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深度学习自然语言处理 分享
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Investigating Continual Pretraining in Large Language Models: Insights and Implications
摘要:本文研究了大语言模型(LLM)中不断发展的持续学习(CL)领域,重点是开发有效和可持续训练的策略。我们的主要重点是持续的领域自适应预训练,这一过程旨在使LLM能够整合来自各个领域的新信息,同时保留以前学到的知识,并在不依赖特定领域识别的情况下增强跨领域知识转移。与以前的研究不同,它们主要集中在有限的任务或领域选择上,旨在解决遗忘问题,我们的研究评估了LLM在实际场景中对不断变化的数据环境的适应性和能力。为此,我们引入了一个新的基准,旨在衡量LLM对这些不断发展的数据环境的适应性,提供了一个全面的评估框架。我们研究了模型大小对学习效率和遗忘的影响,以及新兴领域的进展和相似性如何影响这些模型中的知识转移。我们的发现揭示了几个关键的见解:(i)当领域序列显示出语义相似性时,与独立微调相比,持续的预训练使LLM能够更好地专注于当前领域,(ii)跨各种领域的训练增强了向后和向前的知识转移,以及(iii)较小的模型对持续的预训练特别敏感,表现出最显著的遗忘率和学习率。我们认为,我们的研究标志着转向建立一个更现实的基准调查CL在LLM,并有可能在指导该领域的未来研究方向发挥关键作用。
https://arxiv.org/abs/2402.17400
A:这篇论文研究了大语言模型(LLMs)在持续学习(Continual Learning, CL)领域的发展,特别是关注于开发高效且可持续的训练策略。论文的主要目标是解决以下几个问题:
持续域适应性预训练(Continual Domain-Adaptive Pretraining):这是一个旨在让LLMs能够整合来自不同领域的新信息,同时保留之前学习的知识,并在不依赖于特定领域识别的情况下增强跨领域知识转移的过程。
适应变化的数据环境:研究评估了LLMs在实际场景中适应不断变化的数据环境的能力,这与以往研究主要集中在有限的任务或领域选择上,主要解决遗忘问题不同。
模型大小对学习效果的影响:论文探讨了模型大小对学习效率和遗忘的影响,以及新出现的领域进展和相似性如何影响模型内的知识转移。
建立更现实的基准:研究提出了一个新的基准测试,用于衡量LLMs适应这些不断变化的数据环境的能力,并提供了一个全面的评估框架。
指导未来研究方向:通过这些发现,论文旨在为LLMs中的CL研究建立一个更现实的基准,并可能在未来的研究方向上发挥关键作用。
总的来说,这篇论文试图通过持续域适应性预训练来提高LLMs的适应性和知识转移能力,同时减少训练成本,以应对LLMs规模和复杂性的增加所带来的财务和生态成本问题。
A:论文中提到了与持续学习(CL)在大型语言模型(LLMs)相关的两个主要研究方向:
持续微调(Continual Fine-Tuning):这一领域的研究主要关注于在一系列下游任务上微调LLMs,以减轻遗忘问题。这些方法通常涉及在新的数据流到来时,对模型进行增量式的微调,而不是完全重新训练。相关研究包括:
Luo et al. (2023a, 2023b) 研究了在一系列下游分类任务上持续学习过程中的遗忘和分布漂移。
Scialom et al. (2022) 对LLM进行了指令式微调。
Khan et al. (2022) 提出了基于适配器的微调策略。
Zhang et al. (2022) 提出了为序列生成器(如LLM)添加新模块的方法。
Razdaibiedina et al. (2023) 提出了渐进式提示,在学习过程中逐渐增加提示的数量。
Wang et al. (2023) 提出了学习正交适配器以最小化干扰的方法。
Qin et al. (2022) 提出了一种名为ELLE的高效终身预训练方法。
持续域适应性预训练(Continual Domain-Adaptive Pretraining):这一研究方向与本文的工作更为接近,旨在通过持续预训练来适应新领域,而不需要从头开始进行全面的重新训练。相关研究包括:
