关于余弦相似性，如何选择损失函数和网络（我有两个方案）

Question

对不起，我不知道该怎么解决。 我使用两个网络来构造两个嵌入，我有一个二进制目标来指示embeddingA和embeddingB是否匹配（1或-1）。 数据集如下所示：

embA0 embB0 1.0
embA1 embB1 -1.0
embA2 embB2 1.0
...

我希望使用余弦相似性来得到分类结果。 但我在选择损失函数时感到困惑，生成嵌入的两个网络是分开训练的，现在我可以想到以下两个选项：

计划1:

构造第三个网络，使用EmbeddedingA和EmbeddedingB作为nn.cosinesimilarity（）的输入来计算最终结果（应为[-1,1]中的概率），然后选择一个两类损失函数

（对不起，我不知道该选择哪个损失函数。）

class cos_Similarity(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(cos_Similarity,self).__init__()
        cos=nn.CosineSimilarity(dim=2)
        embA=generator_A()
        embB=generator_B()

    def forward(self,a,b):
        output_a=embA(a)
        output_b=embB(b)
        return cos(output_a,output_b)
loss_func=nn.CrossEntropyLoss()

y=cos_Similarity(a,b)
loss=loss_func(y,target)
acc=np.int64(y>0)

计划2: 这两个嵌入作为输出，然后使用nn.cosinembeddingloss（）作为损失函数，当我计算精度时，我使用nn.Cosinesimilarity（）输出结果（概率为[-1,1]）

output_a=embA(a)
output_b=embB(b)

cos=nn.CosineSimilarity(dim=2)
loss_function = torch.nn.CosineEmbeddingLoss()

loss=loss_function(output_a,output_b,target)
acc=cos(output_a,output_b)

我真的需要帮助。我如何做出选择？为什么？或者我只能通过实验结果为自己做出选择。 多谢各位

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def train_func(train_loss_list):

    train_data=load_data('train')
    trainloader = DataLoader(train_data, batch_size=BATCH_SIZE)
    
    cos_smi=nn.CosineSimilarity(dim=2)
    train_loss = 0
    
    for step,(a,b,target) in enumerate(trainloader):

        try:
            optimizer.zero_grad()

            output_a = model_A(a) #generate embA
            output_b = model_B(b) #generate embB
            
            acc=cos_smi(output_a,output_b)

            loss = loss_fn(output_a,output_b, target.unsqueeze(dim=1))
            
            train_loss += loss.item()
            
            loss.backward()
            
            optimizer.step()
            
            train_loss_list.append(loss)
            

            if step%10==0:
                print('train:',step,'step','loss:',loss,'acc',acc)
                
                
        except Exception as e:
            print('train:',step,'step')
            print(repr(e))

    return train_loss_list,train_loss/len(trainloader)

Answer 1

您可以使用三重丢失功能进行训练。您的输入是一组嵌入（比如1000行）。假设每一个都以200维编码。还有相似性标签。例如，第1行可能与1000行中的20行相似，而dis与其余980行相似。然后，您可以通过每次进行1+ve和1-ve匹配，对第1行使用三重态丢失函数。你可以对火车上的所有1000行这样做。这样，嵌入现在可以更好地进行微调。这是训练阶段

现在，为了进行推断，您可以找出余弦相似性来确定哪些行彼此接近，哪些不接近（k最近，其中k=1）。我想这就是你的模型的目标

我们在这里假设嵌入是“可转移的”，因为它来自诸如BERT（文本）或imagenet（图像）之类的东西，这些嵌入可以通过在顶部添加一层进行微调

Answer 2

作为对注释线程的响应

目标或管道似乎是：

1. 接收两个嵌入向量（例如，A和B）
2. 检查这两个向量是否“相似”（使用余弦相似性）
3. 如果它们相似，则标签为1，否则为-1（我建议将其更改为0或1，而不是-1和1）

我能想到的是以下几点。如果我误解了什么，请纠正我。免责声明是，我几乎是根据我的直觉编写的，不知道任何细节，所以如果你尝试运行，它可能会充满错误。让我们仍然尝试获得高层次的理解

型号

import torch
import torch.nn as nn


class Model(nn.Module):
    def __init__(self, num_emb, emb_dim): # I'm assuming the embedding matrices are same sizes.
        self.embedding1 = nn.Embedding(num_embeddings=num_emb, embedding_dim=emb_dim)
        self.embedding2 = nn.Embedding(num_embeddings=num_emb, embedding_dim=emb_dim)
        self.cosine = nn.CosineSimilarity()
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, a, b):
        output1 = self.embedding1(a)
        output2 = self.embedding2(b)
        similarity = self.cosine(output1, output2)
        output = self.sigmoid(similarity)

        return output

培训/评估

model = Model(num_emb, emb_dim)

if torch.cuda.is_available():
    model = model.to('cuda')

model.train()

criterion = loss_function()
optimizer = some_optimizer()

for epoch in range(num_epochs):
    epoch_loss = 0
    for batch in train_loader:
        optimizer.zero_grad()

        a, b, label = batch

        if torch.cuda.is_available():
            a = a.to('cuda')
            b = b.to('cuda')
            label = label.to('cuda')

        output = model(a, b)

        loss = criterion(output, label)
        loss.backward()
        optimizer.step()

        epoch_loss += loss.cpu().item()

        print("Epoch %d \t Loss %.6f" % epoch, epoch_loss)

我省略了一些细节（例如，超参数值、损失函数和优化器等）。这整个过程和你想要的类似吗