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学大模型的Scott

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AI学术论文研读播客

23.10.2024

LightRAG：通过引入图结构来提升大型语言模型（LLM）的准确性和效率

年轻男性::大家好，欢迎收听本期的PaperReview。这里是学大模型的Scott。今天，我们将深入探讨一篇由香港大学黄超团队最近发表的重要论文《LIGHTRAG: SIMPLE AND FAST RETRIEVAL-AUGMENTED GENERATION》。这篇论文提出了一种新颖的检索增强生成（RAG）系统，旨在通过引入图结构来提升大型语言模型（LLM）的准确性和效率。黄超老师的团队在GitHub上开源了LightRAG，这一项目受到了广泛的关注，黄超老师本身也是年轻有为。今天，我们很荣幸邀请到一位嘉宾，欢迎。年轻女性::大家好，非常高兴能和大家一起讨论这篇论文。年轻男性::首先，让我们来了解一下这篇论文所解决的核心问题。现有的RAG系统有哪些主要局限性，而LightRAG又是如何克服这些问题的呢？年轻女性::现有的RAG系统通常存在两个主要问题。首先，许多系统依赖于扁平的数据表示，这限制了它们理解和基于实体之间复杂关系检索信息的能力。其次，它们往往缺乏足够的上下文意识，导致生成的回答碎片化且不连贯。无法从多个来源综合信息并理解其相互依赖性是一个关键弱点。年轻男性::那么，LightRAG是如何利用图结构来解决这些问题的呢？年轻女性::LightRAG采用了一个三步过程来进行基于图的文本索引。首先，它将文档分割成更小的块，并使用LLM提取实体及其关系。这创建了一个知识图谱，其中实体是节点，关系是边。其次，LLM为每个节点和边生成键值对，使用简洁的键进行高效检索，并使用更详细的值来提供上下文。最后，去重步骤合并来自不同块的相同实体和关系，优化图以提高效率。年轻男性::论文中提到的双层检索范式是如何增强检索过程的呢？年轻女性::双层系统区分了低层和高层检索。低层检索专注于特定实体及其直接关系的精确信息，回答细节导向的查询。高层检索则针对更广泛的主题和主题，汇总多个实体的信息以回答更具概念性的问题。这种组合确保了对各种查询类型的全面覆盖。年轻男性::图结构和向量表示的结合似乎对效率至关重要。你能解释一下这在实践中是如何工作的吗？年轻女性::系统从查询中提取局部（特定实体）和全局（基于关系的）关键词。局部关键词与向量数据库中的实体匹配，而全局关键词与关系匹配。此外，系统还检索与检索元素局部子图中的相邻节点，结合高阶相关性以增强结果。这种综合方法利用了图结构和向量搜索的优势，实现了高效且全面的检索。年轻男性::论文强调了增量更新的重要性。LightRAG是如何在不完全重新索引的情况下处理新数据的集成呢？年轻女性::LightRAG的增量更新算法使用相同的基于图的索引步骤处理新文档。生成的新的图随后与现有图合并，只需简单地取节点和边的并集。这避免了重建整个索引的计算密集型过程，允许快速适应新数据的同时保持准确性。年轻男性::在评估部分，LightRAG与几个基线进行了比较。关于LightRAG的性能，有哪些关键发现？年轻女性::LightRAG在处理大型数据集和复杂查询时，始终优于基线。它在全面性、多样性和生成响应的赋能方面显示出显著优势。双层检索和基于图的索引被证明对这种卓越性能至关重要。LightRAG还展示了显著更低的计算成本，特别是在增量更新期间，相比其他基于图的方法。年轻男性::消融研究进一步提供了深入的见解。它们揭示了双层检索和基于图的索引的重要性吗？年轻女性::是的，消融研究证实了这两个组件的关键作用。移除高层或低层检索都会显著降低性能。结合两者的混合方法被证明是最优的。有趣的是，在检索过程中移除原始文本对性能影响不大，这表明图有效地捕捉了必要的信息。年轻男性::论文还包括案例研究。这些研究是否进一步支持了定量评估的发现？年轻女性::是的，案例研究提供了定性证据，支持定量结果。LightRAG在处理复杂查询和综合多来源信息方面，始终生成更全面、多样和赋能的答案，展示了其有效性。年轻男性::对于从事RAG系统的实践者来说，这篇研究有哪些关键启示？年轻女性::LightRAG展示了将图结构引入RAG系统的显著优势。双层检索范式和高效的增量更新算法提供了一个强大的组合，以提高准确性和效率。结果表明，基于图的方法在处理大规模语料库和需要深入理解实体间关系的复杂查询时特别有利。年轻男性::LightRAG有哪些局限性或未来的研究方向？年轻女性::尽管LightRAG显示出有希望的结果，但进一步研究可以探索更复杂的图嵌入技术和更高级的处理噪声或不完整数据的方法。扩展系统到更大的数据集和探索不同的LLM架构也可能是未来工作的有益方向。研究不同图结构的影响和探索自动确定低层和高层检索之间最佳平衡的方法也将是有价值的。年轻男性::论文提到LightRAG是开源的。这如何为更广泛的研究社区做出贡献？年轻女性::LightRAG的开源性质允许其他研究人员轻松复制实验、扩展工作并基于所提出的框架进行构建。这促进了协作，并加速了RAG领域的进展，可能会带来进一步的进步。年轻男性::考虑到计算成本分析，LightRAG在效率和可扩展性方面与现有方法相比如何？年轻女性::LightRAG在增量更新期间展示了显著更低的计算成本，相比基线。其高效的检索机制和避免完全重新索引使其在处理大型数据集和高查询量时更具可扩展性和成本效益。这对于资源效率至关重要的实际应用是一个关键优势。年轻男性::最后，这篇研究对RAG领域最重要的贡献是什么？年轻女性::最重要的贡献是展示了将图结构集成到RAG系统中以提高准确性、效率和可扩展性的实际好处。LightRAG提供了一个具体且可用的框架，展示了这种方法的潜力，为未来更先进和高效的RAG系统铺平了道路。年轻男性::感谢大家的收听，也感谢我们的嘉宾参与讨论。希望今天的节目能为大家带来启发。我们下期再见！

