探测方法允许人们使用外部分类器和统计分析获得存储在神经网络内层中的语言现象的部分表示。预先训练的基于变压器的语言模型被广泛用于自然语言理解（NLU）和自然语言生成（NLG）任务，使其最常用于下游应用程序。但是，几乎没有进行分析，无论这些模型是否已进行了足够的培训或包含与语言理论相关的知识。我们介绍了变压器英语模型（例如Multibert和T5）的时间顺序探测研究。我们依次比较模型在语料库培训过程中学到的语言的信息。结果表明，1）在培训的早期阶段获得语言信息2）两种语言模型都表明能够捕获各种语言的各种功能，包括形态学，语法甚至话语，而它们也可能不一致地失败。被认为很容易。我们还介绍了与其他基于变压器的模型兼容的时间顺序探测研究的开源框架。 https://github.com/ekaterinavoloshina/Chronology_probing

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。

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.

自然语言处理的机器学习快速进步有可能改变有关人类学习语言的辩论。但是，当前人工学习者和人类的学习环境和偏见以削弱从学习模拟获得的证据的影响的方式分歧。例如，当今最有效的神经语言模型接受了典型儿童可用的语言数据量的大约一千倍。为了增加计算模型的可学习性结果的相关性，我们需要培训模型学习者，而没有比人类具有显着优势的学习者。如果合适的模型成功地获得了一些目标语言知识，则可以提供一个概念证明，即在假设的人类学习方案中可以学习目标。合理的模型学习者将使我们能够进行实验操作，以对学习环境中的变量进行因果推断，并严格测试史密斯风格的贫困声明，主张根据人类对人类的先天语言知识，基于有关可学习性的猜测。由于实用和道德的考虑因素，人类受试者将永远无法实现可比的实验，从而使模型学习者成为必不可少的资源。到目前为止，试图剥夺当前模型的不公平优势，为关键语法行为（例如可接受性判断）获得亚人类结果。但是，在我们可以合理地得出结论，语言学习需要比当前模型拥有更多的特定领域知识，我们必须首先以多模式刺激和多代理互动的形式探索非语言意见，以使学习者更有效地学习学习者来自有限的语言输入。

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。

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.

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。

This paper investigates the ability of artificial neural networks to judge the grammatical acceptability of a sentence, with the goal of testing their linguistic competence. We introduce the Corpus of Linguistic Acceptability (CoLA), a set of 10,657 English sentences labeled as grammatical or ungrammatical from published linguistics literature. As baselines, we train several recurrent neural network models on acceptability classification, and find that our models outperform unsupervised models by Lau et al. (2016) on CoLA. Error-analysis on specific grammatical phenomena reveals that both Lau et al.'s models and ours learn systematic generalizations like subject-verb-object order. However, all models we test perform far below human level on a wide range of grammatical constructions.

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。

Winograd架构挑战 - 一套涉及代词参考消歧的双句话，似乎需要使用致辞知识 - 是由2011年的赫克托勒维克斯提出的。到2019年，基于大型预先训练的变压器的一些AI系统基于语言模型和微调这些问题，精度优于90％。在本文中，我们审查了Winograd架构挑战的历史并评估了其重要性。

The success of the large neural language models on many NLP tasks is exciting. However, we find that these successes sometimes lead to hype in which these models are being described as "understanding" language or capturing "meaning". In this position paper, we argue that a system trained only on form has a priori no way to learn meaning. In keeping with the ACL 2020 theme of "Taking Stock of Where We've Been and Where We're Going", we argue that a clear understanding of the distinction between form and meaning will help guide the field towards better science around natural language understanding.

People constantly use language to learn about the world. Computational linguists have capitalized on this fact to build large language models (LLMs) that acquire co-occurrence-based knowledge from language corpora. LLMs achieve impressive performance on many tasks, but the robustness of their world knowledge has been questioned. Here, we ask: do LLMs acquire generalized knowledge about real-world events? Using curated sets of minimal sentence pairs (n=1215), we tested whether LLMs are more likely to generate plausible event descriptions compared to their implausible counterparts. We found that LLMs systematically distinguish possible and impossible events (The teacher bought the laptop vs. The laptop bought the teacher) but fall short of human performance when distinguishing likely and unlikely events (The nanny tutored the boy vs. The boy tutored the nanny). In follow-up analyses, we show that (i) LLM scores are driven by both plausibility and surface-level sentence features, (ii) LLMs generalize well across syntactic sentence variants (active vs passive) but less well across semantic sentence variants (synonymous sentences), (iii) some, but not all LLM deviations from ground-truth labels align with crowdsourced human judgments, and (iv) explicit event plausibility information emerges in middle LLM layers and remains high thereafter. Overall, our analyses reveal a gap in LLMs' event knowledge, highlighting their limitations as generalized knowledge bases. We conclude by speculating that the differential performance on impossible vs. unlikely events is not a temporary setback but an inherent property of LLMs, reflecting a fundamental difference between linguistic knowledge and world knowledge in intelligent systems.

