|
| 1 | +from operator import itemgetter |
| 2 | + |
| 3 | +import torch |
| 4 | +import torch.nn as nn |
| 5 | + |
| 6 | +import modules.data_loader as data_loader |
| 7 | + |
| 8 | +LENGTH_PENALTY = .2 |
| 9 | +MIN_LENGTH = 5 |
| 10 | + |
| 11 | + |
| 12 | +class SingleBeamSearchBoard(): |
| 13 | + |
| 14 | + def __init__( |
| 15 | + self, |
| 16 | + device, |
| 17 | + prev_status_config, |
| 18 | + beam_size=5, |
| 19 | + max_length=255, |
| 20 | + ): |
| 21 | + self.beam_size = beam_size |
| 22 | + self.max_length = max_length |
| 23 | + |
| 24 | + self.device = device |
| 25 | + # 각 타임 스텝의 Word Index(즉, 최종 예측 단어들) * beam_size |
| 26 | + # 처음에는 모두 <BOS>므로 초기화 |
| 27 | + self.word_indice = [torch.LongTensor(beam_size).zero_().to(self.device) + data_loader.BOS] |
| 28 | + # 각 타임 스텝의 Word들이 선정된 Beam Index |
| 29 | + # 처음에는 아무것도 선정되지 않았기에 -1로 초기화 |
| 30 | + self.beam_indice = [torch.LongTensor(beam_size).zero_().to(self.device) - 1] |
| 31 | + # 각 Beam들의 누적 확률 값 |
| 32 | + # 처음에는 [0, -inf, -inf, ...]로 초기화 |
| 33 | + self.cumulative_probs = [torch.FloatTensor([.0] + [-float('inf')] * (beam_size - 1)).to(self.device)] |
| 34 | + # 각 빔이 현재 EOS에 도달했는지 여부 |
| 35 | + # 1 if it is done else 0 |
| 36 | + self.masks = [torch.BoolTensor(beam_size).zero_().to(self.device)] |
| 37 | + # We don't need to remember every time-step of hidden states: |
| 38 | + # prev_hidden, prev_cell, prev_h_t_tilde |
| 39 | + # What we need is remember just last one. |
| 40 | + |
| 41 | + ''' |
| 42 | + 각 빔의 이전 hidden, cell, h_tilde를 저장해두는 공간 |
| 43 | + 항상 마지막 타임스텝만 보관하면 됨 |
| 44 | +
|
| 45 | + 단 처음에는 그냥 넘겨받은 hidden, cell, h_tilde를 beam_size만큼 늘려줌 |
| 46 | + h_tilde의 경우, 처음에 None이므로 예외처리 |
| 47 | + ''' |
| 48 | + self.prev_status = {} |
| 49 | + self.batch_dims = {} |
| 50 | + for prev_status_name, each_config in prev_status_config.items(): |
| 51 | + init_status = each_config['init_status'] |
| 52 | + batch_dim_index = each_config['batch_dim_index'] |
| 53 | + if init_status is not None: |
| 54 | + self.prev_status[prev_status_name] = torch.cat([init_status] * beam_size, |
| 55 | + dim=batch_dim_index) |
| 56 | + else: |
| 57 | + self.prev_status[prev_status_name] = None |
| 58 | + self.batch_dims[prev_status_name] = batch_dim_index |
| 59 | + |
| 60 | + self.current_time_step = 0 |
| 61 | + self.done_cnt = 0 |
| 62 | + |
| 63 | + def get_length_penalty( |
| 64 | + self, |
| 65 | + length, |
| 66 | + alpha=LENGTH_PENALTY, |
| 67 | + min_length=MIN_LENGTH, |
| 68 | + ): |
| 69 | + # Calculate length-penalty, |
| 70 | + # because shorter sentence usually have bigger probability. |
| 71 | + # In fact, we represent this as log-probability, which is negative value. |
| 72 | + # Thus, we need to multiply bigger penalty for shorter one. |
| 73 | + p = ((min_length + 1) / (min_length + length))**alpha |
| 74 | + |
| 75 | + return p |
| 76 | + |
| 77 | + def is_done(self): |
| 78 | + # Return 1, if we had EOS more than 'beam_size'-times. |
| 79 | + if self.done_cnt >= self.beam_size: |
| 80 | + return 1 |
