FLAT：Flat-LAttice Transformer

中文NLP的一个问题，就是中文的字除了句句之间有标点符号之外都是连在一起的，不像英文词语是单独分割的。中文NLP处理一般会有2种方式：

1. 基于字的，char-level。现在比较常用的方法，但会缺少词组的语义信息。

2. 基于词的，word-level。词组一般是切词来的，相比字有更多的信息。但切词会引入错误词组。同时会有OOV的问题。

这2者有各自的优点和缺点。那有没有办法将2者进行结合呢？

Lattice LSTM

《Chinese NER Using Lattice LSTM》 2018

1. 基于char-level的BiLSTM-CRF模型如下：

2. 基于word-leve的BiLSTM-CRF模型如下：

3. Lattice LSTM是一个有向无环图(DAG)，将序列中的词汇信息(word-level)融入到了字信息(char-level)中。具体做法是将词汇信息融入到该词汇最后一个字的信息中。比如，如下图所示，它会将“南京市”的word embedding融入到“市”的word embedding中。

对于每个字符来说，会融合以该字符结束的所有词汇word信息，如对于「桥」融合了「长江大桥」和「大桥」信息。这里，词汇word个数不定，并采用注意力机制的方式进行融合。

Lattice LSTM有效的在char-level的基础上，融入word-level信息，并且不过分依赖word-level信息，避免因切词错误带来的传播误差。但其也存在一些缺点，比如1）性能差，batch不能并行，因为每个字符融合的word个数不一致；2）每个字符只记忆以其结尾的word，对于之前的词汇并无记忆；3）只使用lstm，无法迁移到其他模型。

FLAT

《FLAT: Chinese NER Using Flat-Lattice Transformer》2020

Flat-Lattice (展平的Lattice结构)，是Lattice LSTM网络的展平的版本。FLAT为lattice结构引入了position encoding，对一个token增加了head position和end position。

我们可以看下如下2张图，图1是Lattice LSTM结构，图2是FLAT Lattice结构。我们可以想象一下，将图2中首尾位置相同的字（比如‘重’）取出形成一条链，然后将位置不同的词（比如‘重庆’）根据首尾位置信息，通过连线形成相应的跳转路径，即可得到图1的结构。

图2的这种结构有个好处，可以将图结构转换成简单的线性结构形式，从而可以并行计算，提高计算的性能。

FLAT将潜在词和输入的句子进行了拼接，潜在词和潜在词之间有 重叠、包含、分离 三种关系（例如上图中 人和药店 和 人和），采用绝对位置已经无法满足，因此本文提出相对位置关系。

位置i和位置j的相对位置计算方式如下：

Rij=RELU(Wr(pdij(h,h)⊕pdij(t,h)⊕pdij(h,t)⊕pdij(t,t)))

其中dij(h,h),dij(h,t),dij(t,h),dij(t,t)分别描述了单词和单词之间的关系。

dij(h,h)=head[i]−head[j]

dij(h,t)=head[i]−tail[j]

dij(t,h)=tail[i]−head[j]

dij(t,t)=tail[i]−tail[j]

pdij(h,h)就是对两个单词head和head之间相对关系的编码。

pd2k=sin(d/100002k/dmodel)

pd2k+1=cos(d/100002k/dmodel)

FLAT模型的整体架构如下图所示：