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Artículos · arXiv 2005.14165

Language Models are Few-Shot Learners

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Resumen en tres líneas

  1. 🎯 Los modelos estándar de PLN dependen del fine-tuning con miles de ejemplos etiquetados, arriesgando una pobre generalización fuera de distribución.
  2. 🔧 Se entrena GPT-3 (hasta 175B de parámetros) con 300B de tokens y se evalúa mediante condicionamiento contextual (prompting) sin actualizar pesos.
  3. 📈 En el régimen few-shot, GPT-3 175B iguala o se acerca a modelos con fine-tuning, logrando un 71.2% en TriviaQA y un 86.4% de precisión en LAMBADA.

Resumen

Trabajos recientes han demostrado mejoras sustanciales en numerosas tareas y benchmarks de PLN mediante el preentrenamiento en un corpus textual extenso seguido de fine-tuning en una tarea específica. Aunque suelen presentar una arquitectura agnóstica respecto a la tarea, este método aún requiere conjuntos de datos de fine-tuning específicos con miles o decenas de miles de ejemplos. En contraste, los humanos generalmente pueden realizar una nueva tarea lingüística a partir de unos pocos ejemplos o de instrucciones sencillas, algo que los sistemas actuales de PLN todavía tienen grandes dificultades para lograr. Aquí demostramos que escalar los modelos de lenguaje mejora enormemente el rendimiento few-shot agnóstico de la tarea, alcanzando en ocasiones niveles competitivos con los enfoques previos de fine-tuning del estado del arte. Específicamente, entrenamos GPT-3, un modelo de lenguaje autorregresivo con 175 mil millones de parámetros (10 veces más que cualquier modelo de lenguaje no disperso previo), y evaluamos su rendimiento en el entorno few-shot. Para todas las tareas, GPT-3 se aplica sin ninguna actualización de gradientes ni fine-tuning, especificando las tareas y las demostraciones few-shot únicamente mediante interacción textual con el modelo. GPT-3 logra un rendimiento sólido en muchos conjuntos de datos de PLN, incluyendo traducción, question-answering y tareas de tipo cloze, así como en diversas tareas que requieren razonamiento sobre la marcha o adaptación de dominio, como descifrar palabras desordenadas, usar una palabra nueva en una oración o realizar aritmética de 3 dígitos. Al mismo tiempo, identificamos algunos conjuntos de datos donde el aprendizaje few-shot de GPT-3 aún tiene dificultades, así como otros donde enfrenta problemas metodológicos vinculados al entrenamiento con grandes corpus web. Finalmente, hallamos que GPT-3 puede generar muestras de artículos de noticias que evaluadores humanos apenas logran distinguir de artículos redactados por personas. Discutimos los impactos sociales más amplios de este hallazgo y de GPT-3 en general.

Resumen original (inglés)

Recent work has demonstrated substantial gains on many NLP tasks and benchmarks by pre-training on a large corpus of text followed by fine-tuning on a specific task. While typically task-agnostic in architecture, this method still requires task-specific fine-tuning datasets of thousands or tens of thousands of examples. By contrast, humans can generally perform a new language task from only a few examples or from simple instructions - something which current NLP systems still largely struggle to do. Here we show that scaling up language models greatly improves task-agnostic, few-shot performance, sometimes even reaching competitiveness with prior state-of-the-art fine-tuning approaches. Specifically, we train GPT-3, an autoregressive language model with 175 billion parameters, 10x more than any previous non-sparse language model, and test its performance in the few-shot setting. For all tasks, GPT-3 is applied without any gradient updates or fine-tuning, with tasks and few-shot demonstrations specified purely via text interaction with the model. GPT-3 achieves strong performance on many NLP datasets, including translation, question-answering, and cloze tasks, as well as several tasks that require on-the-fly reasoning or domain adaptation, such as unscrambling words, using a novel word in a sentence, or performing 3-digit arithmetic. At the same time, we also identify some datasets where GPT-3's few-shot learning still struggles, as well as some datasets where GPT-3 faces methodological issues related to training on large web corpora. Finally, we find that GPT-3 can generate samples of news articles which human evaluators have difficulty distinguishing from articles written by humans. We discuss broader societal impacts of this finding and of GPT-3 in general.

Guía de lectura

Problema y motivación

Los pipelines estándar de preentrenamiento más fine-tuning requieren grandes conjuntos de datos etiquetados específicos para cada tarea (normalmente de miles a cientos de miles de ejemplos). Este requisito limita la aplicabilidad general, incrementa la susceptibilidad a correlaciones espurias y se aleja del aprendizaje humano, el cual se adapta a nuevas tareas usando únicamente instrucciones o mínimas demostraciones. Los intentos previos de in-context learning con modelos más pequeños se quedaron muy por detrás del fine-tuning.

Ideas clave

  • In-Context Meta-Learning: El modelo adquiere habilidades de reconocimiento de patrones durante el preentrenamiento y realiza la adaptación a la tarea en el espacio de activaciones durante las pasadas hacia adelante (forward passes) en tiempo de prueba, sin actualizaciones de gradiente.
  • Espectro de condicionamiento: Las tareas se evalúan en regímenes zero-shot (solo instrucción), one-shot (instrucción + una demostración) y few-shot ( demostraciones, habitualmente de 10 a 100 dentro de una ventana de 2048 tokens).
  • Escalado predecible: El escalado empírico según leyes de potencias (power-law) de la pérdida de validación se traduce en mejoras continuas de capacidades en tareas downstream a lo largo de 8 tamaños de modelo (de 125M a 175B de parámetros).

