Recent research in mechanistic interpretability has attempted to reverse-engineer Transformer models by carefully inspecting network weights and activations. However, these approaches require considerable manual effort and still fall short of providing complete, faithful descriptions of the underlying algorithms. In this work, we introduce a procedure for training Transformers that are mechanistically interpretable by design. We build on RASP [Weiss et al., 2021], a programming language that can be compiled into Transformer weights. Instead of compiling human-written programs into Transformers, we design a modified Transformer that can be trained using gradient-based optimization and then automatically converted into a discrete, human-readable program. We refer to these models as Transformer Programs. To validate our approach, we learn Transformer Programs for a variety of problems, including an in-context learning task, a suite of algorithmic problems (e.g. sorting, recognizing Dyck languages), and NLP tasks including named entity recognition and text classification. The Transformer Programs can automatically find reasonable solutions, performing on par with standard Transformers of comparable size; and, more importantly, they are easy to interpret. To demonstrate these advantages, we convert Transformers into Python programs and use off-the-shelf code analysis tools to debug model errors and identify the "circuits" used to solve different sub-problems. We hope that Transformer Programs open a new path toward the goal of intrinsically interpretable machine learning.


翻译:近期关于机制可解释性的研究试图通过仔细检查网络权重和激活来逆向工程Transformer模型。然而,这些方法需要大量人工操作,且仍未能提供底层算法的完整、忠实描述。在这项工作中,我们提出了一种训练Transformer的程序,使其在设计上具有机制可解释性。我们基于RASP [Weiss et al., 2021]——一种可编译为Transformer权重的编程语言——构建方法。不同于将人工编写的程序编译为Transformer,我们设计了一种改进的Transformer,可通过基于梯度的优化进行训练,随后自动转化为离散、人类可读的程序。我们将这些模型称为Transformer程序。为验证我们的方法,我们针对多种问题学习Transformer程序,包括上下文学习任务、一系列算法问题(如排序、Dyck语言识别)以及命名实体识别和文本分类等自然语言处理任务。Transformer程序能够自动找到合理解决方案,性能与同等规模的标准Transformer相当;更重要的是,它们易于解释。为展示这些优势,我们将Transformer转化为Python程序,并利用现成的代码分析工具调试模型错误,识别用于解决不同子问题的"电路"。我们期望Transformer程序为达成内在可解释机器学习目标开辟新路径。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
【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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
47+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
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
5+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月14日
Arxiv
11+阅读 · 2023年8月28日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Disentangled Information Bottleneck
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月22日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
29+阅读 · 2018年4月6日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
4+阅读 · 8月2日
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
4+阅读 · 8月1日
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
13+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
12+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
10+阅读 · 7月31日
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
【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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月14日
Arxiv
11+阅读 · 2023年8月28日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Disentangled Information Bottleneck
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月22日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
29+阅读 · 2018年4月6日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14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
47+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
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
5+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员