Gururangan et al. (2020) 提出了一种用于领域适应性持续预训练的增长混合专家架构。
Chen et al. (2023) 研究了基于逐渐增长的混合专家(MoE)架构的在线预训练语料库序列的终身学习。
Ke et al. (2023a) 展示了RoBERTa模型的软掩蔽梯度机制在领域适应性预训练中的有用性。
Cossu et al. (2022) 研究了在十个领域上持续预训练的特性。
Jin et al. (2021) 在领域递增的研究论文流和按时间顺序排列的推文流上持续预训练RoBERTa-base。
Gupta et al. (2023) 研究了持续预训练的不同热身策略。
Fisch et al. (2023) 提出了一个任务序列的基准,这些序列可能导致正向和负向转移,并提出了一种简单的策略以实现稳健的正向转移。
A:论文通过以下几个关键步骤来解决大型语言模型(LLMs)在持续学习(CL)中的挑战:
新基准测试的创建:为了衡量LLMs适应不断变化的数据环境的能力,作者引入了一个新的基准测试。这个基准测试基于Massively Multi-Domain Dataset (M2D2),它包含了来自Wikipedia和Semantic Scholar的236个层次化组织的领域,提供了一个理想的设置来检查CL在不同LLMs上的表现。
持续域适应性预训练:作者通过在一系列未标记的特定领域语料库上连续训练LLMs来进行域适应性预训练。这个过程涉及使用原始训练目标(例如,自回归LLMs的下一个标记预测可能性)来更新模型。
模型规模和架构的影响分析:研究评估了不同规模和架构(编码器-解码器与仅解码器)的预训练LLMs在新任务学习和保留先前学习信息方面的能力。这包括对模型在不同领域上的学习效率和遗忘率的评估。
领域相似性和顺序的影响:作者探讨了领域之间的相似性和领域出现的顺序如何影响知识转移和整体CL性能。这包括对语义相似领域序列的持续预训练与单独微调的比较,以及在多样化领域范围内训练对正向和反向知识转移的影响。
实验设置和评估:作者详细描述了训练过程、任务(领域)的选择以及评估流程。他们使用了不同的模型架构和大小,并在不同的训练顺序(基于相似性和随机顺序)下进行了实验。评估指标包括零样本(Zero-Shot, ZS)和微调(Fine-Tuned, FT)基线,以及持续预训练困惑度(Continual Pretraining Perplexity, CPT)和最后检查点(Last Checkpoint, LC)等。
实验结果和发现:通过实验,作者揭示了关键的见解,例如在语义相似领域序列上进行持续预训练比单独微调更优越,以及在随机顺序训练中,模型在后期更容易遗忘。
下游任务性能的保持:作者通过在BIG-Bench基准测试上评估模型,来检查在持续预训练后模型在一般知识任务上的性能是否得到保持或提升。
消融研究:为了进一步理解持续学习对模型性能的影响,作者进行了一系列的消融研究,包括改变批量大小、平衡数据大小等,以观察这些因素如何影响模型的学习动态。
A:
持续域适应性预训练:在M2D2数据集上,对不同大小的GPT模型(GPT2-small, GPT2-medium, GPT2-large, GPT2-xlarge)进行了持续预训练。这些模型在一系列领域特定的语料库上进行训练,以适应新的领域。
任务顺序的影响:实验中考虑了两种任务(领域)顺序:相似顺序(similar-order)和随机顺序(random-order)。相似顺序是根据领域之间的相似性进行排序,而随机顺序则是随机排列训练领域。
评估指标:使用了多种评估指标来衡量模型的性能,包括零样本(ZS)和微调(FT)基线,持续预训练困惑度(CPT),最后检查点(LC),以及对之前领域(backward transfer)和未来领域(forward transfer)的评估。
下游任务性能:通过在BIG-Bench基准测试上的一系列任务(如算术、一般知识、物理、计算机科学算法和少量样本自然语言生成)来评估模型在持续预训练后在不同任务上的性能。
消融研究:
批量大小的影响:研究了批量大小(16和64)对模型学习动态的影响。
