我们提出了一个新颖的框架概念，以分析在预训练的语言模型中学习的潜在概念如何编码。它使用聚类来发现编码的概念，并通过与大量的人类定义概念对齐来解释它们。我们对七个变压器语言模型的分析揭示了有趣的见解：i）学习表示形式中的潜在空间与不同程度的不同语言概念重叠，ii）ii）模型中的下层以词汇概念（例如附加物为附加物）为主，而却是核心语言概念（例如形态学或句法关系）在中间和更高层中更好地表示，iii）一些编码的概念是多方面的，无法使用现有的人类定义的概念来充分解释。

尽管在理解深度NLP模型中学到的表示形式以及他们所捕获的知识方面已经做了很多工作，但对单个神经元的关注很少。我们提出了一种称为语言相关性分析的技术，可在任何外部特性中提取模型中的显着神经元 - 目的是了解如何保留这种知识在神经元中。我们进行了细粒度的分析以回答以下问题：（i）我们可以识别网络中捕获特定语言特性的神经元子集吗？ （ii）整个网络中的局部或分布式神经元如何？ iii）信息保留了多么冗余？ iv）针对下游NLP任务的微调预训练模型如何影响学习的语言知识？ iv）架构在学习不同的语言特性方面有何不同？我们的数据驱动的定量分析阐明了有趣的发现：（i）我们发现了可以预测不同语言任务的神经元的小亚集，ii）捕获基本的词汇信息（例如后缀），而这些神经元位于较低的大多数层中，iii，iii），而这些神经元，而那些神经元，而那些神经元则可以预测。学习复杂的概念（例如句法角色）主要是在中间和更高层中，iii），在转移学习过程中，显着的语言神经元从较高到较低的层移至较低的层，因为网络保留了较高的层以特定于任务信息，iv）我们发现很有趣在培训预训练模型之间的差异，关于如何保留语言信息，V）我们发现概念在多语言变压器模型中跨不同语言表现出相似的神经元分布。我们的代码作为Neurox工具包的一部分公开可用。

深层神经网络在各个领域的增殖已经增加了对这些模型的解释性的需求。沿着这条线进行的初步工作，调查了这种调查的论文集中在高级表示分析上。然而，最近的工作分支集中在这些模型中分析神经元的更详细水平上的可解释性。在本文中，我们调查了神经元分析所做的工作，包括：i）在网络中发现和理解神经元的方法，ii）评估方法，iii）主要发现，包括神经元分析已解散的跨架构比较，iv）神经元的应用。探索：控制模型，域适应等，v）关于开放问题和未来研究方向的讨论。

静态嵌入的后处理已成为提高其在词汇和序列级任务上的性能。但是，在上下文化嵌入的后处理是一个研究不足的问题。在这项工作中，我们质疑从不同训练的语言模型获得的上下文化嵌入的后处理的有用性。更具体地说，我们使用Z分数，Min-Max归一化以及使用全而top方法来删除顶部原理组件，将单个神经元激活标准化。此外，我们将单位长度标准化应用于单词表示。在各种预训练的模型集中，我们表明，在表示两个词汇任务（例如单词相似性和类比）和序列分类任务的表示后处理中存在重要信息。我们的发现提出了有关使用上下文表示表示的研究研究的有趣点，并建议在应用程序中使用Z分数归一化作为要考虑的重要步骤。

基于变压器的语言模型最近在许多自然语言任务中取得了显着的结果。但是，通常通过利用大量培训数据来实现排行榜的性能，并且很少通过将明确的语言知识编码为神经模型。这使许多人质疑语言学对现代自然语言处理的相关性。在本文中，我介绍了几个案例研究，以说明理论语言学和神经语言模型仍然相互关联。首先，语言模型通过提供一个客观的工具来测量语义距离，这对语言学家很有用，语义距离很难使用传统方法。另一方面，语言理论通过提供框架和数据源来探究我们的语言模型，以了解语言理解的特定方面，从而有助于语言建模研究。本论文贡献了三项研究，探讨了语言模型中语法 - 听觉界面的不同方面。在论文的第一部分中，我将语言模型应用于单词类灵活性的问题。我将Mbert作为语义距离测量的来源，我提供了有利于将单词类灵活性分析为方向过程的证据。在论文的第二部分中，我提出了一种方法来测量语言模型中间层的惊奇方法。我的实验表明，包含形态句法异常的句子触发了语言模型早期的惊喜，而不是语义和常识异常。最后，在论文的第三部分中，我适应了一些心理语言学研究，以表明语言模型包含了论证结构结构的知识。总而言之，我的论文在自然语言处理，语言理论和心理语言学之间建立了新的联系，以为语言模型的解释提供新的观点。