6 min.
20.10.2024

LLMs for Business Intelligence

Summary These sources explore the evolving landscape of business intelligence (BI) and how the integration of Artificial Intelligence (AI) is revolutionising the way businesses use data. They focus on the benefits of AI in BI, such as improved decision-making, data exploration, and insights generation. The sources highlight the challenges associated with implementing AI in BI, including concerns about data quality, security, and user adoption. They analyse the various architectures of hybrid AI-driven BI systems, outlining the strengths and weaknesses of rule-based and AI-powered approaches. The sources also investigate the potential of Large Language Models (LLMs) in streamlining data analysis and reporting through natural language processing and text-to-SQL methodologies. They provide valuable insights into the current state-of-the-art LLM-based approaches, including DIN-SQL, DSP, NSQL, GPT, CoPilot, and LLaMa, comparing their performance and cost-effectiveness. Overall, the sources emphasize the importance of adopting a hybrid approach, combining the precision of rule-based systems with the flexibility and adaptability of AI, to unlock the true potential of data for strategic decision-making.

11 min.
20.10.2024

nGPT：normalized Transformer将模型所有向量归一化到单位范数超球面上

年轻男性:: 大家好，欢迎收听本期的PaperReview。这里是学大模型的Scott。今天，我们将深入探讨一篇最近在arXiv上发表的论文，介绍了一种名为NGPT的归一化Transformer架构。对于我们的专家听众，我们将跳过介绍性材料，直接聚焦于核心创新及其现实意义。NGPT相比标准Transformer有哪些关键的架构修改，为什么它们如此重要？年轻女性:: 核心创新在于在整个网络中对所有向量（包括嵌入、MLP输出、注意力矩阵和隐藏状态）应用了一致的单位范数归一化。这迫使所有向量表示都位于单位超球面上。其重要性源于几个因素。首先，矩阵-向量乘法变成了余弦相似度计算，其值自然界于-1和1之间，提高了数值稳定性和潜在的梯度消失/爆炸问题。其次，这种归一化隐含地正则化了模型，消除了对显式权重衰减的需求。第三，它使我们能够将Transformer的操作视为超球面上的多步优化过程。年轻男性:: 论文提到Transformer作为变量度量优化器的作用。你能详细解释一下这种解释在NGPT超球面表示中的含义吗？年轻女性:: 在NGPT中，每一层在超球面上执行两步优化。注意力块和MLP块提出了对隐藏状态的更新（位移），代表梯度信息。可学习的特征学习率（αA和αM）控制这些更新在每个嵌入维度上的幅度。这类似于变量度量优化器，其中特征学习率形成了可学习矩阵的对角线，近似于逆Hessian矩阵。归一化步骤作为重投影，将更新后的隐藏状态投影回超球面。这一框架为Transformer的优化动态提供了新的视角。年轻男性:: 论文强调了训练速度的显著提升。超球面表示如何促成这种更快的收敛？年轻女性:: 多种因素共同促成了更快的收敛。归一化带来的固有正则化减少了广泛调优的需求，并可能避免陷入不良局部最小值。余弦相似度的有界性简化了优化景观。变量度量方法由特征学习率指导，使模型能够沿不同嵌入维度调整步长，从而更高效地探索参数空间。年轻男性:: 实验结果显示加速因子从4倍到20倍不等。这些发现是否有任何注意事项或局限性？哪些因素可能影响加速的幅度？年轻女性:: 加速与上下文长度相关，序列越长，加速越大。对于较短的序列，归一化的开销更为显著。论文指出，NGPT每步的时间高于标准GPT，但随着模型规模的增大，这一差距有望缩小，因为存在优化机会。使用的数据集（OpenWebText）也是一个因素；在其他数据集上的结果可能有所不同。最后，最长运行中观察到的饱和现象表明，可能存在与参数数量相关的容量限制。年轻男性:: 论文分析了GPT和NGPT中注意力矩阵和MLP矩阵的条件数。这一分析提供了哪些见解？年轻女性:: 分析显示，GPT的注意力矩阵具有显著更高的条件数，表明潜在的秩不足和病态条件。NGPT由于其固有的归一化，表现出低得多的条件数，表明数值稳定性提高，潜在的学习能力更好。这一差异突显了超球面表示在缓解高维矩阵的数值问题方面的优势。年轻男性:: 论文探讨了几项消融研究。关于可学习缩放因子和QK归一化的重要性，这些实验的关键收获是什么？年轻女性:: 消融研究表明，尽管可学习的缩放因子（sqk, su, sv, sz）提高了性能，但更简单的配置（例如使用单一标量而非每个元素的向量）仅导致轻微的准确性下降。这表明可学习缩放因子的全部复杂性可能并非严格必要。同样，移除QK归一化仅导致轻微的性能下降，提供了计算效率和准确性之间的潜在权衡。年轻男性:: NGPT与现有的超球面表示学习工作有何关联？年轻女性:: NGPT建立在先前研究的基础上，这些研究证明了超球面表示在提高训练稳定性和嵌入分离性方面的优势。然而，NGPT通过在整个架构中一致地应用这一原则，而不仅仅是在嵌入上，区别于以往的工作。明确纳入可学习的特征学习率和将Transformer解释为变量度量优化器也是新颖的贡献。年轻男性:: 基于NGPT，有哪些有前景的未来研究方向？年轻女性:: 将NGPT扩展到更大规模的数据集和模型是一个自然的下一步。将架构扩展到编码器-解码器模型，并探索其在语言建模之外的多样化任务中的适用性也是重要的方向。进一步研究超球面上的优化动态，可能利用黎曼优化技术，可能带来额外的见解和改进。最后，对特征学习率和缩放因子的学习分布进行更深入的理解，可能带来更高效的训练策略。年轻男性:: 这是一次非常深入的讨论，关于NGPT架构。感谢大家的收听，我们下期再见！

