20201010 kaggle tweet コンペの話

2020.10.10
出張！DeNAデータサイエンス輪講
田口直弥
kaggle tweet コンペの話

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田口直弥 (@ihcgT_Ykchi)
# DeNA 18 新卒
# DeNA → MoT 出向中
# DRIVE CHART
# kaggle master (🥇*2 🥈*5)
自己紹介

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● データが与えられ、Leader Board 上での予測スコアを競うゲーム
○ train data, test data が存在
■ train data:
正解ラベルがあり、基本的にはこのデータを使って
学習・検証を行う。
■ test data:
正解ラベルがなく、train data 等を使って学習したモデルで
正解ラベルを予測。順位評価につかわれる。
この発表を理解する上で必要な kaggle のルール
train test
正解ラベルあり
正解ラベルなし学習・検証
このデータの
予測精度を競う

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● データが与えられ、Leader Board 上での予測スコアを競うゲーム
○ public / private leader board が存在
■ public leader board:
コンペ期間中も見ることのできる順位表。public test set のみで
順位評価されており、最終順位には関係ないが参考値として
見ることができる。
■ private leader board:
コンペ終了直後に開示される順位表。private test set のみで
順位評価され、ここの順位が最終順位となる。
参加者は提出したファイルから、２つだけ private leader board におい
て順位反映されるものを選べる。
この発表を理解する上で必要な kaggle のルール

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今日お話するコンペ https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/overview

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今日お話するコンペ
tweet のネガポジの根拠となるフレーズの抽出をしたい
https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/overview

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● 具体例
● どう役立つ？
○ ネガポジ分析をより詳細にできる？
○ kaggle 主催コンペなので...
tweet のネガポジの根拠となるフレーズの抽出
sentiment : positive
label : it was yummy
tweet : just finished dinner - it was yummy
PREDICT
GIVEN

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● データの説明
○ textID: ID。
○ text: 予測をかける tweet。
○ sentiment: tweet の感情に関する情報。
○ selected_text: text の内 sentiment の根拠になるもの。
データ概要

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● データ量
○ train (3.3 MB): 27,481 行
○ public test (307 KB): 3,534 行
○ private test (?): public の約 7/3 倍
データ概要

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● sentiment が結構重要
○ neutral, positive, negative が存在
○ 予測精度に大きく寄与
○ sentiment == neutral の場合、text == selected_text になりがち
データ概要

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● word-level Jaccard Score
○ ex1) pred/GT = I have a pen. / I have a pen. → 1.0
○ ex2) pred/GT = have / I have a pen. → ¼ = 0.25
評価指標
pred GT
pred GT
Jaccard =
https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/overview/evaluation

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チームのスコア遷移
※ 表示チームは private で金圏だったチーム、表示順は public score 順

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● metric の実装ミスによる leader board update
○ evaluation page の python code と leader board back end の C# 実装が
異なっていたらしい...
○ Ahmet が python 版では変わらないはずの処理を sub して調べたらしい
(よく見つけたな...)
いくつか問題があったらしい https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/140942
https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/142073

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● ラベルズレによる配布データ update
○ HTML codes 起因でラベルにズレが発生
いくつか問題があったらしい https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/142291
https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/140847

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● ラベルズレによる配布データ update
○ index によるラベル付けと HTML code の表示の違い
● ラベルズレの例
○ & → & の違いで 8 文字分ズレている
いくつか問題があったらしい
kaggle annotator
tweet をラベル付けして欲しい ...！
ラベルは i 文字目 ~ j 文字目ダヨ
&, <, ...
&, <, ...

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● ほぼ 0 sub merge みたいな形
○ w/ @fuz_qwa, @Kenmatsu4, @yiemon773
いきなりチームマージ

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● 基本的にはよくある NLP の学習パイプライン
○ ラベルと head は問題の解き方による
基礎パイプラインの構築
sentiment: positive
text: haha that’s way cool! Good morning
selected_text: haha that’s way cool!
add sentiment & BPE tokenize
training label
make label
text’: <s> positive </s> </s> haha that ‘ s way ….
embedding
...
...
...
...
... RoBERTa
Head
pred
calc loss & optimize weight

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● この問題の解き方
○ ① : start/end 方式 (こちらがメジャー)
○ ② : segmentation 方式
基礎パイプラインの構築
※ これ以外にも例えば sentiment を予測対象とした場合の attention を使って解くとか色々と
やり方はある (https://www.kaggle.com/cdeotte/unsupervised-text-selection)
text’ : <s> positive </s> </s> haha that ‘ s way cool ! Good morning
start label : 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 0 0
selected_text: haha that‘s way cool!
end label : 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 0 0
text’ : <s> positive </s> </s> haha that ‘ s way cool ! Good morning
label : 0 0 0 0 1 1 11 1 1 1 0 0
selected_text: haha that‘s way cool!