我们探索无监督模型解释和语法诱导的文本表示的深度聚类。由于这些表示是高维的，因此邮件中的开箱即用的方法不起作用。因此，我们的方法共同将表示转换为较低的聚类友好空间并群集它们。我们考虑了两种语法：在这项工作中的语音感应（POSI）和选区标签（Colab）的一部分。有趣的是，我们发现多语言伯爵（Mbert）包含令人惊讶的英语句法知识;甚至可能和英语伯特（Ebert）一样多。我们的模型可用作无可自由的探针，可使可以是较少偏见的探测方式。我们发现与监督探针相比，无监督探针显示出较高层次的益处。我们进一步注意，我们无监督的探测器使用Ebert和Mbert表示不同，特别是对于POSI。我们通过将其作为无监督的语法感应技术证明其能力来验证探针的功效。通过简单地调整输入表示，我们的探针适用于句法形式主义。我们举报了我们在45标签的英语POSI上探讨的竞争性表现，在10个语言上的12标签POSI上的最先进性能，以及Colab上的竞争结果。我们还对资源贫困语言进行零拍语法归纳，并报告强劲的结果。

语言模型中的上下文化单词嵌入已为NLP提供了很大的进步。直观地，句子信息集成到单词的表示中，这可以帮助模型多义。但是，上下文灵敏度也导致表示形式的差异，这可能会破坏同义词的语义一致性。我们量化了典型的预训练模型中每个单词sense的上下文嵌入的程度各不相同。结果表明，在上下文中，上下文化的嵌入可以高度一致。此外，词性，单词感官的数量和句子长度对感官表示的差异有影响。有趣的是，我们发现单词表示是偏见的，在不同上下文中的第一个单词往往更相似。我们分析了这种现象，还提出了一种简单的方法来减轻基于距离的单词sense剥夺歧义设置的偏见。

Deep Learning and Machine Learning based models have become extremely popular in text processing and information retrieval. However, the non-linear structures present inside the networks make these models largely inscrutable. A significant body of research has focused on increasing the transparency of these models. This article provides a broad overview of research on the explainability and interpretability of natural language processing and information retrieval methods. More specifically, we survey approaches that have been applied to explain word embeddings, sequence modeling, attention modules, transformers, BERT, and document ranking. The concluding section suggests some possible directions for future research on this topic.

在NLP社区中有一个正在进行的辩论，无论现代语言模型是否包含语言知识，通过所谓的探针恢复。在本文中，我们研究了语言知识是否是现代语言模型良好表现的必要条件，我们称之为\ Texit {重新发现假设}。首先，我们展示了语言模型，这是显着压缩的，但在预先磨普目标上表现良好，以便在语言结构探讨时保持良好的分数。这一结果支持重新发现的假设，并导致我们的论文的第二款贡献：一个信息 - 理论框架，与语言建模目标相关。该框架还提供了测量语言信息对字词预测任务的影响的度量标准。我们通过英语综合和真正的NLP任务加固我们的分析结果。

Contextualized representation models such as ELMo (Peters et al., 2018a) and BERT (Devlin et al., 2018) have recently achieved state-of-the-art results on a diverse array of downstream NLP tasks. Building on recent token-level probing work, we introduce a novel edge probing task design and construct a broad suite of sub-sentence tasks derived from the traditional structured NLP pipeline. We probe word-level contextual representations from four recent models and investigate how they encode sentence structure across a range of syntactic, semantic, local, and long-range phenomena. We find that existing models trained on language modeling and translation produce strong representations for syntactic phenomena, but only offer comparably small improvements on semantic tasks over a non-contextual baseline.

