我们介绍了一种称为编程拼图的新型编程挑战，作为方案合成的客观和全面评估，并释放Python编程拼图的开源数据集（P3）。每个拼图由短Python程序$ F $定义，目标是找到一个使$ F $返回true的输入。谜题是目的，因为每个人都由其验证者$ F $的源代码完全指定，因此评估为测试候选解决方案所需的$ F $。它们不需要答案密钥或输入/输出示例，也不依赖于自然语言理解。该数据集是全面的，因为它跨越一系列困难和域的问题，从琐碎的字符串操纵问题，经典编程谜题（例如，河内塔），用于采访/竞争编程问题（例如，动态编程），在算法和数学中的长期开放问题（例如，因子）。我们开发基准枚举程序合成，GPT-3和能够解决难题的食盒求解器 - 即使没有访问任何参考解决方案 - 通过从他们自己的过去的解决方案中学习。 Codex表现最佳，解决高达18％的397个测试问题的测试问题，每次尝试和80％的问题占1,000个问题。在一个小的用户学习中，我们发现拼图解决性能和编码体验之间的正相关性，以及人类和AI求解器的难题难度之间。因此，P3的进一步改进可能对许多程序合成区域产生重大影响。
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这项工作表明了如何以编程难题的形式使用大规模语言模型（LMS）与经过验证的解决方案合成编程问题，然后可以将其用于微调相同的模型，从而提高其性能。这项工作以最近的两项发展为基础。首先，LMS在非平凡的推理和算法实施中取得了突破，生成可以解决某些中级竞争性编程问题的代码。但是，培训代码LMS涉及策划的一组自然语言问题描述以及源代码测试和解决方案，这些测试和解决方案的大小有限。其次，引入了一种新的编程挑战格式，称为编程难题，该格式不需要自然语言描述，并通过源代码测试直接指定。在这项工作中，我们展示了如何使用Python解释器验证的合成编程难题和解决方案，可用于改善从P3求解测试难题的性能，P3是一套Python公共基准的Python编程难题。此外，我们发布了由Codex模型生成的100万个难题和解决方案的数据集，我们证明可以通过微调改善较小的模型。
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2022-12-20
Despite recent success in large language model (LLM) reasoning, LLMs still struggle with hierarchical multi-step reasoning like generating complex programs. In these cases, humans often start with a high-level algorithmic design and implement each part gradually. We introduce Parsel, a framework enabling automatic implementation and validation of complex algorithms with code LLMs, based on hierarchical function descriptions in natural language. Parsel can be used across domains requiring hierarchical reasoning, e.g. code synthesis, theorem proving, and robotic planning. We demonstrate Parsel's capabilities by using it to generate complex programs that cannot currently be automatically implemented from one description and backtranslating Python programs in the APPS dataset. Beyond modeling capabilities, Parsel allows problem-solving with high-level algorithmic designs, benefiting both students and professional programmers.
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虽然编程是现代社会中最广泛适用的技能之一，但现代机器学习模型仍然无法对基本问题的解决方案。尽管重要的是，对评估代码生成令人惊讶的是，很少有效，并且难以准确地评估代码生成性能。为了满足这一挑战，我们介绍了一个用于代码生成的基准。与在更受限制的设置中的事先工作不同，我们的基准测试衡量模型采取任意自然语言规范的能力，并生成满意的Python代码。类似于公司如何评估候选软件开发人员，然后我们通过检查测试用例的生成代码来评估模型。我们的基准测试包括10,000个问题，从具有简单的单线解决方案来实现实质性算法挑战。我们在GitHub和我们的培训集上微调大型语言模型，我们发现语法错误的普遍性随着模型的提高而导致呈指数级递减。最近的模型如GPT-Neo可以通过大约20％的介绍性问题的测试用例，因此我们发现机器学习模型现在开始学习如何代码。随着自动代码生成的社会意义在未来几年增加，我们的基准可以提供跟踪进步的重要措施。
