谷歌在不久前的I/O大會上推出了輔助人們高效撰寫郵件的智能寫作助手。在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的幫助下，它可以根據(jù)用戶很少的輸入信息就推斷出接下來想要寫入文本，就如知心好友一般默契無間了！我們先來感受一下在它的幫助下寫郵件多么暢快：

智能寫作是基于一年前谷歌發(fā)布的智能回復(fù)功能進一步研發(fā)而成的。先前的智能回復(fù)功能通過分析郵件內(nèi)容來幫助用戶快速撰寫回復(fù)郵件使用戶在移動端處理郵件的效率有了大幅的提升。

它基于人類語言中的層級結(jié)構(gòu)，從字母到單詞、從短語到句子、從段落到章節(jié)和整篇完整表達的內(nèi)容。研究人員們訓練出了了一系列層級模塊用于學習、記憶和識別一種特定的模式。在足夠多樣本的訓練下層級模型取得了比LSTM更好的效果，并具有了一定的語音表達能力。下圖中藍色字體就是模型分析郵件后為用戶生成出備選的恢復(fù)內(nèi)容。

但從智能回復(fù)到智能寫作助手的研發(fā)過程中，除了迅速響應(yīng)大規(guī)模用戶的需求、還需要兼顧公平和用戶的隱私。

首先在用戶撰寫郵件時，為了不使用戶感受到明顯的延遲，其響應(yīng)需要在100ms以內(nèi)，這要求在模型的效率和復(fù)雜度上做有效的權(quán)衡；目前Gmail擁有14億以上的用戶，所以模型需要有足夠的容量滿足各種不同用戶的個性化需求；除了速度和規(guī)模外，還需要防止這一功能由于訓練數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏見，并且也要符合嚴格的隱私規(guī)定，防止用戶的隱私信息泄露。由于研究人員不可以進入email中，所以所有的機器學習系統(tǒng)都是運行在他們不可讀的數(shù)據(jù)集上的。

尋找合適的模型

典型的語言生成模型包括N-Gram、神經(jīng)詞袋和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型，它們通過先前詞匯預(yù)測后續(xù)詞匯或者句子。然而在郵件中，模型只有當前郵件對話這一單一的信號來預(yù)測后續(xù)的詞匯。為了更好的理解用戶想要表達的內(nèi)容，模型同時還會分析郵件標題和之前郵件的內(nèi)容。

這種需要疊加上下文的文本分析會帶來一個seq2seq機器翻譯同樣的問題，其中源序列是主題和先前郵件內(nèi)容的組合、目標序列則是目前用戶正在撰寫的郵件。它雖然在但是卻無法滿足嚴格的時間要求。為了改進這一點，研究人員們將詞袋模型和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型結(jié)合起來，實現(xiàn)了比seq2seq更快的的速度，但只在預(yù)測質(zhì)量上做出了輕微的犧牲。

如上圖所示，在這一混合模型中標題和先前的郵件先用詞向量平均處理，而后將他們輸入到接下來的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中去解碼。

加速模型訓練和服務(wù)

為了加速模型的訓練和調(diào)參，研究人員們使用了自家的大殺器TPU,只需要不到一年就能在幾十億的樣本上實現(xiàn)收斂。

雖然訓練速度提高了，但在實際使用時候的速度才是用戶最為關(guān)心的指標。通過將CPU的計算請求分配到TPU上得到了迅速的推理結(jié)果，同時由于CPU的算力得到了釋放，使得單機可以提供服務(wù)的用戶數(shù)量大幅增加。

公平性和隱私

對于機器學習來說，公平性和隱私是至關(guān)重要的問題。語言模型可以折射出人類的認知偏見，這樣會生成一系列不希望的句子補全。這些偏見和聯(lián)系主要來自于語言數(shù)據(jù)，這對于構(gòu)建一個無偏模式是巨大的挑戰(zhàn)。于是研究人員們通過各種方式不斷減弱訓練過程中潛在的偏見。同時智能寫作助手是構(gòu)建于數(shù)十一個樣本上的訓練結(jié)果，只有同時被多個用戶確認的通用結(jié)果才會被模型記住。

語言模型中一種常見的性別偏見

在未來這一模型會被持續(xù)改進，并嘗試著加入一些先進的模型架構(gòu)（例如transformer和RNMT+等）和先進的訓練技術(shù)，同時在生產(chǎn)中部署更多的先進模型來滿足實時性和要求。個人語言模型會在隨后加入以更精確的滿足個人的寫作風格和表達習慣。