Counting is a fundamental example of generalization, whether viewed through the mathematical lens of Peano's axioms defining the natural numbers or the cognitive science literature for children learning to count. The argument holds for both cases that learning to count means learning to count infinitely. While few papers have tried to distill transformer "reasoning" to the simplest case of counting, investigating length generalization does occur throughout the literature. In the "train short, test long" paradigm of NLP, length refers to the training sentence length. In formal language recognition, length refers to the input sequence length, or the maximum stack size induced by a pushdown automata. In general problem solving, length refers to the number of hops in a deductive reasoning chain or the recursion depth. For all cases, counting is central to task success. And crucially, generalizing counting inductively is central to success on OOD instances. This work provides extensive empirical results on training language models to count. We experiment with architectures ranging from RNNs, Transformers, State-Space Models and RWKV. We present carefully-designed task formats, auxiliary tasks and positional embeddings to avoid limitations in generalization with OOD-position and OOD-vocabulary. We find that while traditional RNNs trivially achieve inductive counting, Transformers have to rely on positional embeddings to count out-of-domain. As counting is the basis for many arguments concerning the expressivity of Transformers, our finding calls for the community to reexamine the application scope of primitive functions defined in formal characterizations. Finally, modern RNNs also largely underperform traditional RNNs in generalizing counting inductively. We discuss how design choices that enable parallelized training of modern RNNs cause them to lose merits of a recurrent nature.


翻译:计数是泛化的基本示例,无论从定义自然数的皮亚诺公理数学视角,还是从儿童学习计数的认知科学文献视角来看皆是如此。两种观点都认为:学习计数意味着学习无限计数。尽管鲜有论文尝试将Transformer的"推理"能力提炼至最简单的计数场景,但针对长度泛化的研究在文献中始终存在。在自然语言处理的"短序列训练、长序列测试"范式中,长度指训练句子的长度;在形式语言识别中,长度指输入序列长度或下推自动机诱导的最大栈容量;在通用问题求解中,长度则指演绎推理链的跳数或递归深度。在所有场景中,计数都是任务成功的核心要素。而关键在于,实现归纳计数泛化是处理分布外实例成功的关键。本研究提供了训练语言模型进行计数的广泛实证结果,实验架构涵盖RNN、Transformer、状态空间模型和RWKV。我们设计了精细的任务格式、辅助任务与位置编码,以规避分布外位置和分布外词汇的泛化局限。研究发现:传统RNN能轻易实现归纳计数,而Transformer必须依赖位置编码才能处理分布外计数。鉴于计数是论证Transformer表达能力的基础,我们的发现呼吁学界重新审视形式化表征中原始函数的适用范围。最后,现代RNN在归纳计数泛化方面也显著逊色于传统RNN。我们论证了现代RNN为支持并行训练所作的设计选择,如何导致其丧失了循环架构的本质优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+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
0+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
0+阅读 · 2014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
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月11日
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月9日
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月9日
Knowledge Embedding Based Graph Convolutional Network
Arxiv
24+阅读 · 2021年4月23日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月11日
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月9日
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月9日
Knowledge Embedding Based Graph Convolutional Network
Arxiv
24+阅读 · 2021年4月23日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+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
0+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
0+阅读 · 2014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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员