |
V poslednom kroku je potrebné vyhodnotiť experimenty. Z takejto neprehľadnej tabuľky je to zložité, preto som zvolil prístup vytvorenia grafov, na ktorých presne vidno ktorá metóda je najlepšia. Boli vytvorené grafy ktoré ukazujú výskedky presnosti a návratnosti na rovnakom počte vrátaných odpovedí medzi métódami. Posledné 4 grafy znázorňujú každp metódu samostatne s narastajúcim počtom odpovedí.
V poslednom kroku je potrebné vyhodnotiť experimenty. Z takejto neprehľadnej tabuľky je to zložité, preto som zvolil prístup vytvorenia grafov, na ktorých presne vidno, ktorá metóda je najlepšia. Boli vytvorené grafy, ktoré ukazujú výskedky presnosti a návratnosti na rovnakom počte vrátaných odpovedí medzi métódami. Posledné 4 grafy znázorňujú každú metódu samostatne s narastajúcim počtom odpovedí.
#### Správanie metód pri rovnkakom počte najlepších odpovedí
- Top 5 odpovedí
V tomto grafe môžete vidieť, že pri vyhľadávaní top 5 odpovedí najlepšiu presnosť a návratnosť mala metóda BM25 dosiahla najlepšie výsledky. Najhoršie výsledky boli dosiahnuté metódou Faiss. Metóda sentence transformers s použitím LaBSE dosiahla druhý najlepší výsledok.
V tomto grafe môžete vidieť, že pri vyhľadávaní top 5 odpovedí najlepšiu presnosť a návratnosť mala metóda BM25, ktorá dosiahla najlepšie výsledky. Najhoršie výsledky boli dosiahnuté metódou Faiss. Metóda sentence transformers s použitím LaBSE dosiahla druhý najlepší výsledok.
![Top 5 rovnakých odpovedí](img/k_5.png)
- Top 10 odpovedí
Pri 10 najlepších odpovediach BM25 dosiahlo lepší výsledok Recall ako pri top 5 výsledkoch, ale zároveň Precision sa zhoršila. Faiss má naďalej najhoršie výsledky. Sentence tranformers s použitím slovenského modelu slovakbert-sts-stsb sa zlepšila oproti predchádzajúcemu grafu
Pri 10 najlepších odpovediach BM25 dosiahlo lepší výsledok Recall, ako pri top 5 výsledkoch, ale zároveň Precision sa zhoršila. Faiss má naďalej najhoršie výsledky. Sentence tranformers s použitím slovenského modelu slovakbert-sts-stsb sa zlepšila oproti predchádzajúcemu grafu.
![Top 10 rovnakých odpovedí](img/k_10.png)
- Top 15 odpovedí
Na tomoto grafe ďalej môžeme sledovať zlepšovanie Recall pre BM25, ale treba si však všimnúť, že Precission klesá. Dôležtým mýlnikom pri tomto grafe je porovnanie modelu LaBSE s slovakbert-sts-stsb pretože slovakbert sa začína správať pri najlepších 15 odpovediach ako model LaBSE, to nám môže aj naznačit, že s rastúcim počtom odpovedí pre model LaBSE neprichádza viac správnych dokumentov, ako by sa očakávalo. Najviac priblíženie modelu slovakbert modelu k LaBSE môžete vidieť na metrike Precision.
Na tomoto grafe ďalej môžeme sledovať zlepšovanie Recall pre BM25, ale treba si však všimnúť, že Precission klesá. Dôležtým mýlnikom pri tomto grafe je porovnanie modelu LaBSE s slovakbert-sts-stsb, pretože slovakbert sa začína správať pri najlepších 15 odpovediach ako model LaBSE, to nám môže aj naznačit, že s rastúcim počtom odpovedí pre model LaBSE neprichádza viac správnych dokumentov, ako by sa očakávalo. Najväčšie priblíženie modelu slovakbert k modelu LaBSE môžete vidieť na metrike Precision.
![Top 15 rovnakých odpovedí](img/k_15.png)
@ -118,18 +118,18 @@ Na tomto grafe už môžeme vidieť, že model LaBSE a slovakbert majú skoro ro
- Top 30 odpovedí
Posledný graf v tejto kategórii nám ukazuje, že aj pri 30 odpovediach má metóda BM25 najlepší Recall, ale treba sa pozrieť na model slovakbert ktorí pri top 30 odpovedach má minimálnu odchýlku od modelu LaBSE.
Posledný graf v tejto kategórii nám ukazuje, že aj pri 30 odpovediach má metóda BM25 najlepší Recall, ale treba sa pozrieť na model slovakbert, ktorý má pri top 30 odpovedach minimálnu odchýlku od modelu LaBSE.
![Top 30 rovnakých odpovedí](img/k_30.png)
#### Správanie metódy s narastajúcim počtom najlepších odpovedí
V tejto časti práce skúsim bližšie zobraziť dva grafy na ktorých môžete vidieť správanie metódy hodnotenia vyhľadávania s narastajúcim počtom výsledkov z vyhľadávania. Nižšie sa nachádzajú iba 2 metódy, ktoré podľa mňa v experimentoch dosiahli najlepšie výsledky.
V tejto časti práce skúsim bližšie zobraziť dva grafy, na ktorých môžete vidieť správanie metódy hodnotenia vyhľadávania s narastajúcim počtom výsledkov z vyhľadávania. Nižšie sa nachádzajú iba 2 metódy, ktoré podľa mňa v experimentoch dosiahli najlepšie výsledky.
- Metódou BM25
Metóda BM25 počas všetkých experimentov vykazovala najlepšie výsledky nie len Precission, ale aj Recall. Na grafe môžete vidieť, že s narastajúcim počtom výsledkov Precission klesal, ale zároveň Recall stúpal. Pri tejto metóde vidím môžnosti experimentovania napríklad pri 50, alebo 100 odpovediach z vyhľadávania
Metóda BM25 počas všetkých experimentov vykazovala najlepšie výsledky, nie len Precission, ale aj Recall. Na grafe môžete vidieť, že s narastajúcim počtom výsledkov Precission klesal, ale zároveň Recall stúpal. Pri tejto metóde vidím môžnosti experimentovania, napríklad pri 50 alebo 100 odpovediach z vyhľadávania
![BM25](img/bm25.png)
@ -145,5 +145,5 @@ Model slovakbert, ktorý bol zverejnený na konci minulého roka, dosiahol pri p
V tejto práci sa mi podarilo úspešne vykonať 20 experimentov, ktoré ukázali, že dokážeme efektívne využiť natrénovaný slovenský model na iných dátach. Zároveň môžeme vidieť aj efektívne vyhľadávanie metódou BM25, ktorá dosahovala nadpriemerné výsledky.
Pokračovanie v práci by som mohol realizovať použitím dvoch techník vyhľadávania. Ideálnym prípadom môže byť použitie oboch metód, je dôležité, aby metódy išli v správnom poradí. Po prvom vyhľadávan by bolo ideálne použiť text similarity pre efektívne zoradenie výsledkov.
Pokračovanie v práci by som mohol realizovať použitím dvoch techník vyhľadávania. Ideálnym prípadom môže byť použitie oboch metód. Je dôležité, aby metódy išli v správnom poradí. Po prvom vyhľadávan by bolo ideálne použiť text similarity pre efektívne zoradenie výsledkov.