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在WMT21竞赛中，微信AI团队在模型结构、数据增强、训练优化和集成搜索方面继续探索，验证和使用了多项有效技术，同时也提出了多项有效的创新技术。

系统整体架构图

?模型架构

当前主流的神经网络机器翻译模型通常基于Transformer结构，往年一些有效的结构变种主要是增加模型深度和模型宽度。今年，我们在此基础上验证并使用了几项有效的模型变种，同时也提出了一些改进的模型结构，在明显提升翻译效果的同时，大幅增加了模型之间的多样性。在集成实验中，我们仅使用少量的改进后的变种模型就超越了几十个更深和更宽的Transformer模型集成效果。

■  Post-Norm Transformer

前人研究表明，通过改进模型的初始化方法，可以有效缓解深层Post-Norm Transformer训练失败的问题。我们引入了修改后的初始化方法，成功训练了深层Post-Norm Transformer，并在集成中得到了明显收益。

■Talking-Heads Attention Transformer

前人研究表明，在多头注意力计算中加入额外的线性映射，加强头和头之前的信息流动，来增强注意力机制的性能和多样性。

■  Average Attention Transformer

Average Attention Network

平均注意力模型将Transformer解码器的多头自注意力机制（Multi-Head Self-Attention）替换成平均注意力机制（Average Attention），在没有明显损失性能的条件下，加速了模型速度。同时，因为注意力机制的不同，Average Attention模型在模型集成中提供了很好的多样性。

■  Weighted Attention Transformer

Weighted Attention Network

进而，我们对 Average Attention Network (AAN) 的权重计算进行了修改，通过对距离越远的历史赋予越低的权重，模型的性能得到了进一步提升，效果超过了普通的深层Transformer。

■  Mix-AAN Transformer

Mix-AAN Transformer

因为Average Attention和Multi-Head Self-Attention表现出良好的多样性，我们将两者在模型Decoder端进行混合，通过串行或并行的方式顺序排列，得到一系列单模型性能强劲且多样性很好的模型。在我们的模型集成实验中，这类模型变种带来了很大的收益。

?数据增强

领域知识迁移

为了构建更好的伪数据，我们在大量的源端和目标端单语数据中过滤出高质量的数据。通过迭代回译和知识蒸馏，来生成伪双语数据。我们还使用了多粒度（子词、词、短语）的噪声加入方式和动态Top-p采样，进一步增加了伪数据的多样性，构建了大规模的通用领域伪数据。

当我们把模型微调至目标领域（新闻领域）后，我们集成多个不同结构的模型，将大量源语言的单语数据翻译至目标语言。这样，我们的领域知识就被迁移到了大规模的伪数据中。我们再在包含领域知识的伪数据上重新训练模型，将领域相关的知识迁移到了模型中，迭代地执行这个过程。

?训练优化

我们提出了三种改进的训练算法，来缓解暴露偏差的问题。

基于调度采样的两阶段模型训练架构

■ 基于模型置信度的调度采样算法（Confidence-Aware Scheduled Sampling）

基于模型置信度的调度采样算法(https://aclanthology.org/2021.findings-acl.205.pdf）是微信AI团队近期提出的一种有效缓解暴露偏差问题的训练方法。训练过程中，基于模型置信度设计调度采样策略，从第一阶段Decoder的输出历史和标准历史中采样，作为第二阶段Decoder的输入，在训练中模拟真实的翻译推导场景。论文已被ACL2021-Findings收录。

■  针对目标端输入的抗噪训练（Target Denoising）

在训练过程中，我们延用去年参赛的经验（https://aclanthology.org/2020.wmt-1.24.pdf），将Decoder的输入随机替换成句子中的其他单词，来模拟模型翻译时容易产生的乱序的问题。

■渐进的标签平滑技术（Graduated Label Smoothing）

为了缓解模型在领域微调时产生的过拟合问题，我们对置信度较高的单词给与更大的惩罚，给置信度较低的单词不给予惩罚，以加强数据分布中低频词的训练。

?集成搜索

模型集成是一个有效提升模型性能的方案，但是如何在大量的候选模型中，选出最优的模型组合是一个耗时非常大，非常棘手的问题。常用的方法是通过贪心算法进行搜索，并引入一些随机性的策略，来得到一个较优的结果。

模型Self-BLEU示意图

我们去年在WMT20上曾提出一种基于Self-BLEU的集成搜索算法，有效的提升了模型集成搜索效率。在本次WMT21竞赛中，我们进一步改进了该搜索算法，同时兼顾了单个模型的多样性和模型在开发集上的效果（BLEU），对模型重要性进行排序。再基于候选模型和集成模型的平均Self-BLEU进行贪心搜索，最终搜索时间减少了95%以上，搜索得到的模型集成效果也明显优于简单的贪心搜索。

目前，微信翻译已成为一个日翻译百亿级字符的大型多语言机器翻译引擎，支持多语种间的双向翻译，在翻译质量上达到业界领先水平。我们新提出的部分技术已上线微信翻译，服务场景涵盖微信聊天翻译、朋友圈翻译、图片翻译、网页翻译、扫一扫翻译、QQ邮箱、QQ音乐、微信读书、腾讯小微等，后续会陆续应用于更多的场景。

此外，微信翻译团队还是腾讯内部开源协同组织TencentMT Oteam的主要成员之一，TencentMT Oteam的成立旨在融合公司内多个翻译团队的优势，集中资源深度优化核心技术模块，打造强大的翻译引擎和服务。