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● 予測には start/end 方式を使うが、学習時に segmentation 方式の
学習も同時に行う
○ それぞれの loss の比率をうまく調整すると結構スコアが向上
マルチタスク学習
RoBERTa
start
head
end
head
segmentation
head
start
label
end
label
segmentation
label
CE loss Lovasz-hinge loss
予測はこっちのみ

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● cumax 関数 [Shen et al., 2018] の利用
○ softmax 後の確率分布を累積値にし、segmentation に使用
■ 予測に使う start/end head の出力に segmentation loss もかけることができる
○ (これベースでの思いつきではないが) 類似 discussion も存在
■ https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/153747
マルチタスク学習 https://openreview.net/pdf?id=B1l6qiR5F7
※ 正確にはこのときはスコアの伸びはなかったが、PP と合わせて最終的にスコアの伸びに寄与

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● スコア寄与あり
○ LR scheduling
○ Larger batch
■ sentiment の違いによる精度ブレを吸収
○ EMA
■ batch/epoch 毎にモデルの重みを更新前後で重み付き平均。安定化に寄与。
○ 文頭、文末の . や , の数を調整
■ tokenizer の区切りと正解ラベルの整合性が取れない場合が多かった
その他やっていたこと

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● スコア寄与なし
○ head の改良
○ soft labels, start/end distance loss 等
■ start/end フレームワークだと index のズレを考慮しきれない
ex. pred1, pred2 の違いを考慮しきれない
○ start end 反転対策
■ start, end の関係性に明示的な制約のないモデリングになっている
○ different models and tokenizers, manual pre-train
○ pseudo labeling (CV+, LB-)
■ soft, hard, leak free, for valid … 等色々試して CV は上がるが LB 悪化
text : I really want to see UP! haha. Tooo cute! (:
label : Tooo cute!
GT start: 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
pred1 : 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
pred2 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

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● スコア寄与なし
○ head の改良
○ soft labels, start/end distance loss 等
■ start/end フレームワークだと index のズレを考慮しきれない
ex. pred1, pred2 の違いを考慮しきれない
○ start end 反転対策
■ start, end の関係性に明示的な制約のないモデリングになっている
○ different models and tokenizers, manual pre-train
○ pseudo labeling (CV+, LB-)
■ soft, hard, leak free, for valid … 等色々試して CV は上がるが LB 悪化
text : I really want to see UP! haha. Tooo cute! (:
label : Tooo cute!
GT start: 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
pred1 : 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
pred2 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
全くスコアが伸びない...😭

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● どうやら magic で 0.716 から 0.724 まで上がるらしい
○ 当時の『銅 ~ 銀圏 → 金圏』の大ジャンプ
○ 気付いている人もいたけどうちのチームはたどり着けていなかった...
Magic スレの出現 https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/154415

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● 順位の上がり方から tkm-san は magic を見つけているっぽかった
○ 若干の申し訳無さもありつつ、マージして頂くことに...！
tkm san からのマージ依頼

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● (恐らく) kaggle の依頼時とデータ作成時のスペースの扱いズレ
● 明らかにおかしい例を解析したら見えてくる
Magic の概要
kaggle annotator
ラベルは 0 文字目 ~ 8 文字目ダヨ
Thank you, I have …
→ Thank you だな
tweet をラベル付けして欲しい ...！
(連続スペース数は 1 つに正規化)
Thank you, I have …
→ Thank you, I have ...
Thank you, I … の 0-8 か
→ 『Thank y』だな！

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● magic の利用
1. スペース数などに基づく pre-process で selected_text のズレを解消
2. ズレを解消した selected_text を使って学習
3. 予測時にスペース数などに基づいて予測した selected_text をずらす
● ☆ 共通指標で post-process を評価できる kaggle notebook を作成
○ pre-process して作った正解ラベルに post-process をかける
■ 要は model が 100% 予測できた仮定をおいた post-process の開発
○ pre-process 前の selected_text vs post-process 後の予測 text の
Jaccard Score を測り改善したら sub
pre-post processing の開発 https://www.kaggle.com/tkm2261/pre-postprosessing-guc

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● magic 改良 + 手動重み付けアンサンブルで金圏上位まで JUMP!
スコアの大幅改善

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● 特にアンサンブルは CV が改善するのに LB が悪くなる...
手詰まり...

