论文浅尝 | P-Adapters: 从具有不同提示的语言模型中鲁棒地提取事实信息

笔记整理：田玺，浙江大学硕士研究生。研究方向：知识图谱、自然语言处理

论文地址：https://openreview.net/forum?id=DhzIU48OcZh，录用于ICLR2022

摘要

之前的工作发现，从大型语言模型（LLMs）中提取事实信息的质量取决于用于查询的Prompt，但用不同的Prompt来查询相同的信息应该得到相同的答案。本文作者通过引入P-Adapters来解决这一问题：一个位于LLMs的embedding层和第一个attention层之间的轻量级模型。此外，作者还研究了混合专家（MoE）模型，在从BERT和RoBERTa中提取事实信息方面，P-Adapters的表现与更复杂的MoE模型相当，同时不需要额外注释。最后，作者研究发现是获得原始自然语言Prompt的LLM embedding，特别是实体对的主语是使P-Adapters成功的重要因素。

论文动机

为了使LLMs成为有效的知识库，它们必须对用户可能提供的不同查询具有鲁棒性。然而先前的工作表明LLMs并不鲁棒：语义等同的查询可能导致不一致的预测。之前的许多工作试图为一个给定的关系找到最佳的一个或一组prompt来让模型更好地提取事实信息，而本文中，作者提出P-Adapters的模型来帮助LLMs克服这种变化性，通过将自然语言prompt改变为连续的表征，使LLMs能够准确预测事实信息。它们是端到端的优化，在训练时只需要（prompt，宾语）对，并通过学习将不同的训练prompt映射到相同的宾语，从而隐性地鼓励一致性。

图1 P-Adapters的框架

作者还研究了其他可以提高自然语言prompt一致性的模型：专家混合（MoE）模型。并在四种情况中对模型进行了评估：

1.ID模板和宾语：模板和宾语来自同一个分布。

2.OOD Prompt：不同的自然语言prompt集

3.OOD Objects：不同的实体分布。

4.OOD Keyboard Errors：有拼写错误的自然语言prompt。

最后，作者深入研究了什么使P-Adapter有效，发现保持一些原始的自然语言prompt 的embedding，特别是主语的embedding很重要。

模型

P-Adapter模型训练函数使达到最大，LLMs的预测为

有许多不同的可能参数设定，文章中描述了三个（见图2(a)）。

Rewrite P-Adapter：原始的embedding经过一个双向的LSTM和一个MLP后全部被改写，成为完全不同的embedding。

Prefix P-Adapter：原始的embedding经过Bi-LSTM、max-pool和MLP后作为原始的embedding的前缀。

P-Tuning P-Adapter：基于P-Tuning的方法，只有主语和[MASK] token的embedding保持不变，但是此方法中需要知道主语的身份。

MoE模型：由一个预测自然语言prompt实体之间关系的分类器和一个用于将预测的关系映射到典型的连续prompt的查找表组成（见图2(b)）。

Oracle方法：与MoE方法类似，只是不是使用分类器来预测关系，而是在推理时使用gold关系（见图2(b)）。

Baseline：将自然语言prompt作为输入，没有任何前缀或优化。

图2 P-Adapter、MoE和Oracle模型

实验

数据集：实体对方面，作者使用了LAMA进行评估，使用Shin等人[1]为每个关系收集的独立的实体对集进行训练和验证，对于OOD Objects的情况，使用了Cao等人[2]的uniform-wikidata数据集中的实体对；模板方面，作者使用了LAMA、LPAQA和ParaRel数据集，并使用Lee等人[3]的BERT词汇替换系统为每个模板生成五个改述来补充ParaRel模板，将这些模板分成两个同等大小的组，一个用于训练，一个用于OOD Prompt评估，OOD Keyboard Errors的情况，作者使用了训练的模板，然后使用nlpaug包在每个模板中引入至少一个拼写错误。

评价指标为P@1和一致性，一致性定义为

其中，

表1中为BERT Base的实验结果，BERT Large和RoBERTa Large的结果显示了类似的趋势，详细见文章附录。在所有的评估设置中，优化的prompt比自然语言的prompt有更高的精确度。

表1 BERT Base的P@1和一致性实验结果

从表1的结果中观察到，让LLM访问其未修改的自然语言prompt的embedding是有帮助的。因此作者进行了消融实验，探究自然语言prompt的哪一部分是需要保留的。

图3（左）显示了LLM的哪些embedding是重要的，可以保持不修改。作者得出结论，prompt中主语token的embedding不被修改使得P-Adapter表现突出，但需要在训练和推理时知道主语token的索引，这与之前不使用额外注释的要求相矛盾。因此，作者提出了另一种版本的P-Adapter将未经修改的LLM的自然语言prompt加入到P-Adapter的输出中，如下：

图3（右）显示了α等于0.5时，模型表现最好。当主语和[MASK] token被替换进来时，尽管表现比P-Tuning P-Adapter差，但优于Rewrite P-Adapter。

图3 左图为LLM的哪些embedding是重要的，可以保持不修改。右图为不同的α与P-Tuning P-Adapter和Rewrite P-Adapter进行比较。

参考文献

[1] Auto- Prompt: Eliciting Knowledge from Language Models with Automatically Generated Prompts. (EMNLP2020)

[2] Knowledgeable or educated guess? revisiting language models as knowledge bases. (ACL2021)

[3] Swords: A benchmark for lexical substitution with improved data coverage and quality. (NAACL2021)

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