5 min.
20.10.2024

RoBERTa：通过优化BERT的预训练过程，实现更强大的语言模型

年轻男性:: 大家好，欢迎收听本期的PaperReview。这里是学大模型的Scott。今天，我们将深入探讨一篇在自然语言处理领域的重要论文《RoBERTa: A Robustly Optimized BERT Pretraining Approach》。这篇由Yinhan Liu等人撰写的论文，首次发表于2019年，展示了如何通过优化BERT的预训练过程，实现更强大的语言模型。我们今天有幸邀请到一位嘉宾，欢迎。年轻女性:: 大家好，非常高兴能和大家一起讨论这篇论文。年轻男性:: 首先，让我们来谈谈这篇论文的核心问题。作者们发现了BERT预训练过程中的一些局限性，具体是什么？年轻女性:: 作者们发现BERT在预训练过程中存在显著的欠训练问题。他们指出，超参数选择和训练数据规模等因素在原始BERT论文中并未得到充分探索。他们的目标是系统地研究这些方面，并开发一种更稳健和优化的预训练方法。此外，他们还提到了在比较不同语言模型预训练方法时，由于训练数据和计算资源的差异，存在一定的挑战。年轻男性:: 论文中提到了对BERT预训练过程的几项关键修改。你能详细介绍一下这些修改及其背后的原因吗？年轻女性:: 当然。这些关键修改包括：（1）更长时间的训练，使用更大的批量和更多的数据；（2）移除下一个句子预测（NSP）目标；（3）在更长的序列上进行训练；（4）在训练过程中动态改变掩码模式。这些修改的动机来自于对它们对模型性能影响的仔细实证评估。例如，更长时间的训练和更大的批量可以更好地探索参数空间并提高泛化能力。移除NSP被发现可以提高性能，这与原始BERT论文中的发现相反。更长的序列允许模型捕捉更长的依赖关系，而动态掩码则防止了对单一掩码模式的过拟合。年轻男性:: 论文还引入了一个新的数据集CC-NEWS。它在研究中的重要性是什么？年轻女性:: CC-NEWS是从CommonCrawl News数据集中提取的，它的重要性在于它允许更好地控制训练数据规模的影响。作者们希望匹配其他研究中使用的私有数据集的规模和质量，从而实现更公平的比较。使用一个大规模的公开数据集也增强了研究的可重复性和透明度。年轻男性:: 论文评估了改进后的模型RoBERTa在多个下游任务上的表现。使用了哪些基准测试，主要发现是什么？年轻女性:: RoBERTa在GLUE、SQuAD和RACE基准测试上进行了评估。结果显示，在许多这些任务上，RoBERTa显著优于原始BERT和其他最先进的模型。具体来说，RoBERTa在GLUE上取得了最先进的结果，通常不需要使用竞争模型所采用的多任务微调。在SQuAD上，RoBERTa也取得了最先进的结果，甚至不需要其他顶级模型使用的数据增强技术。类似的改进在RACE基准测试上也得到了观察。年轻男性:: 论文强调了看似微小的设计选择的重要性。这些选择在实现改进性能方面有多重要？年轻女性:: 论文强烈表明，这些“微小”的设计选择远非不重要。RoBERTa取得的改进表明，仔细的超参数调优、数据规模和训练持续时间是实现最佳性能的关键因素。这些结果挑战了仅通过架构创新推动进展的观点，强调了稳健和精心调优的训练过程的重要性。年轻男性:: 这项研究对自然语言处理领域的更广泛影响是什么？年轻女性:: 这项研究强调了更严格和系统地评估预训练方法的必要性。