雷鋒網(公眾號：雷鋒網)按：本文作者NLP日月星辰，北京航空航天大學在讀博士生，研究方向為 自然語言處理，深度學習。
深度學習已經在許多工業產品中取得應用。例如Jeff Dean（谷歌大腦負責人）在去年的WSDM會議上指出，谷歌的搜索相關性計算模塊，深度學習的三個特徵是權重最大的。
並且深度學習算法也大量的應用到了谷歌和百度的機器翻譯系統之中，使機器翻譯質量提升。本文將介紹另一個深度學習的應用，郵件自動回復。
自動回復是否可以在工業中進行實際應用，一直是人們喋喋不休爭論的一個問題，很多人認為對話系統，所利用的自動回復技術只是一個玩物，無法解決用戶的剛需。而谷歌，在去年十一月將自動回復技術應用到了Inbox中。
Inbox是谷歌在手機上的郵件客戶端，類似於手機上的Outlook。Inbox利用深度學習技術，增添了為一些語義簡單的郵件進行自動回復的功能，擬解決「由於屏幕較小，手機郵件回復很不方便」的用戶痛點。其中主要解決如下幾個問題：
如何選擇可回覆郵件：當今商務人士郵件眾多，很多郵件並不長，據谷歌統計有百分之25%的郵件少於20個詞。那麼對這些簡短且語義好理解的郵件是否可以通過分類進行篩選，交給郵件生成系統是一個有趣的分類問題。
回復的郵件是否可分類：很多郵件的回覆類型可枚舉，例如問「下午三點是否可以參加XXX會議」，答案無非是「可以參加」，「有事情不能參加」，「我在想想」這三個情況，所以如何通過算法將三種類型的回覆進行聚類是一個有現實意義的聚類問題。
如何針對每個類選出最合適的郵件：針對每個類，如何通過自動回復算法生成特定的回覆，是一個自然語言處理上的回覆生成問題。
谷歌於今年KDD會議上，發布了SmartReply的論文。我們首先看SmartReply的架構
從圖中可以看到，系統分為四個部分，分別是可回覆郵件篩選，回覆郵件聚類，回覆郵件選擇，和多樣性回復生成，之後將一一介紹。
模塊功能
在谷歌的郵件回復系統中，並不是每一封郵件都會給出自動回復的建議。因為有些郵件意思簡單明了，機器可以快速的理解，並給出一些回復候選。
例如：今天晚上七點我們開個會討論一下項目修改方案吧。
這個郵件機器可以快速理解，並通過之後的步驟給出對應的候選方案。然而，還存在著一些郵件結構複雜，機器並不能很好的理解其中含義。
例如：我已經看完你的論文，在你的論文中，公式2的推導出現了錯誤，我覺得倒數應該用鏈式法則求解。
總之，在回復之前，需要一個模塊判定機器是否可以理解郵件語義，避免在不理解的時候仍然給出郵件回復候選，使用戶感到被騷擾。
模塊實現方法
可回覆郵件的篩選機制歸根結底是一個分類問題，即給定訓練集合 D ＝｛X，Y｝，X代表文檔的特徵集合，Y代表文檔的標籤，學習函數f(x)，使得y與f(x)的誤差最小。在此任務中谷歌選擇了多層感知機作為分類器，多層感知機如下圖所示
在此分類任務中，這篇論文使用了一元詞彙（Unigram）和二元詞彙（Bigram）來對抽取特徵，並將同一類的特徵進行相加，得到MLP的輸入。
這個MLP模型有三個隱層層，每層的激活函數使用了ReLU，且利用DropOut防止過擬合。最終經過試驗證明，這個分類模型的AUC為0.854。針對此模塊，筆者觀點如下：
MLP模型算是文本分類的最簡單模型之一，然而簡單模型在這個任務上仍能取得不錯的效果，這和一些其他的論文得到的結論一致（例如Facebook的FastText，利用簡單的結構就可以在分類任務和複雜結構的網絡得到近似的效果）。大部分現實分類任務簡單，很多簡單的模型便可以達到還不錯的效果，刻意追求模型的複雜性在簡單任務上往往得不償失。
AI（人工智慧）+HI（人類智能）仍然是現在的AI產品不可或缺的一環，即使分類器表現良好達到85%，但在工業級的系統中，仍然會有15%出錯，所以SmartReply系統是讓用戶選擇他生成的回覆，而不是直接幫助用戶進行郵件回復或者郵件書寫。