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大型语言模型已经证明了能够在自然语言和编程语言文本上进行条件和生成的能力。这样的模型打开了多语言代码生成的可能性：代码生成模型是否可以将知识从一种语言推广到另一种语言？尽管当代代码生成模型可以生成语义上正确的Python代码，但对它们使用其他语言的能力知之甚少。我们通过提出Multipl-E来促进该主题的探索，这是自然语言到代码生成的第一个多语言平行基准。 Multipl-E扩展了HumaneVal基准（Chen等，2021），以支持另外18种编程语言，涵盖了一系列编程范式和受欢迎程度。我们在Multipl-E：Codex和Incoder上评估了两个最先进的代码生成模型。我们发现，在几种语言上，法典匹配，甚至超过了其在Python上的性能。在多型E中表示的编程语言范围使我们能够探索语言频率和语言功能对模型性能的影响。最后，将代码生成基准分配给新编程语言的多重方法既可扩展又可扩展。我们描述了一种通用方法，可以轻松地增加对新基准和语言的支持。
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大型语言模型，例如OpenAI的法典和DeepMind的字母，可以生成代码来解决以自然语言表达的各种问题。这项技术已经在至少一项广泛使用的编程编辑器扩展程序中进行了商业化：Github Copilot。在本文中，我们探讨了具有大型语言模型（LLM辅助编程）的编程与程序员协助的先前概念化相似，并且与众不同。我们借鉴了公开可用的经验报告，有关LLM辅助编程以及先前的可用性和设计研究。我们发现，尽管LLM辅助编程通过搜索和重用分享了一些编译，配对编程和编程的属性，但技术可能性和实践经验都存在根本差异。因此，应该将LLM辅助编程视为具有自己独特的属性和挑战的新方法。最后，我们借鉴了用户研究的观察结果，在该观察中，非专家最终用户程序员使用LLM辅助工具来求解电子表格中的数据任务。我们讨论可能出现的问题，并在将大型语言模型应用于最终用户编程时，尤其是对于几乎没有编程专业知识的用户。
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2022-07-22
我们提出了Pangu-Coder，这是一种仅预读的解码器语言模型，该模型采用pangu-alpha架构进行文本到代码生成，即给定自然语言问题描述的编程语言解决方案的合成。我们使用两阶段策略训练Pangu-Coder：第一阶段采用因果语言建模（CLM）来预先培训原始编程语言数据，而第二阶段则使用因果语言建模和掩盖语言建模（MLM）的组合培训目标，专注于文本到代码生成的下游任务，并培训松散的自然语言程序定义和代码功能。最后，我们讨论了pangu-coder-ft，该pander the是通过竞争性编程问题和代码与持续集成测试的结合进行了微调的。我们评估了pangu-coder，重点是它是否生成功能上正确的程序，并证明它在参加较小的上下文窗口和较少的数据培训的同时，它比诸如Codex之类的类似大小的模型（例如Codex）实现等效性或更好的性能。
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Alphazero，Leela Chess Zero和Stockfish Nnue革新了计算机国际象棋。本书对此类引擎的技术内部工作进行了完整的介绍。该书分为四个主要章节 - 不包括第1章（简介）和第6章（结论）：第2章引入神经网络，涵盖了所有用于构建深层网络的基本构建块，例如Alphazero使用的网络。内容包括感知器，后传播和梯度下降，分类，回归，多层感知器，矢量化技术，卷积网络，挤压网络，挤压和激发网络，完全连接的网络，批处理归一化和横向归一化和跨性线性单位，残留层，剩余层，过度效果和底漆。第3章介绍了用于国际象棋发动机以及Alphazero使用的经典搜索技术。内容包括minimax，alpha-beta搜索和蒙特卡洛树搜索。第4章展示了现代国际象棋发动机的设计。除了开创性的Alphago，Alphago Zero和Alphazero我们涵盖Leela Chess Zero，Fat Fritz，Fat Fritz 2以及有效更新的神经网络（NNUE）以及MAIA。第5章是关于实施微型α。 Shexapawn是国际象棋的简约版本，被用作为此的示例。 Minimax搜索可以解决六ap峰，并产生了监督学习的培训位置。然后，作为比较，实施了类似Alphazero的训练回路，其中通过自我游戏进行训练与强化学习结合在一起。最后，比较了类似α的培训和监督培训。
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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。
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自动程序合成是软件工程中的持久梦想。最近，Open AI和Microsoft提出了一种有希望的深度学习（DL）解决方案，称为Copilot，作为工业产品。尽管一些研究评估了副驾驶解决方案的正确性并报告其问题，但需要进行更多的经验评估，以了解开发人员如何有效地受益。在本文中，我们研究了两项不同的编程任务中副标士的功能：（1）为基本算法问题生成（和复制）正确，有效的解决方案，（2）将副副副总裁与人类程序员的建议解决方案与一组人的建议解决方案进行比较编程任务。对于前者，我们评估副铜在解决计算机科学中选定的基本问题（例如对基本数据结构的基本问题）中的性能和功能。在后者中，使用人提供的解决方案的编程问题数据集。结果表明，Copilot能够为几乎所有基本算法问题提供解决方案，但是，某些解决方案是越野车且不可复制的。此外，Copilot在组合多种方法来生成解决方案方面存在一些困难。将副驾驶员与人类进行比较，我们的结果表明，人类溶液的正确比率大于副本的正确比率，而副铜产生的越野车解决方案需要更少的努力来维修。尽管本研究和以前的研究中的强调，副柯洛特（Copilot）作为开发人员特别是在高级编程任务中的助手表现出局限性，但它可以为基本编程任务生成初步解决方案。
