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gpt3写论文(论文g2)

来源:互联网时间:2023-04-01 12:18:58标签: gpt3写论文 当前位置:花艺农业网 > chatgpt问答 > 手机阅读

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论文笔记之GPT-GNN: Generative Pre-Training of Graph Neural Networks

文中指出训练GNN需要大量和任务对应的标注数据,这在很多时候是难以获取的。一种有效的方式是,在无标签数据上通过自监督的方式预训练一个GNN,然后在下游任务上只需要少量的标注数据进行fine-tuning。

本文提出了GPT-GNN通过生成式预训练的方式来初始化GNN。GPT-GNN引入了一个自监督的属性图生成任务,来pre-training一个GNN,使其能够捕捉图上的结构信息和节点属性信息。

图生成任务被分成了两部分:①属性生成。②边生成。

pre-training的GNN要能够捕捉input graph的结构信息和节点属性信息,使其能够在相似领域的下游任务上通过少量label的fine-tuning就能达到很好的泛化效果。本文采用的方式是重构输入的属性图来对图分布建模。

第一步,如上左图所示,通过自监督学习任务(节点属性生成和边生成)来预训练GNN。第二步,如上右图所示,pre-training好的模型以及参数用于对下游任务的初始化,只需要在少部分标注数据上做fine-tuning。

输入G=(V,E,X),其中V表示顶点集,E表示边集,X表示顶点属性矩阵。

目标:pre-training一个GNN模型,使其能够:1)捕捉图中的结构特征和属性特征。2)能够对图的下游任务有帮助。

也就是对图G=(V,E,X)不使用label学习一个可以泛化的GNN模型fθ。

GPT-GNN通过重构/生成输入图的结构信息和节点属性信息来pre-training GNN。given 输入图G=(V,E,X)和GNN模型fθ,图和GNN的likelihood定义为p(G,θ),通过最大化likelihood来预训练GNN,也就是

如何对p(G,θ)建模?

通过自回归的方法分解目标概率分布。

首先说明什么是自回归

如上式所示,c为常数项,є为随机误差,概括来说就是X的当期值等于一个或数个前期值的线性组合加常数项加随机误差。

对于graph来说,自回归方法概括为:nodes in the graph come in an order, and the edges are generated by connecting each new arriving node to existing nodes.

对于一个给定的order,通过自回归的方式分解log likelihood,每次生成一个节点。

在step i,given 所有在前面步骤生成的节点,包括节点属性Xi和节点之间的边Ei来生成新的节点i,包括节点属性Xi和与现有节点的连接边Ei.

如何对pθ(Xi,Ei|Xi,Ei)建模?

一种简单的方式是假设Xi和Ei是独立的,也就是

然而,这种分解方式完全忽略了节点属性和节点之间联系(边)之间的依赖关系。然而这种依赖关系是属性图和基于聚合邻居节点信息的GNN的核心属性。

因此,文中提出了一种分解方式,当生成一个新的节点属性时,给出结构信息,反之亦然。

从而整个生成过程可以分为两部分:

1)given 观测边,生成节点属性。

2)given 观测边和1)中生成的节点属性,生成剩下的边。

通过这种方式,模型能够捕捉每个节点属性和结构之间的依赖关系。

定义变量o来表示Ei中观测边的index vector,即Ei,o表示已经观测到的边。¬o表示masked边(要生成边)的index。

通过引入o,可以把前面的分布重写为所有可能观测边的期望likelihood.

这里的理解非常重要,第一个等式中,把Ei拆成了Ei,¬o和Ei,o,也就是说指定了哪些边是观测边,哪些边是masked边。需要注意的是,当o确定下来以后,¬o也是确定的。因此等式外面加上了对o的累加,这里可以理解为类似于全概率公式去对所有可能的o求和。

此外,这里需要注意Ei,Ei,Ei,o,Ei,¬o四个符号分别表示的是什么。现在位于step i,Ei是指在step i之前已经生成的边,Ei是指在step i将会生成的边(与节点i相连,有好多条),之后再将Ei中的边生成过程拆分成已经生成和将要生成两部分,即Ei,o和Ei,¬o。

下一个等式中,把第二个p看作概率分布,写作对于o期望的形式。最后把Xi和Ei,¬o看作独立的过程,拆成两个概率分布。

这种分解的优势在于,没有忽略Xi和Ei,o的联系。第一项表示given观测边,聚合目标节点i的邻居信息来生成其属性Xi.第二项表示given观测边和刚生成的属性Xi,预测Ei,¬o中的边是否存在。