Método

GPT-3 utiliza una arquitectura transformer autorregresiva idéntica a GPT-2, incorporando patrones alternados de atención densa y atención dispersa en bandas locales (locally banded sparse attention). Los modelos se preentrenan con 300 mil millones de tokens con un tamaño de contexto efectivo de .

Las formulaciones clave de evaluación incluyen:

  • Verosimilitud de compleción por token: Para conjuntos de datos de opción múltiple, las compleciones candidatas se evalúan comparando probabilidades normalizadas por token.
  • Normalización incondicional: En benchmarks como ARC, OpenBookQA y RACE, la verosimilitud del modelo se normaliza frente a una línea base no condicionada: donde es un prompt genérico como "Answer: " o "A: ".
  • Decodificación de generación: Las tareas de compleción de formato libre emplean beam search con un ancho de haz de 4 y una penalización de longitud .

Resultados

  • Closed-Book QA: GPT-3 175B alcanza un 71.2% few-shot en TriviaQA (superando a RAG con fine-tuning en dominio abierto con 68.0%), 41.5% en WebQuestions y 29.9% en Natural Questions.
  • Modelado de lenguaje y Cloze: Obtiene una perplejidad de 20.5 en PTB (zero-shot). En LAMBADA, plantear la tarea como un test de tipo cloze logra un 86.4% de precisión few-shot (18% por encima del SOTA previo).
  • Traducción: La traducción hacia el inglés alcanza 39.2 BLEU (Fr En), 40.6 BLEU (De En) y 39.5 BLEU (Ro En), superando las líneas base previas de NMT no supervisado.
  • Razonamiento y síntesis: Resuelve sumas de 2 dígitos con un 100% y sumas de 3 dígitos con un 80.4% en entornos few-shot. Genera artículos de noticias sintéticos que evaluadores humanos distinguen de los reales con solo un 52% de precisión (muy cerca del azar).

Limitaciones y preguntas abiertas

  • Tareas con bajo rendimiento: Presenta dificultades en comparaciones entre secuencias, especialmente en NLI (p. ej., ANLI, RTE) y Word-in-Context (WiC con 49.4%, cercano al azar).
  • Limitaciones estructurales: El entrenamiento puramente autorregresivo impide el condicionamiento bidireccional, lo que perjudica tareas que requieren retroceder o releer la secuencia completa.
  • Contaminación de datos: El raspado web masivo genera solapamiento entre entrenamiento y prueba, lo que exige extensas auditorías de filtrado de -gramas post-hoc (p. ej., en Winograd y PIQA).
  • Impactos sociales: El entrenamiento a escala de internet absorbe importantes sesgos de género, raciales y religiosos, y las salidas generadas pueden utilizarse para la generación maliciosa de texto.

Términos clave

in-context learning (aprendizaje en contexto)
Proceso de adaptación en el bucle interno donde un modelo preentrenado infiere y ejecuta una tarea en tiempo de prueba únicamente a partir de instrucciones en lenguaje natural y demostraciones en el prompt, sin actualizaciones de gradientes.
few-shot
Configuración de evaluación en la que el modelo recibe tantos ejemplos de demostración (habitualmente de 10 a 100) como quepan dentro de su ventana de contexto junto con la descripción de la tarea.
one-shot
Condición de evaluación que proporciona una única demostración de la tarea emparejada con una descripción de la misma en lenguaje natural.
zero-shot
Configuración de evaluación en la que el modelo recibe únicamente una instrucción en lenguaje natural que describe la tarea, sin ningún ejemplo de demostración.
closed-book question answering (pregunta-respuesta a libro cerrado)
Respuesta a preguntas fácticas basándose únicamente en el conocimiento almacenado en los parámetros del modelo, sin acceso a documentos externos ni a sistemas de recuperación durante la prueba.
data contamination (contaminación de datos)
Inclusión accidental de benchmarks de evaluación downstream, conjuntos de prueba o de validación dentro del corpus masivo de preentrenamiento obtenido de internet.
sparse attention (atención dispersa)
Modificación arquitectónica que alterna capas de atención densa con patrones de atención dispersa en bandas locales para balancear la eficiencia computacional en contextos largos.
unconditional normalization (normalización incondicional)
División de la verosimilitud de compleción condicional entre la probabilidad de la compleción dado solo un prompt genérico, utilizada para eliminar sesgos de longitud y frecuencia en tareas de opción múltiple.

Preguntas

¿Cuántos parámetros tiene el modelo completo GPT-3 y cómo fue entrenado?

GPT-3 cuenta con 175 mil millones de parámetros entrenables distribuidos en 96 capas, 96 cabezas de atención y una dimensión oculta de 12 288. Fue entrenado con 300 mil millones de tokens provenientes de Common Crawl filtrado, WebText2, Books1, Books2 y Wikipedia utilizando Adam en clusters de GPUs Microsoft V100.

¿Utiliza GPT-3 fine-tuning para los benchmarks downstream?

No, todos los resultados principales del artículo se evalúan sin actualizaciones de gradientes ni fine-tuning, basándose exclusivamente en prompts contextuales zero-shot, one-shot o few-shot.

¿Con qué facilidad pueden los humanos identificar artículos de noticias generados por GPT-3 175B?

Los evaluadores humanos lograron aproximadamente un 52% de precisión para distinguir artículos de noticias generados por GPT-3 (tanto cortos de ~200 palabras como más largos de ~500 palabras) de artículos escritos por personas, lo cual está apenas por encima del azar (50%).

¿En qué tareas presenta GPT-3 las mayores dificultades?

GPT-3 tiene un bajo rendimiento en tareas de inferencia en lenguaje natural (p. ej., ANLI y RTE), comparaciones bidireccionales como Word-in-Context (WiC, con 49.4%) y ciertas tareas de comprensión lectora como QuAC y RACE.

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