Pre-trained language models (PLMs) have outperformed other NLP models on a wide range of tasks. Opting for a more thorough understanding of their capabilities and inner workings, researchers have established the extend to which they capture lower-level knowledge like grammaticality, and mid-level semantic knowledge like factual understanding. However, there is still little understanding of their knowledge of higher-level aspects of language. In particular, despite the importance of sociodemographic aspects in shaping our language, the questions of whether, where, and how PLMs encode these aspects, e.g., gender or age, is still unexplored. We address this research gap by probing the sociodemographic knowledge of different single-GPU PLMs on multiple English data sets via traditional classifier probing and information-theoretic minimum description length probing. Our results show that PLMs do encode these sociodemographics, and that this knowledge is sometimes spread across the layers of some of the tested PLMs. We further conduct a multilingual analysis and investigate the effect of supplementary training to further explore to what extent, where, and with what amount of pre-training data the knowledge is encoded. Our overall results indicate that sociodemographic knowledge is still a major challenge for NLP. PLMs require large amounts of pre-training data to acquire the knowledge and models that excel in general language understanding do not seem to own more knowledge about these aspects.

Transformer-based models have pushed state of the art in many areas of NLP, but our understanding of what is behind their success is still limited. This paper is the first survey of over 150 studies of the popular BERT model. We review the current state of knowledge about how BERT works, what kind of information it learns and how it is represented, common modifications to its training objectives and architecture, the overparameterization issue and approaches to compression. We then outline directions for future research.

Contextual word representations derived from large-scale neural language models are successful across a diverse set of NLP tasks, suggesting that they encode useful and transferable features of language. To shed light on the linguistic knowledge they capture, we study the representations produced by several recent pretrained contextualizers (variants of ELMo, the OpenAI transformer language model, and BERT) with a suite of seventeen diverse probing tasks. We find that linear models trained on top of frozen contextual representations are competitive with state-of-the-art task-specific models in many cases, but fail on tasks requiring fine-grained linguistic knowledge (e.g., conjunct identification). To investigate the transferability of contextual word representations, we quantify differences in the transferability of individual layers within contextualizers, especially between recurrent neural networks (RNNs) and transformers. For instance, higher layers of RNNs are more taskspecific, while transformer layers do not exhibit the same monotonic trend. In addition, to better understand what makes contextual word representations transferable, we compare language model pretraining with eleven supervised pretraining tasks. For any given task, pretraining on a closely related task yields better performance than language model pretraining (which is better on average) when the pretraining dataset is fixed. However, language model pretraining on more data gives the best results.

数据饥饿的深度神经网络已经将自己作为许多NLP任务的标准建立为包括传统序列标记的标准。尽管他们在高资源语言上表现最先进的表现，但它们仍然落后于低资源场景的统计计数器。一个方法来反击攻击此问题是文本增强，即，从现有数据生成新的合成训练数据点。虽然NLP最近目睹了一种文本增强技术的负载，但该领域仍然缺乏对多种语言和序列标记任务的系统性能分析。为了填补这一差距，我们调查了三类文本增强方法，其在语法（例如，裁剪子句子），令牌（例如，随机字插入）和字符（例如，字符交换）级别上执行更改。我们系统地将它们与语音标记，依赖解析和语义角色标记的分组进行了比较，用于使用各种模型的各种语言系列，包括依赖于诸如MBERT的普赖金的多语言语境化语言模型的架构。增强最显着改善了解析，然后是语音标记和语义角色标记的依赖性解析。我们发现实验技术通常在形态上丰富的语言，而不是越南语等分析语言。我们的研究结果表明，增强技术可以进一步改善基于MBERT的强基线。我们将字符级方法标识为最常见的表演者，而同义词替换和语法增强仪提供不一致的改进。最后，我们讨论了最大依赖于任务，语言对和模型类型的结果。