如上图所示,给出了一个例子。对于一个academic graph,我们要去生成一个paper node,它的属性为title,并且其和author,publish venue,reference相连。上图中的实线部分为已经观测到的边,首先生成节点的属性,即title。然后基于author1,author2,author3和刚生成的节点属性title,预测剩下的边,即虚线部分。

出于效率的考虑,希望:

1)对于输入图只跑一次GNN就能计算节点属性生成和边生成过程的loss。

2)希望节点属性生成和边生成能同时进行。

然而,边生成需要用到节点属性信息,如果两个生成过程同时进行,会导致信息泄漏。

为了避免这个问题,将节点分为两种类型:

•属性生成节点。mask住这些节点的属性,用一个共用的dummy token Xinit来代替,Xinit和Xi的维度是相同的,并且在pre-training的过程中学习到。

•边生成节点。保持它们原有的属性。

需要注意的是,同一个节点在不同阶段扮演不同的角色,可能是属性生成节点也可能是边生成节点。只是在某一阶段,一个节点有一个确定的角色。

在graph上训练GNN来生成各节点的embedding,用hAttr和hEdge来分别表示属性生成节点和边生成节点的embedding。由于属性生成节点的属性被mask住了,因此hAttr中包含的信息通常会少于hEdge。因此,在GNN的message passing过程中,只使用hEdge作为向其他节点发送的信息。也就是说,对于每个节点,其聚合邻居hEdge的信息和自身的信息来生成新的embedding。之后,对于节点的embedding,使用不同的decoder来生成节点属性和边。(注意,节点的embedding和节点属性不是一回事。通俗理解,在GNN中节点的属性是input,节点的embedding是hidden layer。)

对于属性生成,用DecAttr来表示decoder,输入hAttr来生成节点属性。decoder的选择依赖于节点属性的类型,如果是text类型的节点属性,可以使用LSTM等;如果节点属性是vector,可以使用MLP。定义一个距离函数来度量生成属性和真实属性之间的差异,对于text类型属性,可以使用perplexity,对于vector属性,可以使用L2距离。由此,可以计算属性生成过程中的loss

最小化生成属性和真实属性之间的差异,等价于对generate attributes做MLE,也就是最大化下式

从而捕捉了图中的节点属性信息。

对于边生成过程,假设每条边的生成过程和其他边是独立的,由此对likelihood进行分解

得到hEdge后,如果节点i和节点j相连,则使用

进行建模,DecEdge是一个pairwise score function。

loss定义为

Si-指的是没有和节点i相连的节点。

最小化loss等价于对generate edges做MLE,从而捕捉了图中的结构信息。

上图给出了属性图生成过程的一个具体例子。

a)对于input graph确定permutation order π。

b)随机挑选一部分与节点i相连的边作为observed edges Ei,o,剩下的边作为masked edges Ei,¬o,并且删除masked edges。

c)把节点分为属性生成节点和边生成节点。

d)计算节点3,4,5的embedding,包括它们的属性生成节点和边生成节点。

(d)-(e)通过对于每个节点并行进行节点属性预测和masked边预测来训练一个GNN模型。

完整的算法流程如下所示。

对于上图的算法流程进行详细的说明。

输入一个属性图,每次采样一个子图G~作为训练的实例进行训练。首先决定permutation order π。同时,我们希望能够并行化训练,只做一次前向传播,就能得到整个图的embedding,由此可以同时计算所有节点的loss。因此,根据permutation order π来移除边,也就是使每个节点只能从跟低order的节点处获得信息。

之后,需要决定哪些边被mask。对于每个节点,获得其所有的出边,随机挑选一部分边被mask住,这一过程对应上述line4。

之后,对节点进行划分,得到整个图中节点的embedding,用于之后loss的计算,对应line5。

lone 7-9进行loss的计算。

line 8中,通过整合采样图中未连接的节点和Q中以前计算的节点embedding来选择负样本,这种方式能够减轻对于采样图优化和对于整个图优化的差距。

在line11-12中,优化模型并更新Q。

对于异构图,即包含不同类型的点和边的图,唯一的不同在于不同类型的点和边采用不同的decoder。

对于大规模的图,可以采样子图来进行训练,即上述算法流程中Sampler的作用。为了计算Ledge这一loss,需要遍历输入图的所有节点。然而,我们只能在采样的子图上计算这个loss。为了缓解这一差异,提出了adaptive queue,其中存储了之前采样的子图的节点embedding作为负样本。每次采样一个新的子图时,逐步更新这个队列,增加新的节点embedding,移除旧的节点embedding。通过引入adaptive queue,不同采样子图中的节点也能为全局的结构提供信息。

