We propose a synthetic reasoning task, LEGO (Learning Equality and Group Operations), that encapsulates the problem of following a chain of reasoning, and we study how the Transformer architectures learn this task. We pay special attention to data effects such as pretraining (on seemingly unrelated NLP tasks) and dataset composition (e.g., differing chain length at training and test time), as well as architectural variants such as weight-tied layers or adding convolutional components. We study how the trained models eventually succeed at the task, and in particular, we manage to understand some of the attention heads as well as how the information flows in the network. In particular, we have identified a novel \emph{association} pattern that globally attends only to identical tokens. Based on these observations we propose a hypothesis that here pretraining helps for LEGO tasks due to certain structured attention patterns, and we experimentally verify this hypothesis. We also observe that in some data regime the trained transformer finds ``shortcut" solutions to follow the chain of reasoning, which impedes the model's robustness, and moreover we propose ways to prevent it. Motivated by our findings on structured attention patterns, we propose the LEGO attention module, a drop-in replacement for vanilla attention heads. This architectural change significantly reduces Flops and maintains or even \emph{improves} the model's performance at large-scale pretraining.


翻译:我们提出了一项名为LEGO(学习等式与群运算)的合成推理任务,该任务概括了遵循推理链的问题,并研究了Transformer架构如何学习这一任务。我们特别关注数据效应,如预训练(在看似无关的自然语言处理任务上)和数据集组成(例如训练与测试时推理链长度的差异),以及架构变体,如权重共享层或添加卷积组件。我们研究了训练后的模型如何成功完成该任务,尤其能够理解部分注意力头以及网络中信息的流动方式。具体来说,我们识别出一种新颖的“关联”模式,该模式仅全局关注相同的词元。基于这些观察,我们提出一个假设:由于特定的结构化注意力模式,预训练有助于解决LEGO任务,并通过实验验证了这一假设。我们还观察到,在某些数据条件下,训练后的Transformer会找到“捷径”解来遵循推理链,这损害了模型的鲁棒性,并提出了预防方法。受结构化注意力模式发现的启发,我们提出了LEGO注意力模块,作为标准注意力头的即插即用替代方案。这一架构改变显著减少了浮点运算量,并在大规模预训练中维持甚至提升了模型性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

最新《Transformers模型》教程,64页ppt
专知会员服务
326+阅读 · 2020年11月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5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
0+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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月7日
Arxiv
34+阅读 · 2022年12月20日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月3日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
1+阅读 · 39分钟前
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
0+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
6+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5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
0+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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员