Large language models (LLMs) have been reported to have strong performance on natural language processing tasks. However, performance metrics such as accuracy do not measure the quality of the model in terms of its ability to robustly represent complex linguistic structure. In this work, we propose a framework to evaluate the robustness of linguistic representations using probing tasks. We leverage recent advances in extracting emergent linguistic constructs from LLMs and apply syntax-preserving perturbations to test the stability of these constructs in order to better understand the representations learned by LLMs. Empirically, we study the performance of four LLMs across six different corpora on the proposed robustness measures. We provide evidence that context-free representation (e.g., GloVe) are in some cases competitive with context-dependent representations from modern LLMs (e.g., BERT), yet equally brittle to syntax-preserving manipulations. Emergent syntactic representations in neural networks are brittle, thus our work poses the attention on the risk of comparing such structures to those that are object of a long lasting debate in linguistics.

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。

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。

预训练的语言模型的目的是学习文本数据的上下文表示。预训练的语言模型已成为自然语言处理和代码建模的主流。使用探针，一种研究隐藏矢量空间的语言特性的技术，以前的作品表明，这些预训练的语言模型在其隐藏表示中编码简单的语言特性。但是，以前的工作都没有评估这些模型是否编码编程语言的整个语法结构。在本文中，我们证明了\ textit {句法子空间}的存在，该{语法子空间}位于预训练的语言模型的隐藏表示中，其中包含编程语言的句法信息。我们表明，可以从模型的表示形式中提取此子空间，并定义一种新颖的探测方法AST-Probe，该方法可以恢复输入代码段的整个抽象语法树（AST）。在我们的实验中，我们表明这种句法子空间存在于五个最先进的预训练的语言模型中。此外，我们强调说，模型的中间层是编码大多数AST信息的模型。最后，我们估计该句法子空间的最佳大小，并表明其尺寸大大低于模型的表示空间。这表明，预训练的语言模型使用其表示空间的一小部分来编码编程语言的句法信息。

日益增长的证据表明，由于NLP研究界的很大一部分，已经采用了最初被引入图像的对抗稳健性的经典概念。我们表明，在NLP的背景下，这一概念是有问题的，因为它考虑了一个狭隘的语言现象。在本文中，我们争论语义稳健性，与语言忠诚的人类概念更好。我们在偏差方面表征了语义稳健性，预计它将在模型中诱导。我们使用基于模板的生成试验台研究了一系列香草和强大的训练架构的语义稳健性。我们补充了经验证据的分析，尽管较难实施，语义稳健性可以提高性能％，为复杂语言现象提供保证，其中模型在经典感觉中的稳健失败。

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.

数据增强是通过转换为机器学习的人工创建数据的人工创建，是一个跨机器学习学科的研究领域。尽管它对于增加模型的概括功能很有用，但它还可以解决许多其他挑战和问题，从克服有限的培训数据到正规化目标到限制用于保护隐私的数据的数量。基于对数据扩展的目标和应用的精确描述以及现有作品的分类法，该调查涉及用于文本分类的数据增强方法，并旨在为研究人员和从业者提供简洁而全面的概述。我们将100多种方法划分为12种不同的分组，并提供最先进的参考文献来阐述哪种方法可以通过将它们相互关联，从而阐述了哪种方法。最后，提供可能构成未来工作的基础的研究观点。

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.

数据增强是自然语言处理（NLP）模型的鲁棒性评估的重要组成部分，以及增强他们培训的数据的多样性。在本文中，我们呈现NL-Cogmenter，这是一种新的参与式Python的自然语言增强框架，它支持创建两个转换（对数据的修改）和过滤器（根据特定功能的数据拆分）。我们描述了框架和初始的117个变换和23个过滤器，用于各种自然语言任务。我们通过使用其几个转换来分析流行自然语言模型的鲁棒性来证明NL-Upmenter的功效。基础架构，Datacards和稳健性分析结果在NL-Augmenter存储库上公开可用（\ url {https://github.com/gem-benchmark/nl-augmenter}）。

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.

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。

Syntax is a latent hierarchical structure which underpins the robust and compositional nature of human language. An active line of inquiry is whether large pretrained language models (LLMs) are able to acquire syntax by training on text alone; understanding a model's syntactic capabilities is essential to understanding how it processes and makes use of language. In this paper, we propose a new method, SSUD, which allows for the induction of syntactic structures without supervision from gold-standard parses. Instead, we seek to define formalism-agnostic, model-intrinsic syntactic parses by using a property of syntactic relations: syntactic substitutability. We demonstrate both quantitative and qualitative gains on dependency parsing tasks using SSUD, and induce syntactic structures which we hope provide clarity into LLMs and linguistic representations, alike.