数据大小平衡:探讨了在L2领域中平衡训练数据大小对性能的影响。
Wiki和S2ORC部分的交换:交换了Wiki和S2ORC部分的训练顺序,以验证先前发现的一致性。
编码器-解码器模型的实验:使用RoBERTa模型重复了所有实验,以深入了解不同架构的行为。
领域相似性和顺序的影响:分析了领域之间的相似性和训练顺序对知识转移和模型性能的影响。
模型规模对学习效果的影响:研究了不同大小的模型在持续预训练中的表现,包括遗忘率和学习率。
知识饱和和过拟合:通过将检查点按时间戳分类,观察了模型在持续学习过程中的遗忘模式,以及模型容量对新信息整合的饱和点。
A:论文中提出了一些可以进一步探索的点,这些点有助于深化对持续学习(CL)在大型语言模型(LLMs)中的理解,并可能推动该领域的研究进展:
随机顺序训练的一致性:论文中提到,领域是随机顺序仅进行了一次洗牌。进一步的实验可以通过多次洗牌来验证研究结果的一致性。
领域大小和相似性的影响:探索领域大小或领域与Webtext的相似性如何影响向后转移性能可能会提供有趣的见解。
RoBERTa模型的训练数据重叠:由于RoBERTa的训练数据可能与实验中使用的训练集有重叠,这可能会影响结果。研究这种重叠对结果的影响是有价值的。
模型架构的影响:论文中使用了GPT和RoBERTa两种不同的模型架构。进一步研究其他类型的模型架构,如Transformer-XL或BERT等,可能会揭示不同架构在CL中的特定行为。
持续学习策略的改进:研究新的或改进的持续学习策略,以减少遗忘和提高知识转移效率,例如通过引入正则化技术或优化训练过程。
跨领域知识整合:深入研究如何有效地整合来自不同领域的知识,以及如何设计模型以更好地利用这些知识。
长期持续学习的影响:研究在更长的时间范围内进行持续学习对模型性能的影响,包括知识饱和和过拟合的风险。
实际应用中的持续学习:将CL方法应用于实际问题,例如多语言模型、多任务学习或现实世界的数据流,以评估这些方法在实际环境中的有效性。
资源效率和环境影响:考虑到训练LLMs的资源消耗和环境影响,研究如何在保持模型性能的同时减少这些成本。
理论分析:从理论角度分析CL过程中的知识保留和转移机制,以及这些机制如何受到模型架构、训练策略和数据分布的影响。
A:这篇论文主要研究了大型语言模型(LLMs)在持续学习(Continual Learning, CL)环境中的表现,特别是关注于持续域适应性预训练(Continual Domain-Adaptive Pretraining)。以下是论文的主要内容总结:
研究背景:随着LLMs在自然语言处理(NLP)任务中的应用日益广泛,重新训练这些模型以适应新数据的成本变得不可持续。CL提供了一种减少成本并保持模型相关性的策略。
研究目标:开发高效的CL策略,使LLMs能够在保留旧知识的同时整合新信息,并在不同领域间进行有效的知识转移。
新基准测试:引入了基于M2D2数据集的新基准测试,用于评估LLMs在不断变化的数据环境中的适应性。
实验设计:在不同大小和架构的LLMs上进行了持续预训练实验,包括GPT2系列和RoBERTa模型。实验考虑了两种任务顺序:相似顺序和随机顺序。
评估指标:使用了多种评估指标,包括零样本(ZS)和微调(FT)基线,持续预训练困惑度(CPT),最后检查点(LC),以及向后和向前转移的评估。
主要发现:
在语义相似的领域序列上,持续预训练比单独微调更有效。
随机顺序训练有助于模型更好地积累知识,提高向后和向前转移的性能。
小型模型对持续预训练更敏感,表现出更高的遗忘和学习率。
持续预训练可以提高下游任务的性能。
消融研究:通过改变批量大小、平衡数据大小和交换训练顺序等方法,研究了这些因素对模型性能的影响。
下游任务性能:在BIG-Bench基准测试上评估了模型在一般知识任务上的性能,发现持续预训练有助于保持和提升模型的一般知识。
局限性和未来工作:论文指出了研究的局限性,并提出了未来研究的方向,如进一步探索领域大小和相似性的影响,以及在实际应用中测试CL方法的有效性。
总的来说,这篇论文通过实验研究,为LLMs在CL环境中的适应性、知识保留和转移提供了深入的见解,并为未来的研究方向提供了指导。
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