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在设计基于AI的系统中，有蓬勃发展的兴趣，以帮助人类设计计算系统，包括自动生成计算机代码的工具。这些最值得注意的是，以第一个自我描述的“Ai对程序员”，GitHub Copilot，一种在开源GitHub代码上培训的语言模型。但是，代码通常包含错误 - 因此，鉴于Copilot处理的大量未曝避代码，肯定是语言模型将从可利用的错误代码中学到。这提出了对Copilot代码捐助的安全的担忧。在这项工作中，我们系统地调查了可能导致Github CopIlot推荐不安全代码的普遍存在和条件。为了执行此分析，我们提示CopIlot在与高风险CWE相关的方案中生成代码（例如，从吉利的“前25名”列表中的方案）。我们探索了三个不同代码生成轴上的Copilot的表现 - 检查它如何表现为特定的弱点多样性，提示的多样性以及域的多样性。总共生产89个不同的Copilot方案，以完成，生产1,689个计划。其中，我们发现大约40％的脆弱。
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Computational notebooks, such as Jupyter notebooks, are interactive computing environments that are ubiquitous among data scientists to perform data wrangling and analytic tasks. To measure the performance of AI pair programmers that automatically synthesize programs for those tasks given natural language (NL) intents from users, we build ARCADE, a benchmark of 1082 code generation problems using the pandas data analysis framework in data science notebooks. ARCADE features multiple rounds of NL-to-code problems from the same notebook. It requires a model to understand rich multi-modal contexts, such as existing notebook cells and their execution states as well as previous turns of interaction. To establish a strong baseline on this challenging task, we develop PaChiNCo, a 62B code language model (LM) for Python computational notebooks, which significantly outperforms public code LMs. Finally, we explore few-shot prompting strategies to elicit better code with step-by-step decomposition and NL explanation, showing the potential to improve the diversity and explainability of model predictions.
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本文探讨了大语言模型的自然语言生成能力，并应用于编程课程中常见的两种学习资源类型。使用OpenAI Codex作为大语言模型，我们创建编程练习（包括示例解决方案和测试用例）和代码说明，从定性和定量上评估这些练习。我们的结果表明，大多数自动生成的内容既新颖又明智，在某些情况下可以按原样使用。在创建练习时，我们发现仅通过提供关键字作为模型输入来影响编程概念和它们所包含的上下文主题非常容易。我们的分析表明，大规模生成机器学习模型是指导者的工具，尽管仍然需要进行一些监督以确保生成的内容的质量在传递给学生之前。我们进一步讨论了OpenAI Codex和类似工具对入门编程教育的含义，并强调了未来的研究流，这些研究流有可能提高教师和学生的教育体验质量。
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该文档代表2022 XCSP3竞赛的程序。这场约束求解者的竞争结果在2022年7月31日至2022年8月7日在以色列海法举行的2022年奥运会（Federated Logic Conference）展出。
