基于检索增强的文本生成调研

本文旨在对基于检索增强的文本生成方法进行调研。它首先强调了检索增强生成的泛化范式，然后根据不同的任务回顾了相应的方法,包括对话响应生成、机器翻译和其他生成任务。最后,它指出了一些在最近的方法之上促进未来研究的有前景的方向。

论文名称：A Survey on Retrieval-Augmented Text Generation

1 检索增强生成（RAG）框架

图1.1 总体架构

文章中提到了以下几点:

（1）RAG是一种新兴的文本生成范式,将新兴的深度学习技术和传统的检索技术相结合。

（2）RAG框架包括三个关键组件:检索源(训练语料、外部数据、非监督数据)、检索指标(稀疏向量、密集向量、特定任务的检索)和集成方法(数据增强、注意力机制、框架提取)。

（3）RAG通过检索相关的实例来为文本生成提供额外的上下文信息和知识，从而帮助改进文本生成性能。

（4）RAG框架已经在对话响应生成、机器翻译等多个文本生成任务中被验证是有效的。

（5）RAG框架的优势在于可以显式地获取知识，而不是隐式地存储在模型参数中,因此具有很强的可扩展性。

综上所述，RAG框架是最近获得广泛关注的一种新的文本生成范式，其关键思想是利用检索相关记忆来辅助和改进文本生成。

2 主流的检索技术

文章中提到的检索技术主要有以下几种:

（1）稀疏向量检索

例如 TF-IDF 和 BM25 等基于关键词匹配的传统检索方法。依赖倒排索引,可以高效匹配关键词。

（2）密集向量检索

例如基于BERT的编码器将文本映射到低维向量空间,然后计算向量之间的内积作为相似度。优点是可以捕捉语义相似性,而不仅仅是词面相似性。

（3）特定于任务的检索

不仅考虑通用的文本相似性,而是学习一个针对下游任务优化的检索指标,使检索的记忆真正对生成质量有提升。

3 稀疏向量检索技术

BM25是一种常用的稀疏向量文本检索算法,其主要思想和步骤如下:

（1）对检索语料建立倒排索引,记录每个词出现在哪些文本中。

（2）对查询进行分词,获得查询的词袋表示。

（3）计算查询中每个词与语料中每个文本的匹配分值。

$$match(q,d) =\frac {\rm{IDF}(q)\rm{tf}(q, d)(k_1+1)}{\rm{tf}(q,d)+k_1(1-b+\frac{b\left|d\right|}{avgdl})} \tag {3.1}$$

其中IDF(q)表示词q的逆文档频率,tf(q,d)表示词q在文本d中出现的次数,|d|表示文本d的长度,avgdl表示所有文本的平均长度。k1,b为调优参数。

（4）对每个文本d的所有匹配分值求和,获得查询与该文本的相似度分数。

$$score(q,d) = \sum\limits_{q \in q} match(q, d) \tag {3.2}$$

（5）根据相似度对文本排序,返回与查询最相似的Top-N文本。

BM25通过考虑词频、逆文档频率等统计信息,能够计算查询和文本之间的相关性。相比简单的词集匹配,它更加强大和准确。BM25至今仍被广泛使用于搜索引擎和信息检索任务中。

4 密集向量检索方法

文章中提到的基于密集向量的检索方法主要包括:

（1）基于BERT的检索

使用BERT等预训练语言模型作为encoder来获得文本的向量表示,然后计算向量相似度。

（2）基于sentence-transformers的检索

使用特定预训练的句子级语义向量,如SBERT、Sentence-BERT等,来表示文本。

（3）基于迁移学习的检索

在目标任务的数据上微调预训练模型,使文本向量更适合下游任务。

（4）对比学习检索

加入负样本,使正样本的文本向量更聚集。

（5）硬匹配检索

直接取向量的内积或余弦相似度作为匹配分值。

（6）软匹配检索

加入一个预测匹配分值的小网络,而不是直接硬匹配。

（7）跨语言检索

训练一个跨语言的文本语义匹配模型。

（8）基于图像的检索

利用图像-文本的预训练模型获得跨模态的语义向量。

（9）基于知识图谱的检索

编码知识图谱关系来增强文本语义。

5 特定任务检索

特定于任务的检索是指检索指标不仅考虑通用的文本相似度,而是针对下游任务学习一个最优的指标。

举例来说,在对话系统中,根据通用相似度检索出的上下文并不一定能产生最相关的回复。为了让检索出的记忆真正提升回复的质量,可以:

（1）构建一个端到端的检索-生成模型。

（2）通过最大化回复质量的目标,来反向传播训练检索模块。

（3）让检索模块学会检索出对回复生成最有帮助的记忆。

相比通用相似度,这种特定于生成任务优化的检索指标可以提升生成性能,因为它直接关联了检索和生成的目标。

类似地,这种思想也可以应用到其他生成任务中,通过使检索指标针对任务目标来获得最佳的记忆检索效果。这是当前研究的一个重要方向。

6 集成方法

文章中提到了几种集成检索记忆的方法:

（1）数据增强

将检索的结果，作为大模型的上下文，让大模型参考上下文进行内容生成。

（2）注意力机制

采用额外的encoder对检索文本编码，并通过注意力机制集成。

（3）框架提取

从检索结果中提取框架信息,避免不相关内容对生成造成负面影响。这种扩展性强，可以深入研究。

总之，核心思路是引导模型明确区分输入和检索记忆，避免过度依赖检索内容而产生错误。同时通过端到端学习,使模型理解如何最有效利用检索信息。

7 未来研究方向

文章最后提出了以下几个未来的研究方向:

（1）提高检索的准确性:现有模型对检索质量很敏感，需要提高处理不太相似检索结果的鲁棒性。

（2）提高检索效率:加大检索池会提高相关性，但降低效率，需要在两者间取得平衡。

（3）本地与全局优化:理论上联合训练检索和生成似乎更优，但在实践中仍存在差距需要研究。

（4）多模态:可以扩展到图像、语音等多模态任务，利用多模态检索增强文本生成。

（5）多样性与可控性:现有检索过于单一，需要探索多样性的检索方式；也可以研究控制检索记忆的方法。

（6）结构化检索:现有检索侧重无结构文本，可以引入结构化知识的检索。

（7）强化学习:检索可以看作是生成的行为选择，可以引入强化学习进行优化。

综上，文章对未来研究提出了很好的建议和指导，给出了可能的新方向，为研究者提供了很好的思路。