我们研究了现代神经语言模型容易受到结构启动的程度，这种现象使句子的结构在后续句子中更有可能使相同的结构更有可能。我们探索如何使用启动来研究这些模型学习抽象结构信息的潜力，这是需要自然语言理解技能的任务良好表现的先决条件。我们引入了一种新型的度量标准和释放Prime-LM，这是一个大型语料库，我们可以控制与启动强度相互作用的各种语言因素。我们发现，变压器模型确实显示了结构启动的证据，但他们所学到的概括在某种程度上是由语义信息调节的。我们的实验还表明，模型获得的表示不仅可以编码抽象的顺序结构，而且还涉及一定级别的层次句法信息。更普遍的是，我们的研究表明，启动范式是一种有用的，可用于洞悉语言模型能力的有用的，并为未来的基于底漆的调查打开了探测模型内部状态的未来大门。

The long-distance agreement, evidence for syntactic structure, is increasingly used to assess the syntactic generalization of Neural Language Models. Much work has shown that transformers are capable of high accuracy in varied agreement tasks, but the mechanisms by which the models accomplish this behavior are still not well understood. To better understand transformers' internal working, this work contrasts how they handle two superficially similar but theoretically distinct agreement phenomena: subject-verb and object-past participle agreement in French. Using probing and counterfactual analysis methods, our experiments show that i) the agreement task suffers from several confounders which partially question the conclusions drawn so far and ii) transformers handle subject-verb and object-past participle agreements in a way that is consistent with their modeling in theoretical linguistics.

Multilingual BERT (mBERT) has demonstrated considerable cross-lingual syntactic ability, whereby it enables effective zero-shot cross-lingual transfer of syntactic knowledge. The transfer is more successful between some languages, but it is not well understood what leads to this variation and whether it fairly reflects difference between languages. In this work, we investigate the distributions of grammatical relations induced from mBERT in the context of 24 typologically different languages. We demonstrate that the distance between the distributions of different languages is highly consistent with the syntactic difference in terms of linguistic formalisms. Such difference learnt via self-supervision plays a crucial role in the zero-shot transfer performance and can be predicted by variation in morphosyntactic properties between languages. These results suggest that mBERT properly encodes languages in a way consistent with linguistic diversity and provide insights into the mechanism of cross-lingual transfer.

介词经常出现多元化词。歧义歧义在语义角色标记，问题应答，文本征报和名词复合释义中，歧义是至关重要的。在本文中，我们提出了一种新颖的介词意义消费者（PSD）方法，其不使用任何语言工具。在监督设置中，机器学习模型提出有句子，其中介词已经用感测量注释。这些感官是ID所谓的介词项目（TPP）。我们使用预先训练的BERT和BERT VARIANTS的隐藏层表示。然后使用多层Perceptron将潜在的表示分为正确的感测ID。用于此任务的数据集来自Semeval-2007任务-6。我们的方法理解为86.85％，比最先进的更好。

预先接受训练的语言模型的进展导致了对自然语言理解的下游任务的令人印象深刻的结果。探索预先训练的语言模型的最新工作揭示了在其上下围化表示中编码的广泛的语言属性。然而，目前尚不清楚他们是否编码对符号推理方法至关重要的语义知识。我们提出了一种用于探测预先接受训练的语言模型表示的逻辑推断的语言信息的方法。我们的探测数据集涵盖主要符号推理系统所需的语言现象列表。我们发现（i）预先接受的语言模型为推断编码几种类型的语言信息，但是还有一些类型的信息弱编码，（ii）语言模型可以通过微调有效地学习语言信息缺少语言信息。总体而言，我们的调查结果提供了逻辑推理语言模型的语言信息的洞察力，以及他们的预训练程序捕获。此外，我们已经证明了语言模型作为语义和背景知识库的潜力，用于支持符号推断方法。

Pre-trained text encoders have rapidly advanced the state of the art on many NLP tasks. We focus on one such model, BERT, and aim to quantify where linguistic information is captured within the network. We find that the model represents the steps of the traditional NLP pipeline in an interpretable and localizable way, and that the regions responsible for each step appear in the expected sequence: POS tagging, parsing, NER, semantic roles, then coreference. Qualitative analysis reveals that the model can and often does adjust this pipeline dynamically, revising lowerlevel decisions on the basis of disambiguating information from higher-level representations.