酶学知识应用于临床诊断与治疗的探索(详细点)

临床上可根据酶浓度的变化用以辅助诊断。若酶浓度变化由细胞坏死或细胞膜通透性变化引起,表示脏器或组织损伤;若为细胞内酶合成增加所致,提示组织再生、修复、成骨或异位分泌,或提示有恶性肿瘤的可能;若为酶排泄障碍引起者说明有梗阻存在。同工酶的分析与鉴定则能反应疾病的部位、性质和程度。一、转氨酶及其同工酶(一)生物化学特性转氨酶或称氨基转移酶是一组催化氨基在氨基酸与a-酮酸间转移的酶类,丙氨酸氨基转移酶(ALT)和(天)门冬氨酸氨基转移酶(AST)是其中最重要的两种,前者俗称为谷丙转氨酶(GPT),后者为谷草转氨酶(GOT)。(二)体内分布AST广泛存在于多种器官中,按含量多少顺序为心、肝、骨骼肌和肾等,肝中70%存在于肝细胞线粒体中。AST有两种同工酶ASTs 和ASTm,分别存在于可溶性的细胞质和线粒体。细胞轻度损伤时ASTs 升高显著,而严重损伤时,则ASTm大量出现于血清中。正常血清所含AST的同工酶主要为ASTs,但在病理状态下,如细胞坏死,则血清中以ASTm为主。ALT大量存在于肝脏组织中,其次为肾、心、骨骼肌等。血清ALT活性升高,通常表示肝脏损伤。ALT有两种不同活性的同工酶a(ALTs)、b(ALTm),分别存在于细胞质及线粒体,后者的活性为前者的16倍。肝细胞坏死血清中以ALTm为主。(三)测定方法转氨酶的测定方法有许多种,其中以赖氏法最常用,由于此法操作简便、经济,一些小型实验室仍在使用。目前,国内外实验室多采用连续监测法进行测定。ALT速率法测定中酶偶联反应式为: ALTL-丙氨酸 + a-酮戊二酸 L-谷氨酸 + L-丙酮酸 LD 丙酮酸 + NADH + H+ L-乳酸 + NAD+ AST速率法测定中酶偶联反应式为: AST L-门冬氨酸 + a-酮戊二酸 草酰乙酸 + L-谷氨酸 MD 草酰乙酸 +NADH + H+ L-苹果酸 + NAD+ 上述偶联反应中,NADH的氧化速率与标本中酶活性呈正比,可在340nm检测吸光度下降速率。根据线性反应期吸光度下降速率(-DA/min),计算出ALT、AST的活力单位。(四)临床意义ALT是反映肝损伤的一个很灵敏的指标,临床上主要用于肝脏疾病的诊断。各种急性病毒性肝炎、药物或酒精中毒引起的急性肝损害时,血清ALT 水平可在临床症状(如黄疸)出现之前就急剧升高,且ALT>AST。一般而言,急性肝炎时血清ALT高低与临床病情轻重相平行,且往往是肝炎恢复期最后降至正常的酶,是判断急性肝炎是否恢复的一个很好指标。假如能同时测定AST,并计算DeRitis比值,即AST/ALT之比,则对于急、慢性肝炎的诊断和鉴别诊断以及判断肝炎的转归也特别有价值。急性肝炎是时DeRitis比值<1,肝硬化时DeRitis比值≥2,肝癌时DeRitis比值≥3。重症肝炎时由于大量肝细胞坏死,血中ALT逐渐下降,而胆红素却进行性升高,出现所谓“酶胆分离”现象,常是肝坏死的前兆。AST主要存在于心肌,以往多用于AMI的诊断。AMI发病6~8h即升高,48~60h达到高峰,4d~5d恢复正常。但由于AST在AMI 时升高迟于CK,恢复早于LD,故诊断AMI价值不大。在急性肝炎时,AST虽亦显著升高,但升高程度不及ALT,而在慢性肝炎,特别是肝硬化时,AST升高程度超过ALT。胆道疾患时AST亦可升高。二、g-谷氨酰转移酶及其同工酶(一)生物化学特征g-谷氨酰转移酶(g-GT或GGT)又称g-谷氨酰转肽酶(g-GTP或GGTP),是一种含巯基的线粒体酶。组织分布以肾脏含量最多,其次为胰、肺、肝等。血清中的g-GT则主要来自肝胆,红细胞中几乎无g-GT,因此溶血对其测定影响不大。(二)测定方法目前国内外多采用连续监测法测定血清g-GT活性。IFCC参考方法采用L-g-谷氨酰-3-羧基-对硝基苯胺作为底物,以甘氨酰甘氨酸(双甘肽)作为g-谷氨酰基的受体。在pH7.7的条件下,g-GT催化底物生成g-谷氨酰双甘肽和黄色的2-硝基-5-氨基苯甲酸,在410nm波长处直接连续监测,吸光度的增高速率与g-GT活性成正比关系。(三)临床意义g-GT是肝胆疾病检出阳性率最高的酶。g-GT 还可用于判断恶性肿瘤有无肝转移,肿瘤患者如有g-GT 的升高,常说明有肝转移。g-GT与乙醇的摄取量有关,对乙醇性中毒的判定有相当的价值。长期接受巴比妥类药物、含雌激素的避孕药者常有g-GT升高。用醋纤膜电泳可将g-GT同工酶分为g-GT1、g-GT2、g-GT3和g-GT4四种,正常人只见g-GT2和g-GT3。重症肝胆疾病和肝癌时常有g-GT1出现,乙醇性肝坏死和胆总管结石时常有g-GT2增加,胆总管结石及胰腺炎时g-GT2也增加。g-GT4与胆红素增高密切相关。