Adversarial training is widely acknowledged as the most effective defense against adversarial attacks. However, it is also well established that achieving both robustness and generalization in adversarially trained models involves a trade-off. The goal of this work is to provide an in depth comparison of different approaches for adversarial training in language models. Specifically, we study the effect of pre-training data augmentation as well as training time input perturbations vs. embedding space perturbations on the robustness and generalization of BERT-like language models. Our findings suggest that better robustness can be achieved by pre-training data augmentation or by training with input space perturbation. However, training with embedding space perturbation significantly improves generalization. A linguistic correlation analysis of neurons of the learned models reveal that the improved generalization is due to `more specialized' neurons. To the best of our knowledge, this is the first work to carry out a deep qualitative analysis of different methods of generating adversarial examples in adversarial training of language models.

大规模的预训练语言模型在广泛的自然语言理解（NLU）任务中取得了巨大的成功，甚至超过人类性能。然而，最近的研究表明，这些模型的稳健性可能受到精心制作的文本对抗例子的挑战。虽然已经提出了几个单独的数据集来评估模型稳健性，但仍缺少原则和全面的基准。在本文中，我们呈现对抗性胶水（AdvGlue），这是一个新的多任务基准，以定量和彻底探索和评估各种对抗攻击下现代大规模语言模型的脆弱性。特别是，我们系统地应用14种文本对抗的攻击方法来构建一个粘合的援助，这是由人类进一步验证的可靠注释。我们的调查结果总结如下。 （i）大多数现有的对抗性攻击算法容易发生无效或暧昧的对手示例，其中大约90％的含量改变原始语义含义或误导性的人的注册人。因此，我们执行仔细的过滤过程来策划高质量的基准。 （ii）我们测试的所有语言模型和强大的培训方法在AdvGlue上表现不佳，差价远远落后于良性准确性。我们希望我们的工作能够激励开发新的对抗攻击，这些攻击更加隐身，更加统一，以及针对复杂的对抗性攻击的新强大语言模型。 Advglue在https://adversarialglue.github.io提供。

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。

大型文本语料库培训的基于变压器的语言模型在自然语言处理社区中享有巨大的普及，并且通常用作下游任务的起点。虽然这些模型是不可否认的，但这是一种挑战，以量化超出传统准确度指标的性能。在本文中，我们通过在培训过程的顺序阶段的获取知识快照来比较基于BERT的语言模型。可以通过查询具有探测任务的屏蔽语言模型来发现来自培训语料库的结构化关系。我们提出了一种通过在罗伯塔早期训练的各个阶段的CLOZE“填空”陈述中产生知识图表提取物来揭示知识收集时间表的方法。我们将该分析扩展到BERT模型（Distilbert，Bert-Base，Roberta）的预磨损变体进行比较。这项工作提出了通过知识图提取（GED，Graph2VEC）来比较语言模型的定量框架，并且展示了语音分析（波动）以确定每个模型变体的语言强度。使用这些指标，机器学习从业者可以比较模型，诊断其模型的行为优势和劣势，并确定新的目标数据集以提高模型性能。

自然语言处理（NLP）已成为当前人工智能繁荣中的主要应用领域之一。转移学习已经启用了大量深入学习的神经网络，接受了语言建模任务，以大大提高了所有语言任务的性能。有趣的是，当模型培训使用包含软件代码的数据培训时，它们在从自然语言规范中生成功能计算机代码时展示了显着的能力。我们认为这是一种难题，用于神经模型为生成词组结构语法提供了一种替代理论，以说明语言有效。由于编程语言的语法由短语结构语法决定，因此成功的神经模型显然是对编程语言的理论基础的理论基础，以及通过扩展，自然语言来实现。我们认为语言模型的术语模型是误导性的，因为深度学习模型不是语言的理论模型，并提出采用语料库模型，这更好地反映了模型的成因和内容。

We propose a unified neural network architecture and learning algorithm that can be applied to various natural language processing tasks including: part-of-speech tagging, chunking, named entity recognition, and semantic role labeling. This versatility is achieved by trying to avoid task-specific engineering and therefore disregarding a lot of prior knowledge. Instead of exploiting man-made input features carefully optimized for each task, our system learns internal representations on the basis of vast amounts of mostly unlabeled training data. This work is then used as a basis for building a freely available tagging system with good performance and minimal computational requirements.

关于NLP模型的最先进攻击缺乏对成功攻击的共享定义。我们将思考从过去的工作蒸馏成统一的框架：一个成功的自然语言对抗性示例是欺骗模型并遵循一些语言限制的扰动。然后，我们分析了两个最先进的同义词替换攻击的产出。我们发现他们的扰动通常不会保留语义，38％引入语法错误。人类调查显示，为了成功保留语义，我们需要大大增加交换词语的嵌入和原始和扰动句子的句子编码之间的最小余弦相似之处。与更好的保留语义和语法性，攻击成功率下降超过70个百分点。

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。