Recent language models exhibit significant logical reasoning abilities, yet the mechanisms supporting deductive inference remain poorly understood. This paper studies small transformer-based language models trained from scratch on multi-step deductive tasks, focusing on the distinction between horizontal reasoning, where intermediate steps are generated autoregressively, and vertical reasoning, where inference unfolds implicitly across layers before the first output token is produced. We analyze two synthetic tasks: logical consequence over chains of symbolic implications and root-to-leaf navigation in binary trees. Mechanistic interpretability reveals that Chain-of-Thought supervision enables models to learn rule-based inference rather than statistical shortcuts. In the horizontal setting, a shallow attention-only model develops interpretable circuits for rule completion, rule chaining, and final decision making, largely implemented through induction-head-like mechanisms. We further introduce a truncated pseudoinverse method to decode the information carried by queries, keys, and values. For vertical reasoning, Chain-of-Thought appears to act less as explicit step-by-step guidance and more as a form of curriculum learning, helping the model acquire increasingly complex reasoning patterns. Without Chain-of-Thought, models tend to memorize or exploit dataset biases. These results provide a low-level account of how transformers can implement deductive reasoning and suggest how Chain-of-Thought may serve different functions in horizontal and vertical reasoning.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
大语言模型溯因推理的统一分类学与综述
专知会员服务
16+阅读 · 4月12日
EMNLP 2024 | 大语言模型的概念知识编辑
专知会员服务
21+阅读 · 2024年12月13日
EMNLP2024|从知识图谱中习得大语言模型的规划能力
专知会员服务
31+阅读 · 2024年11月27日
EMNLP2023|大语言模型知识编辑问题、方法与挑战
专知会员服务
46+阅读 · 2024年1月2日
【EMNLP 2023】基于大语言模型辩论的多智能体协作推理分析
【WWW2023】面向结构化知识的预训练语言大模型
专知会员服务
60+阅读 · 2023年8月4日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
论文荐读:理解图表示学习中的负采样
学术头条
29+阅读 · 2020年5月29日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 用可微的逻辑规则学习完成知识库推理
开放知识图谱
14+阅读 · 2018年7月5日
论文浅尝 | 基于知识图谱子图匹配以回答自然语言问题
开放知识图谱
26+阅读 · 2018年6月26日
Word2Vec 与 GloVe 技术浅析与对比
LibRec智能推荐
25+阅读 · 2017年5月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
VIP会员
最新内容
受限仓库多智能体取送中的动态安全等待点选择
《国防技术管理》印度智库报告最新45页
专知会员服务
3+阅读 · 8月28日
《美陆军最新条令:保障行动》
专知会员服务
4+阅读 · 8月28日
算法战场:人工智能如何重新定义军事力量
专知会员服务
6+阅读 · 8月28日
《北约联邦式电子战云架构》
专知会员服务
6+阅读 · 8月27日
《美陆军野战手册:空域管理战术》
专知会员服务
10+阅读 · 8月27日
相关VIP内容
大语言模型溯因推理的统一分类学与综述
专知会员服务
16+阅读 · 4月12日
EMNLP 2024 | 大语言模型的概念知识编辑
专知会员服务
21+阅读 · 2024年12月13日
EMNLP2024|从知识图谱中习得大语言模型的规划能力
专知会员服务
31+阅读 · 2024年11月27日
EMNLP2023|大语言模型知识编辑问题、方法与挑战
专知会员服务
46+阅读 · 2024年1月2日
【EMNLP 2023】基于大语言模型辩论的多智能体协作推理分析
【WWW2023】面向结构化知识的预训练语言大模型
专知会员服务
60+阅读 · 2023年8月4日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员