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● 他チームがどんどん追い上げてくる...
○ 特に日本人 kaggler 達の勢いが twitter から伝わってきてきつかった...
手詰まり...
best fitting にも
抜き返される...

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● 最終日をギリギリのラインで迎える...
手詰まり...

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● もうほぼ手はなくて、まだやりきれてなかったアンサンブルモデルの追加を
やっていた
努力の成果が...！

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● 見事 shake up して 5 位に！
○ kaggle master++
Private での順位

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● 1st (Dark of the Moon)
○ char-based modeling
■ これにより、スペースズレもモデリングできる
■ E2E ではなく stacking により実現
上位解法 https://www.kaggle.com/c/tweet-sentiment-extraction/discussion/159477
char-based modeling パイプライン (solution より引用)

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○ Custom loss (Jaccard-based Soft Labels)
■ ラベルをなまらし、KL divergence を optimize することで外す位置にも loss を
定義できる
■ 2 乗の項は smoothing のためにいれているらしい (?)
ラベル生成の式 (solution より引用)
生成されるラベル例 (solution より引用)

46
○ Multi-Sample Dropout
■ appendix 参照
○ Sequence Bucketing
■ 系列長の同程度のサンプルをできるだけまとめて batch を作る方法。
高速化に寄与。
○ QUEST 1st の pseudo labeling (https://www.kaggle.com/c/google-quest-challenge/discussion/129840)
■ fold 毎に pseudo labeling して validation set について leak を避けるやり方
■ いろいろ試したがうちのチームでは pseudo labeling が全く上手くいかなかった...
■ appendix 参照
○ Bertweet [Nguyen et al., 2020]

47
● 2nd (Y.O. & m.y. & hiromu)
○ pre-post processing
○ QUEST 1st の解法にある学習可能な weight を使った中間表現抽出
■ appendix 参照
○ Multi-Sample Dropout
○ Sequence Bucketing
○ Sentiment Sampler
■ sentiment 毎の精度の違いに着目して sampler を作成
Sentiment Sampler のイメージ (solution より引用)

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● 2nd (Y.O. & m.y. & hiromu)
○ Reranking-model training
■ start/end 型の推論において、一度 index を予測した後に top-n の index から
それぞれ最良のものを選ぶモデルを再作成
1. top-n を予測し、それぞれについてselected_text との jaccard を計算
2. 1 の予測結果を元に 1 で計算した jaccard を回帰で求めるモデルを作成
3. 2 の jaccard を指標に最良の組み合わせを選ぶ

49
● 3rd (Muggles united)
○ Reranking
○ E2E の char-level model
E2E char-based modeling 概要 (solution より引用)

50
● 4th (Podpall)
○ 4 種類のマルチタスク学習
■ 開始・終了 index のラベルを 0.9、両隣を 0.05 として KL-divergence loss で学習
■ segmentation
■ sentiment によって意味付けした semantic segmentation (label 外は neutral)
■ sentiment を当てる (?)

51
ブログ書いたのでより詳細な話はこちらで
● https://guchio3.hatenablog.com/entry/2020/06/20/115616

52
Youtube live もアーカイブあります
● https://www.youtube.com/watch?v=gdhqdDwLuU0&feature=youtu.be

53
● tweet コンペの背景・解法・チームでやったことをまとめました
● 結果は 5 th でした
● 良かったらブログ & YouTube Live 見てみて下さい :)
まとめ

55
● network を分けて多様性をもたせた後 AVG する手法
○ 今回だと head 部分に使うイメージ
○ 最近 NLP コンペでよく見る
Multi-Sample Dropout [Inoue, 2019]
https://arxiv.org/abs/1905.09788

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● hidden 0 ~ 11 全ての重み付き平均を head への入力とする
○ 重みも同時に学習する
○ 従来は hidden 11 だけ、や hidden 8 ~ 11 の単純平均など
Quest 1st の学習可能重み付き中間層平均
Bert Layer 0
hidden 0
Bert Layer 11
hidden 11
...
Bert Layer 1
hidden 1
embedded input text
+
w0
w1
w11
head
trainable
https://medium.com/kaggle-blog/the-3-ingredients-to-our-success-winners-dish-on-their-solution-to-googles-quest-q-a-labeling-c1a63014b88

57
● Cross Validation の fold model 毎に pseudo label を作成
○ fold i の pseudo label が fold i の validation set を学習に使ったモデル
から生成されるのを嫌うやり方
Quest 1st の pseudo labeling
https://medium.com/kaggle-blog/the-3-ingredients-to-our-success-winners-dish-on-their-solution-to-googles-quest-q-a-labeling-c1a63014b88

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