| 81 | + return 0 |
| 82 | + |
| 83 | + def get_batch(self): |
| 84 | + ''' |
| 85 | + 현재 빔에서 가장 마지막 스텝의 워드 인덱스들을 가져옴 |
| 86 | + 처음에는, 당연히 모두 BOS 일것임 |
| 87 | + 그 후로는 이전에 예측했던 TopK의 단어들을 주게 될것임 |
| 88 | + ''' |
| 89 | + y_hat = self.word_indice[-1].unsqueeze(-1) |
| 90 | + # |y_hat| = (beam_size, 1) |
| 91 | + # if model != transformer: |
| 92 | + # |hidden| = |cell| = (n_layers, beam_size, hidden_size) |
| 93 | + # |h_t_tilde| = (beam_size, 1, hidden_size) or None |
| 94 | + # else: |
| 95 | + # |prev_state_i| = (beam_size, length, hidden_size), |
| 96 | + # where i is an index of layer. |
| 97 | + return y_hat, self.prev_status |
| 98 | + |
| 99 | + #@profile |
| 100 | + def collect_result(self, y_hat, prev_status): |
| 101 | + ''' |
| 102 | + y_hat: 현재 타입스텝의 각 beam마다 예측한 단어 |
| 103 | + pre_status: 현재 타입스텝에서 함께 나왔던 hidden, cell, h_tilde |
| 104 | + 넣을때, beam 채로 넣었으므로 그대로 다시 나오게 됨 |
| 105 | + ''' |
| 106 | + |
| 107 | + # |y_hat| = (beam_size, 1, output_size) |
| 108 | + # |hidden| = |cell| = (n_layers, beam_size, hidden_size) |
| 109 | + # |h_t_tilde| = (beam_size, 1, hidden_size) |
| 110 | + output_size = y_hat.size(-1) |
| 111 | + |
| 112 | + self.current_time_step += 1 |
| 113 | + |
| 114 | + # 누적 확률 값을 계산함 |
| 115 | + # (beam_size) --> (beam_size, 1, 1) --> (beam_size, 1, output_size) |
| 116 | + # 이미 예측이 끝난 경우, 즉 EOS인 경우, 확률값에 -inf을 덮어씀 |
| 117 | + cumulative_prob = self.cumulative_probs[-1].masked_fill_(self.masks[-1], -float('inf')) |
| 118 | + # 각 단어(output_Size)만큼의 누적확률 값을 계산하기 위해 |
| 119 | + # (beam_size, 1, output_size)의 크기로 늘려줌 |
| 120 | + # 그 후, 입력받은 y_hat과 더해서 최종 누적 확률 값 산출 |
| 121 | + # 하지만 이떄, 맨처음 cumulative_prob가 (0, -inf, -inf)이므로 |
| 122 | + # 처음에는 첫 번째 빔에서만 모든 결과가 나오게 될 것임 |
| 123 | + cumulative_prob = y_hat + cumulative_prob.view(-1, 1, 1).expand(self.beam_size, 1, output_size) |
| 124 | + # |cumulative_prob| = (beam_size, 1, output_size) |
| 125 | + |
| 126 | + # cumulative_prob를 (beam_size * output_size,)로 |
| 127 | + # flatten 해준후 확률이 높은 순으로 정렬 |
| 128 | + # top_indice에는 원래 정렬되기전 index가 유지됨 |
| 129 | + top_log_prob, top_indice = cumulative_prob.view(-1).sort(descending=True) |
| 130 | + # 그후, TopK개만큼 잘라냄 |
| 131 | + top_log_prob, top_indice = top_log_prob[:self.beam_size], top_indice[:self.beam_size] |
| 132 | + # |top_log_prob| = (beam_size,) |
| 133 | + # |top_indice| = (beam_size,) |
| 134 | + # top_log_prob: 각 단어에 대한 확률 값 |
| 135 | + # top_indice: 각 단어들의 index -> 해당 인덱스를 이용해서 |
| 136 | + # 어느 빔의 어느 단어가 인지를 추적할 수 있음 |
| 137 | + |
| 138 | + |
| 139 | + # 모든 top_indice를 output_size로 나눈 나머지를 구함으로써 |
| 140 | + # 각 top_indice가 원래 가르키던 word_Index가 튀어나오게 됨 |
| 141 | + self.word_indice += [top_indice.fmod(output_size)] |
| 142 | + # 모든 top_indice를 output_size로 나눔으로써 |
| 143 | + # 각 top_indice가 원래 가르키던 Beam_index가 나오게 됨 |
| 144 | + # 이로써, 최종적으로 topK에 (어떤 빔)에서 나와서 (어떤 단어)가 선정되었는지 식별 |
| 145 | + self.beam_indice += [top_indice.div(float(output_size)).long()] |
| 146 | + |
| 147 | + # 이번 스텝에서 구한 누적 확률값을 객체에 갱신 |
