调查变压器模型的推理能力，并为他们发现新的具有挑战性的任务，这是一个非常感兴趣的主题。最近的研究发现这些模型在表演自然语言表达的正式逻辑理论上表现出令人惊讶的强烈。然而，这些研究的缺点是他们没有考虑到逻辑理论，当随机均匀抽样时，不一定导致硬实例。我们提出了一种新的方法，用于创建挑战算法推理数据集，其专注于自然语言可满足性（NLSAT）问题。关键的想法是利用良好命题SAT问题的经验采样以及语言的复杂性学习的洞察力。这种方法允许我们轻松地从硬实例区分，并系统地提高Ruletaker等现有推理基准的复杂性。我们发现，鉴于足够的训练数据，当前的变压器令人惊讶地稳健地解决了产生的NLSAT基本上增加的难度问题。它们还表现出一定程度的规模不变性 - 概括到更大尺寸和范围的问题的能力。然而，我们的结果也揭示了重要的局限性：仔细的培训数据采样对于建立更大问题的模型来说至关重要，变压器模型的“有限的规模不变性”表明他们远非学习强大的演绎推理算法。
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State-of-the-art deep-learning-based approaches to Natural Language Processing (NLP) are credited with various capabilities that involve reasoning with natural language texts. In this paper we carry out a large-scale empirical study investigating the detection of formally valid inferences in controlled fragments of natural language for which the satisfiability problem becomes increasingly complex. We find that, while transformer-based language models perform surprisingly well in these scenarios, a deeper analysis re-veals that they appear to overfit to superficial patterns in the data rather than acquiring the logical principles governing the reasoning in these fragments.
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Transformers have been shown to be able to perform deductive reasoning on a logical rulebase containing rules and statements written in English natural language. While the progress is promising, it is currently unclear if these models indeed perform logical reasoning by understanding the underlying logical semantics in the language. To this end, we propose RobustLR, a suite of evaluation datasets that evaluate the robustness of these models to minimal logical edits in rulebases and some standard logical equivalence conditions. In our experiments with RoBERTa and T5, we find that the models trained in prior works do not perform consistently on the different perturbations in RobustLR, thus showing that the models are not robust to the proposed logical perturbations. Further, we find that the models find it especially hard to learn logical negation and disjunction operators. Overall, using our evaluation sets, we demonstrate some shortcomings of the deductive reasoning-based language models, which can eventually help towards designing better models for logical reasoning over natural language. All the datasets and code base have been made publicly available.
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随着深度学习技术的快速发展，各种最近的工作试图应用图形神经网络（GNN）来解决诸如布尔满足（SAT）之类的NP硬问题，这表明了桥接机器学习与象征性差距的潜力。然而，GNN预测的解决方案的质量并未在文献中进行很好地研究。在本文中，我们研究了GNNS在学习中解决最大可满足性（MaxSAT）问题的能力，从理论和实践角度来看。我们构建了两种GNN模型来学习来自基准的MaxSAT实例的解决方案，并显示GNN通过实验评估解决MaxSAT问题的有吸引力。我们还基于算法对准理论，我们还提出了GNNS可以在一定程度上学会解决MaxSAT问题的影响的理论解释。
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2021-02-18
组合优化是运营研究和计算机科学领域的一个公认领域。直到最近，它的方法一直集中在孤立地解决问题实例，而忽略了它们通常源于实践中的相关数据分布。但是，近年来，人们对使用机器学习，尤其是图形神经网络（GNN）的兴趣激增，作为组合任务的关键构件，直接作为求解器或通过增强确切的求解器。GNN的电感偏差有效地编码了组合和关系输入，因为它们对排列和对输入稀疏性的意识的不变性。本文介绍了对这个新兴领域的最新主要进步的概念回顾，旨在优化和机器学习研究人员。
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2020-07-07
命题模型计数或#SAT是计算布尔公式满足分配数量的问题。来自不同应用领域的许多问题，包括许多离散的概率推理问题，可以将#SAT求解器解决的模型计数问题转化为模型计数问题。但是，确切的#sat求解器通常无法扩展到工业规模实例。在本文中，我们提出了Neuro＃，这是一种学习分支启发式方法，以提高特定问题家族中的实例的精确#sat求解器的性能。我们通过实验表明，我们的方法减少了类似分布的持有实例的步骤，并将其推广到同一问题家族的更大实例。它能够在具有截然不同的结构的许多不同问题家族上实现这些结果。除了步骤计数的改进外，Neuro＃还可以在某些问题家族的较大实例上在较大的实例上实现壁式锁定速度的订单，尽管开头查询了模型。