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83. 苗木及绿化工程;

84. 水利水能及土木工程;

85. 环境经济学;

86. 农工技术管理;

87. 低碳经济与可持续发展;

88. 离散数学;

89. 新农村学;

90. 生物系统工程;

91. 生物质能源与应用;

92. 环境健康;

93. 遗传技术及转化;

94. 生物生态技术;

95. 食品安全管理;

96. 景观绿化;

97. 两岸关系研究;

98. 精细化工;

99. 供应链管理;

100. 水产动物医学;

101. 节能与舒适应用;

102. 信息法学;

103. 国际金融管理;

104. 植物生理学;

105. 水文观测;

106. 天文学;

107. 海洋地质;

108. 农产品贸易及管理;

109. 碳经济;

110. 生物基因工程;

111. 水务经济学;

112. 科学社会研究;

113. 资源产品技术;

114. 国际环境法;

115. 气候与环境系统动力学;

116. 水利工程安全;

117. 水文与水资源;

118. 三维交互设计。

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Prompt-NLP新范式

NLP技术发展的四种范式:

Prompt的起源可以追溯到GPT-2,T5,GPT-3等的一些研究,发现在输入样本前加入一个和任务相关的 前缀 ,就可以提示模型接下来要输出的内容。比如在GPT-3的预测阶段,只需要在输入样本前加上Translate English to French: 就可以提示模型接下来要进行翻译任务,即完全依靠模型在预训练阶段学到的知识来进行预测,不需要在下游任务上再依靠task-specific的 监督数据 对模型进行fine-tune就可直接使用,一方面减少了fine-tune模型的计算和存储代价,另一方面也给样本量极度缺乏的 少样本领域(zero/few-shot) 带来了福音。

这种依靠 提示信息(Prompt) 来激发模型的内在潜能,挖掘模型在大规模预训练阶段学到的知识的做法引领了NLP领域的第四范式。人们逐渐开始思考如何更加 高效地利用 预训练语言模型的大量参数,如何将各种下游任务都统一到一个 通用框架 下,使得模型能够根据不同的提示信息进行不同的任务,从而不需要再为每个下游任务训练单独的模型。

本文将对Prompt快速发展过程中一些重要论文的核心创新点进行简要介绍,而不会详细描述过多模型细节(欲知全貌建议直接读原论文)。

论文:Exploiting Cloze Questions for Few Shot Text Classification and Natural Language Inference (2020)

该论文对Prompt模式的研究进行了规范,提出了 Pattern-Verbalizer 的概念:

比如对于5分类任务,给定输入样本 a ,对应的模板函数 P 和标签映射函数 v 可为:

注意这里多种Prompt模板函数以及答案映射函数都是 人工手动设计 的。

然后利用新构建出来的 P(x),v(l) 对预训练模型进行fine-tune,其他更多细节不再展开,实验结果显示该方法在少样本任务上表现很好。

论文:It’s Not Just Size That Matters: Small Language Models Are Also Few-Shot Learners ( PET原班人马 )

GPT-3出来后显示了其在少样本学习上的惊人能力,但是其庞大的参数量也令人望而却步。而本文作者提出 “小模型在少样本学习上也可以有卓越表现” ,直接对标GPT-3这个庞然大物,从而奠定了 PET所提范式 在江湖的霸主地位,引起了各大武林人士的关注。