| 148 | + self.cumulative_probs += [top_log_prob] |
| 149 | + # 이번 결과를 보며, EOS가 나온 곳을 mask 처리 |
| 150 | + self.masks += [torch.eq(self.word_indice[-1], data_loader.EOS)] |
| 151 | + # 마스크 결과를 바탕으로 done_cnt 캐싱 |
| 152 | + self.done_cnt += self.masks[-1].float().sum() |
| 153 | + |
| 154 | + # 현재 타임스텝에서 도출된 각종 hidden, cell, h_tilde 값을 |
| 155 | + # 객체에 저장해야 함. -> 이후 get_batch에서 호출될때 사용 |
| 156 | + # 단 이때, topK로 선정된 Beam_index의 hidden, cell, h_tilde만 가지고감 |
| 157 | + for prev_status_name, prev_status in prev_status.items(): |
| 158 | + self.prev_status[prev_status_name] = torch.index_select( |
| 159 | + prev_status, |
| 160 | + dim=self.batch_dims[prev_status_name], |
| 161 | + index=self.beam_indice[-1] |
| 162 | + ).contiguous() |
| 163 | + |
| 164 | + def get_n_best(self, n=1, length_penalty=.2): |
| 165 | + ''' |
| 166 | + 이때까지의 Beam Board를 찾아보며, |
| 167 | + 가장 확률 값이 높았던 N개의 문장 추출 |
| 168 | + ''' |
| 169 | + sentences, probs, founds = [], [], [] |
| 170 | + |
| 171 | + ''' |
| 172 | + mask 여부를 통해, EOS 즉, 온전히 끝난 문장을 탐색 |
| 173 | + 찾았다면, 해당 문장의 EOS(끝) 인덱스와 마지막으로 나왔던 beam 인덱스, |
| 174 | + 그리고 그 당시에 누적 확률값을 저장 |
| 175 | + ''' |
| 176 | + for t in range(len(self.word_indice)): # for each time-step, |
| 177 | + for b in range(self.beam_size): # for each beam, |
| 178 | + if self.masks[t][b] == 1: # if we had EOS on this time-step and beam, |
| 179 | + # Take a record of penaltified log-proability. |
| 180 | + probs += [self.cumulative_probs[t][b] * self.get_length_penalty(t, alpha=length_penalty)] |
| 181 | + founds += [(t, b)] |
| 182 | + |
| 183 | + # 만약에, EOS는 아니지만, max_length에 도달해버려 끊겨버린 경우도 수집해옴 |
| 184 | + # Also, collect log-probability from last time-step, for the case of EOS is not shown. |
| 185 | + for b in range(self.beam_size): |
| 186 | + if self.cumulative_probs[-1][b] != -float('inf'): # If this beam does not have EOS, |
| 187 | + if not (len(self.cumulative_probs) - 1, b) in founds: |
| 188 | + probs += [self.cumulative_probs[-1][b] * self.get_length_penalty(len(self.cumulative_probs), |
| 189 | + alpha=length_penalty)] |
| 190 | + founds += [(t, b)] |
| 191 | + |
| 192 | + # Sort and take n-best. |
| 193 | + # 갖고온 문장의 EOS 인덱스를 확률과 묶어서 내림차순 정렬후, N개를 자름 |
| 194 | + sorted_founds_with_probs = sorted( |
| 195 | + zip(founds, probs), |
| 196 | + key=itemgetter(1), |
| 197 | + reverse=True, |
| 198 | + )[:n] |
| 199 | + probs = [] |
| 200 | + |
| 201 | + ''' |
| 202 | + 정렬된 각 인덱스(EOS)부터 문장을 역으로 내려가며 단어를 수집함 |
| 203 | + 이때, 단어가 beam을 계속해서 옮겨다니며 선정했을 것이기에 |
| 204 | + 반대로, 자신이 나왔던 beam의 단어를 하나씩 추적하며 내려가야 함 |
| 205 | + ''' |
| 206 | + for (end_index, b), prob in sorted_founds_with_probs: |
| 207 | + sentence = [] |
| 208 | + |
| 209 | + # Trace from the end. |
| 210 | + for t in range(end_index, 0, -1): |
| 211 | + sentence = [self.word_indice[t][b]] + sentence |
| 212 | + b = self.beam_indice[t][b] |
| 213 | + |
| 214 | + sentences += [sentence] |
| 215 | + probs += [prob] |
| 216 | + |
| 217 | + return sentences, probs |
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