F8 2017 | 技術負責人為你解析 Facebook 神經機器翻譯

該講座主題為 Facebook 機器翻譯的兩代架構以及技術挑戰。

雷鋒網(公眾號：雷鋒網)消息：在昨日的 F8 會場，該講座吸引了眾多開發者到場，主講者是 Facebook 語言翻譯部門技術負責人 Necip Fazil Ayan。

Necip Fazil Ayan 首先介紹了 Facebook 翻譯業務的使命和願景，以及對機器翻譯的應用。

使命與願景

Necip Fazil Ayan：Facebook 希望推動建立一個真正的全球社區，即「連接世界」：每個人都能與全世界任意國家的人、任意語言內容自如交互。翻譯，便是其中最關鍵的一環。

使命：通過打破語言障礙，讓世界更開放、更緊密聯結。

願景：每一名用戶都能用其語言無障礙的使用 Facebook。

Facebook 是怎麼應用機器翻譯的

有兩種途徑。

1. 「See translation」：當 Facebook 系統判斷用戶無法理解某個帖子時，便提供「翻譯」選項。

   系統判斷的依據很簡單：對貼子的語言識別和對用戶的語言預測。

2. 「Auto translation」： 當系統判斷翻譯質量很高時，會自動顯示翻譯結果，而不是原始語言。 這背後，是 Facebook 對平臺上的每一條翻譯都計算 confidence score（置信度），並據此預估翻譯質量。這靠另一個單獨的機器學習模型來實現。
   

Facebook 機器翻譯的兩代架構

目前，Facebook 絕大部分的翻譯系統，仍是基於 phrase-based machine translation 架構，即「基於短語的機器翻譯」。

在過去的十到十五年中，該架構被行業廣泛採用。但在最近的幾年，Facebook 正轉向 neural net machine translation 架構，即神經網絡機器翻譯。據雷鋒網了解，去年 6 月，Facebook 部署了第一個基於神經機器翻譯的產品——德譯英；拉開了從「基於短語」切換到神經機器翻譯的大幕。至今，已有 15 個不同語言的翻譯系統，遷移到了新的機器翻譯架構；Facebook 平臺上，超過 50% 的翻譯出自基於神經網絡的系統。

那麼，為什麼 Facebook 要轉移至神經網絡機器翻譯？或者說，新架構的優點是什麼？

首先，Necip Fazil Ayan 表示，神經機器翻譯為 Facebook 帶來翻譯質量的大幅提升：

精確度（是否清楚表達了原句的意思）提升 20%，通順程度（翻譯語句聽起來是否正常）提升 24%。

這是兩代架構的翻譯結果對比（土耳其語到英語）

左邊是基於短語的機器翻譯，大多數詞語的意思是對的，但順序不對勁。右邊是神經網絡機器翻譯，大多數詞語的意思也是對的，但語序更加自然。翻譯出來的句子更容易理解、更通順。

底層發生了什麼？

我先談談基於短語的機器翻譯。該系統學習詞語之間的對應關係，然後把這些對應關係泛化到成串詞語上，即短語。這些短語是從海量的句子翻譯（原句+譯句）中得來。給定一個新句子，該系統會根據已學到的短語翻譯，試圖找出一個最優分段方案。

短語越長，我們越不擔心重新排列詞序問題（local reordering）。數據越多，學習長短語的效果越好。

基於短語架構機器翻譯的缺陷：

再來看一看神經網絡機器翻譯系統。

神經機器翻譯系統會考慮原句的整個語境，以及當次翻譯過程中此前翻譯出的所有內容。它的優點有：

• 支持大段的語序重排（long distance reordering）

• 連續、豐富的表達。我們把詞語映射到矢量表示（詞向量）。它們不再是獨立的詞語，而是一維空間中的點。不同點之間的距離，可被用來代表不同詞語之間的語義相似性

• 神經網絡的擴展性非常好。我們可以把不同來源的信息整合進去，使我們得以很容易的把不同類型的表達結合到一起

• 更通順

至於為什麼更多語境能起到積極作用，我想多解釋一下：這裡的任務，是根據語境預測下一個詞語。當語境信息越豐富，預測就更準確。藉助遞歸神經網絡（RNN），我們的語言建模能力獲得了無限制的提升。通過更大的視野，我們可以做出更好的決策。