该文证明了PET所提范式的有效性,同时作者还分析发现设计不同的 Prompt 模板和标签映射函数 Verbalizer 对模型性能影响较大,从而引起后来人员涌入改进Prompt模板和标签映射Verbalizer构造的浪潮中。

论文:Making Pre-trained Language Models Better Few-shot Learners

取代PET中手动构建Prompt模板和标签映射函数的过程,自动化搜索模板和标签映射,同时参考GPT-3中的in-context learning,在输入样本中加入示例(demonstrations)作为上下文,帮助模型更好地理解要做什么。

实验表明,在少样本上,这种基于prompt的fine-tune效果能够明显好于标准的fine-tune,并且在样本中加入示例确实能够带来增益。

也许未必非要构建人能理解的 离散tokens式 的Prompt,构建模型能够接受的 连续向量式 的Prompt也未尝不可。

4.1 论文: Prefix-Tuning : Optimizing Continuous Prompts for Generation

该文针对 NLG(Natural Language Generation) 任务,提出了构建连续的prompts。在预训练模型的每一层加上一个Prefix前缀矩阵,固定预训练模型的参数,仅训练前缀矩阵的参数,在few-shot设定下,性能超过标准的fine-tune。

实验结果表明,在 全量 数据下,prompt-based fine-tune的效果能够 相当 standard fine-tune;在 少样本 下,能够 超过 standard fine-tune。

4.2 论文:GPT Understands, Too ( P-tuning )

该文针对 NLU(Natural Language Understanding) 任务,也提出了构建连续的prompts。与 Prefix-tuning 不同的是,这里的prompts仅需要加在输入层,而不用加在网络的每一层,就可以work well。

利用 biLSTM 对prompts进行 Encode ,然后将编码后的 prompts embedding 和样本 x 输入预训练语言模型(PLM),之后同时fine-tune prompt embeddings 和 pretrained model 。

考虑到优化连续的prompt向量有两个问题:

因此作者提出先采用 biLSTM 作为 Prompt Encoder 来编码prompt向量。

具体Prompt模板设计为:

实验结果表明,在 全量 数据下,prompt-based fine-tune的效果能够 相当 或超过standard fine-tune。

论文:The Power of Scale for Parameter-Efficient Prompt Tuning

该文提出为每个下游任务设计自己的prompt,拼接到输入样本上,然后完全freeze预训练模型的权重,仅训练prompts对应的权重参数。发现随着模型体积的增大, Prompt-tuning 的效果逐渐追上标准 fine-tune 的效果。

这里 Model Tuning 就是指标准的 fine-tune ,即在下游任务上对预训练模型的参数进行更新。

最后对各论文实验结果的普遍规律进行一个总结。各论文采用的fine-tune策略主要有以下三种:

GPT 原理解析

GPT(Generative Pre-Training)是一个典型的两阶段式模型:无监督预训练+监督下游任务微调。而在 NLP 任务中,上游的无监督预训练任务多半采用语言模型来实现,下游的监督任务直接对上游的模型进行简单改造即可使用。

GPT 为了能够有效的抓取文本中的语义信息,使用了单向的 Transformer Decoder 模块构建标准的语言模型,再使用预训练得到的网络架构与参数进行下游监督任务的微调,取得了不错的效果。

论文: Improving Language Understanding by Generative Pre-Training

对于语料 ,GPT 构建标准的语言模型:

文章中使用 Transformer Decoder 模块加上前馈神经网络,最后使用 softmax 输出目标词的分布:

对于通过第一阶段的预训练得到的语言模型,对于特定的任务进行 fine-tuning。

对于一个监督数据集 ,其中的数据为一个序列 和一个标签 。将序列输入预训练模型后得到输出向量为 ,接着使用一个线性层来预测标签:

需极大化的似然函数为:

另外,作者发现,使用语言模型来辅助监督学习的任务进行微调,有两个好处:

所以,最终下游使用的监督模型目标函数为:

GPT 使用两阶段式模型的另外一个好处是,作者期望通过第一阶段的预训练语言模型,学习到尽可能多的自然语言信息,且对于大多数下游任务,只需要简单的修改输入而不需要修改模型架构即可完成微调。对于 NLP 中的几种主流任务,GPT 分别做了如下的变换策略:

模型还包括一些细节:

论文: Language Models are Unsupervised Multitask Learners

GPT-2 是 GPT 的直接升级版,效果惊人。相比之下,GPT-2 有如下几点改进:

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