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虽然神经语言模型往往对自然语言理解（NLU）任务进行令人惊讶的令人惊讶，但它们的优势和局限性仍然很差。因此，受控的合成任务是用于诊断模型行为的越来越重要的资源。在这项工作中，我们专注于讲故事的理解，是NLU系统的核心竞争力。然而，讲故事的主要综合资源是Babi基准，缺乏可控任务生成的这种系统机制。我们开发Dyna-Babi，一种动态框架，提供对Babi中的任务生成的细粒度控制。我们通过构建一个组成概括的三项新任务来展示我们的想法，这是来自原始基准的重要评估设置。我们测试了为BABI开发的专用模型以及最先进的预训练方法，发现这两种方法都解决了原始任务（> 99％的精度），并且在组成泛化设置中都没有成功地成功地成功，表示原始培训数据的局限性。我们探索了增加原始数据的方法，发现，尽管多样化培训数据比简单地增加数据集尺寸更有用，但它仍然不足以驾驶鲁棒成分泛化（具有<70％的复杂组合物的精度）。我们的结果强调了高度可控任务发生器通过模型和数据开发的良性循环创建强大的NLU系统的重要性。
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我们介绍了概率世界，这是一个新的全象征性的贝叶斯型号的语义解析和推理模型，作为对更具领域和任务通用NLU和AI的研究计划的第一步。人类创造了他们观察的内部心理模型，这极大地帮助理解和理解大量问题。在PWM中，句子的含义，获得世界的事实，以及推理的中间步骤都以人类可读的形式表达，具有可解释性的设计目标。 PWM是贝叶斯，专为能够概括新域和新任务而设计。我们派生并实现了一种推导算法，通过解析和释放捕获这些句子的语义的潜在世界模型来读取句子，并在两个域名问题答案数据集中评估它：（1）校对器和（2 ）我们呼叫虚构的新数据集，旨在更具实际语言的代表，但仍然足够简单，以重新评估推理能力，同时对启发式鲁棒。我们的方法均优于两者的基线，从而将其值证明其作为概念验证。
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象征性推理，基于规则的符号操作，是人类智慧的标志。然而，基于规则的系统的成功有限与基于学习的系统在外面的正式域之外的竞争中，例如自动定理证明。我们假设这是由于过去尝试中的规则的手动构建。在这项工作中，我们询问我们如何构建基于规则的系统，可以推理自然语言输入，但没有手动构建规则。我们提出了Metaqnl，这是一种“准自然”语言，可以表达正式逻辑和自然语言句子，并梅多斯诱惑，一种学习算法，它从训练数据组成的训练和答案，有或没有中间推理步骤。我们的方法在多个推理基准上实现了最先进的准确性;它学习具有更少数据的紧凑型号，不仅可以答案，而且产生答案。此外，对现实世界的形态学分析基准测试的实验表明，我们可以处理噪音和歧义。代码将在https://github.com/princeton-vl/metaqnl发布。
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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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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。
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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。
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2021-12-06
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}）。
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主张神经符号人工智能（NESY）断言，将深度学习与象征性推理相结合将导致AI更强大，而不是本身。像深度学习一样成功，人们普遍认为，即使我们最好的深度学习系统也不是很擅长抽象推理。而且，由于推理与语言密不可分，因此具有直觉的意义，即自然语言处理（NLP）将成为NESY特别适合的候选人。我们对实施NLP实施NESY的研究进行了结构化审查，目的是回答Nesy是否确实符合其承诺的问题：推理，分布概括，解释性，学习和从小数据的可转让性以及新的推理到新的域。我们研究了知识表示的影响，例如规则和语义网络，语言结构和关系结构，以及隐式或明确的推理是否有助于更高的承诺分数。我们发现，将逻辑编译到神经网络中的系统会导致满足最NESY的目标，而其他因素（例如知识表示或神经体系结构的类型）与实现目标没有明显的相关性。我们发现在推理的定义方式上，特别是与人类级别的推理有关的许多差异，这会影响有关模型架构的决策并推动结论，这些结论在整个研究中并不总是一致的。因此，我们倡导采取更加有条不紊的方法来应用人类推理的理论以及适当的基准的发展，我们希望这可以更好地理解该领域的进步。我们在GitHub上提供数据和代码以进行进一步分析。
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We present the Neural Satisfiability Network (NSNet), a general neural framework that models satisfiability problems as probabilistic inference and meanwhile exhibits proper explainability. Inspired by the Belief Propagation (BP), NSNet uses a novel graph neural network (GNN) to parameterize BP in the latent space, where its hidden representations maintain the same probabilistic interpretation as BP. NSNet can be flexibly configured to solve both SAT and #SAT problems by applying different learning objectives. For SAT, instead of directly predicting a satisfying assignment, NSNet performs marginal inference among all satisfying solutions, which we empirically find is more feasible for neural networks to learn. With the estimated marginals, a satisfying assignment can be efficiently generated by rounding and executing a stochastic local search. For #SAT, NSNet performs approximate model counting by learning the Bethe approximation of the partition function. Our evaluations show that NSNet achieves competitive results in terms of inference accuracy and time efficiency on multiple SAT and #SAT datasets.