對於翻譯系統本身，我們也是用 RNN with attention。我們的架構包含編碼器以及解碼器。編碼器的作用是把原語句轉化為矢量表達；隨後，解碼器把後者轉為另一個句子，這就是機器翻譯的過程。

對於原語句，我們用的是一個雙向的神經網絡。這意味著，我們既利用了前文中的詞語，也用到了後文的詞語。所以，編碼器的輸出，是一個利用了前後文所有語境的、對原句的表示。目標句子也使用 RNN 來生成。在生成過程中的每一步，我們均充分利用了此前生成的詞語，以及語境的某部分。重複這一步驟，我們便得到了最終的機器翻譯結果。

挑戰

1. 網絡語言

首先是網絡語言，我們稱之為「Facebook 語言」。人們在社交網絡上會使用俚語、造出來的動詞，以及奇奇怪怪的拼寫；還有用標點符號表情的，這直接讓 Facebook 的語言識別和機器翻譯系統失靈。

解決該問題的一個方案，被我們成為 sub-word units。

神經網絡受到特定詞彙量的限制，通常是訓練階段遇到過的詞彙。對某些語言而言，這造成了非常大的麻煩，尤其是那些可以對現有詞彙添加新成分、以生成一個新詞彙的語言，比如土耳其語。由於這一點，我們不可能知道一個高質量翻譯所需的全部詞彙。

解決辦法是把詞彙分拆為更小的、更凝聚的單元。舉個例子，可把單詞 being、moving 拆成動詞 +ing 的形式。這種方式，可用 sub-word 模型來生成新動詞，比如 +ing 生成其它動詞的進行時。對於 low resource 語言（LRC），這大幅提升了翻譯效果，並且還能對非正式語言進行標準化。

2. low resource 語言

另一項主要挑戰是 low resource 語言。正如我提到了，Facebook 支持超過 45 種語言，超過 2000 種翻譯方向。訓練一個翻譯系統需要大量數據，不幸的是，對於許多語言我們並沒有很多數據。

一個解決方案被我們成為 back translation。我們一般使用平行數據（parallel data）來訓練這些系統。當我們只有少量平行數據，我們會用它來創建一個小型的翻譯系統。另外，對於多門語言，我們有許多單語言數據（monolingual data），即只以一門語言表示的數據。所以我們把該數據填入這一小型機器翻譯系統，然後獲得翻譯。很顯然，翻譯結果並不完美。

但把它們結合起來，我們可以訓練更大的機器翻譯系統。這種方法十分吸引人的一點，是它有兩個翻譯方向：它不僅生成英語到土耳其語的翻譯系統，還能生成土耳其語到英語的翻譯。另外，由於目標語句基於單語言數據，它會更加通順。

3. 大規模部署

一項比較艱巨的挑戰，是大規模部署機器翻譯以及應用研究。我們需要訓練非常多的翻譯系統，並且快速地訓練、快速地解碼、快速地生成翻譯。

一項加速計算過程的方案，名為 online vocabulary reduction （在線詞彙縮減）。正如我之前提到的，在神經網絡架構中，目標詞彙是受限制的。詞彙量越大，計算成本越高。

於是我們儘可能減小 output projection layer 的規模。

當你需要翻譯一個特定語句，你可以觀察句子中所有詞彙的出現頻率、排在最前的翻譯選項，以對詞彙進行篩選。

在這個例子中，你可以在活躍詞彙庫中忽略 and 和 move，因為對於該翻譯，它們並沒有對應到任意一個詞彙。這使得計算時間大幅縮短，而並不犧牲翻譯質量。

最後，我想說我們實現了許多提升，但仍有很長的路要走。對於 low resource 語言，我們需要做得更好，這是一個非常艱巨的挑戰。我們需要開始翻譯圖像和視頻。我們需要找到更高效地使用圖像、視頻中語境信息的方法。我們需要開發出私人訂製的、符合語境的翻譯系統。我對加入這趟「連接世界」的旅程感到萬分激動並自豪。

謝謝。

本講座由雷鋒網編譯，轉載請聯繫。

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