RoBERTa的成功，通过仔细调优和增加训练资源实现，表明通过关注这些方面而不是仅仅追求新颖的架构，可能实现进一步的改进。RoBERTa模型的发布和代码的公开也促进了领域的可重复性和进一步研究。研究结果还提出了关于架构创新与精心训练过程在实现最先进结果中的相对重要性的问题。年轻男性:: 论文讨论了不同的输入格式和下一个句子预测（NSP）目标的作用。关于这些方面的关键发现是什么？年轻女性:: 比较不同输入格式（段落对、句子对、完整句子、文档句子）和包含/排除NSP目标的实验表明，移除NSP并使用完整句子或文档句子输入可以提高性能。这与早期的发现相矛盾，作者们将其归因于NSP目标在捕捉长距离依赖关系方面的潜在局限性，以及在更长、更连贯的文本段落上训练的好处。年轻男性:: 论文还探讨了大批量的影响。关于这一方面的观察是什么？年轻女性:: 实验显示，增加批量大小（256、2K、8K），同时适当调整学习率，可以提高困惑度和下游任务的准确性。这与深度学习其他领域的发现一致，表明大批量训练在优化和泛化方面的优势。作者们还指出，更大的批量更容易并行化，从而缩短训练时间。年轻男性:: 文本编码的选择（字节对编码）也在论文中讨论。这一选择在RoBERTa模型中的重要性是什么？年轻女性:: 作者们选择了字节级BPE词汇表，遵循Radford等人的方法。虽然与字符级BPE相比，性能差异相对较小，但字节级编码的优势在于可以处理任何输入文本，而不会引入“未知”标记，使其成为一种更稳健和通用的编码方案。年轻男性:: 论文提到了训练持续时间和数据规模的重要性。这些因素如何促成了RoBERTa的成功？年轻女性:: 作者们系统地增加了训练持续时间（步数）和数据规模，观察到下游任务性能的持续改进。这突显了扩展训练资源以实现更好的泛化和性能的重要性。结果表明，即使在大量训练的情况下，模型也没有显示出过拟合的迹象，表明通过更多数据和训练时间可能实现进一步的改进。年轻男性:: 论文将RoBERTa与其他最先进的模型如XLNet进行了比较。RoBERTa的关键差异和比较优势是什么？年轻女性:: 尽管XLNet使用了不同的预训练目标（扰动自回归语言建模），RoBERTa证明了BERT的掩码语言建模目标，在适当优化的情况下，可以实现可比甚至更优的性能。RoBERTa的成功主要归因于超参数的仔细调优和使用更多的训练数据。年轻男性:: 论文讨论了针对某些GLUE任务（如QNLI和WNLI）的任务特定修改。你能详细介绍一下这些修改及其背后的原因吗？年轻女性:: 对于QNLI，作者们采用了成对排序的方法，这在最近的GLUE提交中很常见。这简化了任务，但使得与原始BERT的直接比较更具挑战性。对于WNLI，他们使用了SuperGLUE的重新格式化数据集，并采用了边际排序损失，专注于正样本训练，因为原始数据格式带来了挑战。这些修改突显了在特定下游任务上实现最佳性能的复杂性。年轻男性:: 最后，这篇研究的关键收获是什么，有哪些潜在的未来研究方向？年轻女性:: 关键收获是，对预训练过程中看似微小的细节的仔细关注，如超参数调优、数据规模和训练持续时间，可以带来显著的性能提升。RoBERTa的成功表明了稳健和精心调优的训练过程的重要性，挑战了仅关注架构创新的观点。未来的研究可以探索更大的模型、更多样化的数据集和更复杂的训练技术，以进一步推动语言模型预训练的边界。研究数据规模和多样性之间的相互作用也将是有价值的。年轻男性:: 感谢大家的收听，也感谢嘉宾的精彩分享。我们下期再见！

