[人工智能]【笔记】NLP 数据增强（二）

写在前面

打比赛看到有人总结文本增强的方法里提到了这两篇论文。以下是个人的总结记录。

1 EDA

《EDA: Easy Data Augmentation Techniques for Boosting Performance on Text Classification Tasks》

对四种数据增强方法进行实验效果的对比，四种NLP数据增强方法：

• 同义词替换（SR）：选择一个词，用同义词替换。
• 随机插入（RI）：在句子中插入词语。
• 随机交换（RS）：选择句子中的一对词语交换。
• 随机删除（RD）：选择一个词删除。

文章在SST-2、CR、SUBJ、TREC、PC五个文本分类数据集上进行了实验。实验主要包括：

• 对不同比例的数据进行数据增强的消融实验

  结果显示数据增强方法对小数据集（约占全量数据的20%以下）的提升更为明显，50%以上的数据提升很有限。

• 增强的数据是否保持了标签的语义？

  对于这个问题，论文可视化（t-SNE）了模型输出最后一层的向量，通过和原数据的投影对比发现。增强生成的数据和原数据的向量投影分布近似，由此说明增强的有效性，即保持的正确的语义信息。

• 四种增强方法各自的效果，以及寻找数据增强的最优参数

  上面的实验结论的四种增强方法综合的结果。

  • 四种增强方法单独实验

    随机插入（RI）和交换（RS）的效果差不多，同义词替换（SR）在大量样本数下提升不明显。随机删除（RD）在小样本数据量（约500条）下提升是四种方法中最好的，但大样本数下效果不好。具体可以看论文的实验图表。

  • 数据增强的参数

    参数涉及：增强（改动）原文本的比例、数据集大小、数据增强数目。

    1）首先对原文本改动的比例不能太大，5%-10%的比例，数据规模越小，改动要调小一些。2）其次数据集越小，数据增强效果越明显。3）对于小样本数据集，数据增强数目可以设置的多一些，而大样本要减少数据集扩充的数目，调小增强的样本条数。

论文代码：jasonwei20/eda_nlp: Data augmentation for NLP, presented at EMNLP 2019 (github.com)

2 AEDA

《AEDA: An Easier Data Augmentation Technique for Text Classification》EMNLP 2021 Findings

AEDA是EDA之后的工作，也和EDA进行了对比。AEDA比EDA更简单，增强方法是向句中插入标点。

增强过程：

• 设置插入次数：从 [1, 1/3 length of text] 范围内随机选择执行插入的次数；
• 随机选择插入标点：从 {“.”, “;”, “?”, “:”, “!”, “,”} 六个标点集合中选择。

文章同样在文本分类数据集：SST-2、CR、SUBJ、TREC、PC上进行了实验。实验主要包括：

• 数据增强数目

  和EDA论文得到的结论类似，小样本数据集（约500条）增强数目更多收益更大，论文中增强16条要比 {1,2,4,8}条都要好一些。而大样本数据集（5000条及以上）中，增强 {1,2,4} 收益会更好一些。

• 随机种子的影响

  省略

• AEDA对深度模型的提高

  EDA和前面的AEDA实验是基于RNN/CNN模型的。AEDA在Bert分类任务上进行实验。论文结果是AEDA也支持对BERT的提升，作为对比EDA反而带来负收益。

论文代码：aeda_nlp/aeda.py at master · akkarimi/aeda_nlp (github.com)

我对AEDA方法的实验

我拿bert-base-chinese简单地在CLUE的iflytek数据集（多分类任务，acc）上做了下实验，看下效果。

表格列是数据集划分：全体数据full，比例0.1，比例0.5。划分时我按标签类别对train集进行了随机抽样。dev和test都没换，以及用的model_pytorch里的代码。

表格行是AEDA论文代码的增强方法，对比了不增强None和对每条样本增强2条文本，保持增强的标签。然后，论文方法用的标点候选集是英文的。我也没有针对中文数据引入中文标点，或是更多标点。但是就结果上已经能看到一些效果了。

结果上看，和论文反映的规律差不多：小数据集下分数提升比较明显，可以看到：10%和50%比例的数据都得到了不同程度的提升（+41.1%和+3.94%），但在整个train上做增强反而降低了acc。

总结

EDA的方法我也在一些比赛中用过，我感觉一定要控制增强的比例，以及对原文改动的比例。这两个影响比较大，且很有可能引入噪声，导致负收益。

AEDA看完有点迷糊啊，感觉这个随机标签插入也能带来收益，好玄学。理论上去理解的话，就是相比EDA方法，AEDA引入的标点对原文本的语义信息修改不大，更多的是文本上增强加了一些噪声（改动了位置）。

个人使用看来对抗训练还是比较稳定的提点trick。像是SimCSE论文中使用两次dropout，也是对于向量层面的噪声操作会比较鲁棒一些。对原始文本的改动很有可能引入噪声，反而需要更加注意生成的文本。不过论文中也展示了，实验结果对于小样本的提升会更加明显一点，我没有实验过。EDA我之前是在短文本匹配任务场景试过，不是很好用，很大概率是引入噪声太大。