当前的语言模型可以产生高质量的文本。他们只是复制他们之前看到的文本，或者他们学习了普遍的语言抽象吗？要取笑这些可能性，我们介绍了乌鸦，这是一套评估生成文本的新颖性，专注于顺序结构（n-gram）和句法结构。我们将这些分析应用于四种神经语言模型（LSTM，变压器，变换器-XL和GPT-2）。对于本地结构 - 例如，单个依赖性 - 模型生成的文本比来自每个模型的测试集的人类生成文本的基线显着不那么新颖。对于大规模结构 - 例如，总句结构 - 模型生成的文本与人生成的基线一样新颖甚至更新颖，但模型仍然有时复制，在某些情况下，在训练集中重复超过1000字超过1,000字的通道。我们还表现了广泛的手动分析，表明GPT-2的新文本通常在形态学和语法中形成良好，但具有合理的语义问题（例如，是自相矛盾）。

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。

众所周知，端到端的神经NLP体系结构很难理解，这引起了近年来为解释性建模的许多努力。模型解释的基本原则是忠诚，即，解释应准确地代表模型预测背后的推理过程。这项调查首先讨论了忠诚的定义和评估及其对解释性的意义。然后，我们通过将方法分为五类来介绍忠实解释的最新进展：相似性方法，模型内部结构的分析，基于反向传播的方法，反事实干预和自我解释模型。每个类别将通过其代表性研究，优势和缺点来说明。最后，我们从它们的共同美德和局限性方面讨论了上述所有方法，并反思未来的工作方向忠实的解释性。对于有兴趣研究可解释性的研究人员，这项调查将为该领域提供可访问且全面的概述，为进一步探索提供基础。对于希望更好地了解自己的模型的用户，该调查将是一项介绍性手册，帮助选择最合适的解释方法。

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.

在本文中，我们试图通过引入深度学习模型的句法归纳偏见来建立两所学校之间的联系。我们提出了两个归纳偏见的家族，一个家庭用于选区结构，另一个用于依赖性结构。选区归纳偏见鼓励深度学习模型使用不同的单位（或神经元）分别处理长期和短期信息。这种分离为深度学习模型提供了一种方法，可以从顺序输入中构建潜在的层次表示形式，即更高级别的表示由高级表示形式组成，并且可以分解为一系列低级表示。例如，在不了解地面实际结构的情况下，我们提出的模型学会通过根据其句法结构组成变量和运算符的表示来处理逻辑表达。另一方面，依赖归纳偏置鼓励模型在输入序列中找到实体之间的潜在关系。对于自然语言，潜在关系通常被建模为一个定向依赖图，其中一个单词恰好具有一个父节点和零或几个孩子的节点。将此约束应用于类似变压器的模型之后，我们发现该模型能够诱导接近人类专家注释的有向图，并且在不同任务上也优于标准变压器模型。我们认为，这些实验结果为深度学习模型的未来发展展示了一个有趣的选择。

Controllable Text Generation (CTG) is emerging area in the field of natural language generation (NLG). It is regarded as crucial for the development of advanced text generation technologies that are more natural and better meet the specific constraints in practical applications. In recent years, methods using large-scale pre-trained language models (PLMs), in particular the widely used transformer-based PLMs, have become a new paradigm of NLG, allowing generation of more diverse and fluent text. However, due to the lower level of interpretability of deep neural networks, the controllability of these methods need to be guaranteed. To this end, controllable text generation using transformer-based PLMs has become a rapidly growing yet challenging new research hotspot. A diverse range of approaches have emerged in the recent 3-4 years, targeting different CTG tasks which may require different types of controlled constraints. In this paper, we present a systematic critical review on the common tasks, main approaches and evaluation methods in this area. Finally, we discuss the challenges that the field is facing, and put forward various promising future directions. To the best of our knowledge, this is the first survey paper to summarize CTG techniques from the perspective of PLMs. We hope it can help researchers in related fields to quickly track the academic frontier, providing them with a landscape of the area and a roadmap for future research.

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。

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.