模塊功能
此模塊為該應用核心，功能如圖所示，當用戶收到一封郵件，Inbox會自動生成3個供挑選回復（三個回復在屏幕下側）。例如，第一封郵件的三個回復分別為：
1. Count us in!
2. We will be there
3. Sorry we won't be able to make it
這樣可以加速用戶在手機端輸入不便，回覆郵件較慢的體驗。
模塊實現方法
此篇文章中，最核心的東西便是回復的生成以及聚類了。和面向開放領域的聊天機器人不同，郵件回復需要對回復進行聚類，之後從每個類別中選一個代表句。
回復聚類的算法如下：
構建圖G={V，E}，V是圖中的點，E是圖的邊。V由來信，回信，以及回信的特徵構成。
首先抽樣N個郵件作為頂點，構建頂點集合VR。為每個類別人工選擇種子郵件（例如 Thank you , Thanks是感謝類的郵件），並將這些郵件VL也放到圖G中。此時由於人工的幹預，我們知道在特定的類別Ci有{r1,r2...rn}個回復屬於此類。
通過詞彙特徵的抽取，構建G中代表特徵的頂點集合VF，如果郵件有該特徵則郵件和該頂點進行連接。
之後使用了半監督的聚類方法將郵件進行聚類，並且每隔特定輪次，進行新類別發現，最終得到376類。類別例如（will do, Thanks, I got it 等）
回複選擇部分並沒有什麼創新點，是一個基於LSTM模型的排序問題，候選集合是由most frequent的回覆郵件構成，值得注意的是此篇所用的LSTM並不是利用一個Dual-LSTM講發來的郵件和回覆郵件分別進行encoding之後計算相似度。而是類似LSTM的生成模型，計算給定所發來郵件O的時候，回覆中每個詞被生成的概率P（wi|O）
在具體的實際應用中，可以根據場景的不同選擇基於深度學習的回覆算法。我們可以看到針對回複選擇這部分，由於候選回復均為高頻回覆郵件，所以回復會十分的沒有營養，大多基於簡單的英文表達（Sure，No，Thanks）等，想必如何讓郵件回復和郵件內容正確的呼應起來也是非常值得研究的一個課題，這樣可以避免千篇一律的回覆，讓被回復者有不受尊重的感覺。
在多樣性選擇方面，按照文章的敘述做了兩個後處理。
第一個後處理是重複回復刪除，操作具體方法十分簡單，首先根據上面所說的郵件排序系統對所有候選郵件進行降序排列，之後從top1開始加入系統要輸出的集合OUTPUT中。
之後每個候選回覆郵件r在加入OUTPUT時，檢測r是否與OUTPUT中的任意郵件屬於上面聚類算法所給出的同一個類別，如果不是才可以加入OUTPUT之中。OUTPUT達到3個回復即停止迭代。
第二個後處理是強行生成拒絕傾向的回覆。如果OUTPUT集合中的回覆中沒有拒絕傾向的回覆，且top2中有同意傾向的回覆，則自動將第三個回復替換為拒絕傾向。以此給出更加多樣的回覆，讓使用者的選擇面更大。
SmartReply是谷歌將回複選擇技術利用到移動版郵件系統的一個嘗試，希望解決手機打字不便的問題。論文敘述了一個系統，並為我們實現一個郵件回復系統指明了方向。
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