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回答集编程（ASP）已成为一种流行的和相当复杂的声明问题解决方法。这是由于其具有吸引力的地址解决方案的工作流程，这是可以轻松解决问题解决的方法，即使对于计算机科学外的守护者而言。与此不同，底层技术的高度复杂性使得ASP专家越来越难以将想法付诸实践。有关解决此问题，本教程旨在使用户能够构建自己的基于ASP的系统。更确切地说，我们展示了ASP系统Clingo如何用于扩展ASP和实现定制的专用系统。为此，我们提出了两个替代方案。我们从传统的AI技术开始，并展示元编程如何用于扩展ASP。这是一种相当轻的方法，依赖于Clingo的reation特征来使用ASP本身表达新功能。与此不同，本教程的主要部分使用传统的编程（在Python中）来通过其应用程序编程接口操纵Clingo。这种方法允许改变和控制ASP的整个模型 - 地面解决工作流程。 COMENT of Clingo的新应用程序课程使我们能够通过自定义类似于Clingo中的进程来绘制Clingo的基础架构。例如，我们可能会互动到程序的抽象语法树，控制各种形式的多射击求解，并为外国推论设置理论传播者。另一种横截面结构，跨越元以及应用程序编程是Clingo的中间格式，即指定底层接地器和求解器之间的界面。我们通过示例和几个非琐碎的案例研究说明了本教程的前述概念和技术。
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大型预先训练的语言模型可以在可以在一个可以“单通”中的任务上进行非常好，例如生成现实文本或合成计算机程序。但是，他们与需要无限的多步计算的任务斗争，例如添加整数或执行程序。令人惊讶的是，我们发现这些相同的模型能够执行复杂的多步计算 - 即使在少量射门中，当被要求执行操作“一步一步”时，表示中间计算的结果。特别是，我们通过询问它们将中间计算步骤发出到“ScratchPad”来执行变压器来执行多步计算。在一系列越来越复杂的任务范围内，从加入任意程序的执行范围，我们表明Scratchpads显着提高了语言模型执行多步计算的能力。
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程序合成或代码生成旨在生成满足问题规范的程序。使用大规模预处理的语言模型（LMS）的最新方法显示出令人鼓舞的结果，但它们有一些关键的局限性。特别是，他们经常遵循标准监督的微调程序，仅从对自然语言问题描述和基础真相计划对培训代码生成模型。这种范式在很大程度上忽略了问题规范中的一些重要但潜在的信号，例如单位测试，因此在求解复杂的看不见的编码任务时通常会导致性能差。为了解决这些局限性，我们提出了“ Coderl”，这是通过验证的LMS和深入强化学习（RL）实现程序合成任务的新框架。具体而言，在培训期间，我们将代码生成的LM视为参与者网络，并引入批评网络，该网络经过培训，以预测生成的程序的功能正确性，并为演员提供密集的反馈信号。在推理期间，我们引入了一种新一代程序，具有关键的抽样策略，该过程允许模型根据示例单位测试和评论家分数的反馈自动重新生成程序。对于模型骨架，我们扩展了Codet5的编码器架构，具有增强的学习目标，更大的模型大小和更好的预处理数据。我们的方法不仅在具有挑战性的应用程序基准上实现了新的SOTA结果，而且还显示出强大的零弹性传输能力，并在简单的MBPP基准上具有新的SOTA结果。
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我们探索使用大型预用语言模型作为少量语义解析器。语义解析中的目标是给定自然语言输入的结构化含义表示。但是，培训语言模型以生成自然语言。为了弥合差距，我们使用语言模型来解释进入一个类似于英语的受控的子宫内的输入，可以自动映射到目标含义表示表示。我们的结果表明，只有少量的数据和较少的代码转换为类似英语的代表，我们为快速启动语义解析器的蓝图导致了对多个社区任务的令人惊讶的有效性能，大大超过基线方法也在相同的限制上培训数据。
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源代码的最先进的神经模型倾向于在代码的生成时进行评估，并且通常在长地平任务中的产生，例如整个方法体的产生。我们建议使用静态程序分析仪的弱监督来解决这一缺陷。我们的神经统计方法允许深入的生成模型来象征地计算它已经生成的代码中的静态分析工具，长距离语义关系。在培训期间，该模型观察这些关系，并学习生成条件上的程序。考虑到包含该方法的类的剩余部分，我们将我们的方法应用于生成整个Java方法的问题。我们的实验表明，该方法显着地优于最先进的变换器和模型，明确试图在制作程序中没有基本语义错误的程序以及在句法匹配地面真理方面来学习此任务的模型。
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归纳逻辑编程（ILP）是一种机器学习的形式。ILP的目标是诱导推广培训示例的假设（一组逻辑规则）。随着ILP转30，我们提供了对该领域的新介绍。我们介绍了必要的逻辑符号和主要学习环境;描述ILP系统的构建块;比较几个维度的几个系统;描述四个系统（Aleph，Tilde，Aspal和Metagol）;突出关键应用领域;最后，总结了未来研究的当前限制和方向。
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