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我们提出了一项合成任务，乐高（学习平等和小组操作），该任务封装了遵循推理链的问题，我们研究了变压器体系结构如何学习这项任务。我们特别注意数据效应，例如预处理（看似无关的NLP任务）和数据集组成（例如，训练和测试时间时的链长度不同），以及体系结构变体，例如重量绑定层或添加卷积组件。我们研究了受过训练的模型最终如何在任务中取得成功，尤其是我们能够在某种程度上（一定程度地）理解一些注意力头以及网络中的信息如何流动。基于这些观察结果，我们提出了一个假设，即在这里进行预训练仅是因为是智能初始化而不是网络中存储的深层知识。我们还观察到，在某些数据制度中，受过训练的变压器发现“快捷方式”解决方案遵循推理链，这阻碍了该模型将其推广到主要任务的简单变体的能力，而且我们发现人们可以防止适当的快捷方式架构修改或仔细的数据准备。在我们的发现的激励下，我们开始探索学习执行C程序的任务，在此过程中，对变压器进行了卷积修改，即在密钥/查询/值图中添加卷积结构，显示出令人鼓舞的优势。
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冲突驱动的子句学习（CDCL）是解决命题逻辑令人满意问题的非常成功的范式。这种求解器不是简单的深度优先回溯方法，而是以其他条款的形式了解了发生冲突的原因。但是，尽管CDCL求解器取得了巨大的成功，但仍然对以什么方式影响这些求解器的性能有限。考虑到不同的措施，本文非常令人惊讶地证明，从句学习（不摆脱某些条款）不仅可以帮助求解器，而且可能会大大恶化解决方案过程。通过进行广泛的经验分析，我们进一步发现，CDCL求解器的运行时分布是多模式的。这种多模式可以看作是上面描述的恶化现象的原因。同时，这也表明了为什么从条款删除结合条款学习的原因实际上是SAT解决的事实标准，尽管存在这种现象。作为最终贡献，我们表明Weibull混合物分布可以准确描述多模式分布。因此，在基本实例中添加新的子句具有长期运行时间的固有效果。该洞察力提供了一个解释，即为什么忘记条款的技术在CDCL求解器中有用，除了单位传播速度的优化。
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尽管在现代的机器学习算法的最新进展，其内在机制的不透明仍是采用的障碍。在人工智能系统灌输信心和信任，解释的人工智能已成为提高现代机器学习算法explainability的响应。归纳逻辑程序（ILP），符号人工智能的子场中，起着产生，因为它的直观的逻辑驱动框架的可解释的解释有希望的作用。 ILP有效利用绎推理产生从实例和背景知识解释的一阶分句理论。然而，在发展中通过ILP需要启发方法的几个挑战，在实践中他们的成功应用来解决。例如，现有的ILP系统通常拥有广阔的解空间，以及感应解决方案是对噪声和干扰非常敏感。本次调查总结在ILP的最新进展和统计关系学习和神经象征算法的讨论，其中提供给ILP协同意见。继最新进展的严格审查，我们划定观察的挑战，突出对发展不言自明的人工智能系统进一步ILP动机研究的潜在途径。
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最近已经提出了几个查询和分数来解释对ML模型的个人预测。鉴于ML型号的灵活，可靠和易于应用的可解释性方法，我们预见了需要开发声明语言以自然地指定不同的解释性查询。我们以原则的方式通过源于逻辑，称为箔，允许表达许多简单但重要的解释性查询，并且可以作为更具表现力解释性语言的核心来实现这一语言。我们研究箔片查询的两类ML模型的计算复杂性经常被视为容易解释：决策树和OBDD。由于ML模型的可能输入的数量是尺寸的指数，因此箔评估问题的易易性是精细的，但是可以通过限制模型的结构或正在评估的箔片段来实现。我们还以高级声明语言包装的箔片的原型实施，并执行实验，表明可以在实践中使用这种语言。
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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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