8 min.
12.10.2024

XLNet：在自回归语言建模和自编码方法之间架起桥梁

年轻男性:: 首先，让我们从XLNet试图解决的核心问题开始。现有的预训练方法有哪些不足之处，促使了这项研究的出现？年轻女性:: 现有的方法如BERT虽然取得了顶尖的成绩，但存在一些关键的局限性。BERT基于去噪自编码，在预训练过程中使用掩码标记，这导致了预训练和微调阶段之间的差异。此外，BERT依赖于掩码，忽略了掩码位置之间的依赖关系，使其独立性假设过于简化自然语言中的复杂关系。另一方面，自回归（AR）模型缺乏有效建模双向上下文的能力。XLNet旨在克服这些局限性。年轻男性:: 那么，XLNet是如何在自回归语言建模和自编码方法之间架起桥梁的呢？它的核心创新是什么？年轻女性:: XLNet的核心创新在于其排列语言建模目标。与传统的AR模型使用固定的前向或后向分解顺序不同，XLNet最大化所有可能的分解顺序的期望似然。这使得模型能够隐式地学习双向上下文，因为每个位置在期望中都能看到来自所有其他位置的上下文信息。年轻男性:: 这是一个优雅的解决方案。但这种方法如何避免BERT中固有的预训练-微调差异呢？年轻女性:: 因为XLNet是一种广义的自回归模型，它不依赖于输入标记的人工掩码。训练目标是纯粹的自回归，消除了预训练和微调数据分布之间的不匹配。这也使得预测标记的联合概率的自然分解成为可能，避免了BERT的独立性假设。年轻男性:: 论文中提到XLNet集成了Transformer-XL的思想。这种集成如何增强XLNet在处理较长序列时的性能？年轻女性:: Transformer-XL的段落递归机制和相对编码方案显著提高了XLNet处理较长序列的能力。递归机制允许模型重用前一段的隐藏状态，有效地扩展了其上下文窗口。相对位置编码进一步增强了泛化能力，并允许在下游任务中建模多个段落。年轻男性:: XLNet架构中使用了双流自注意力机制。你能详细说明它在实现目标感知表示和解决排列语言建模中的固有模糊性方面的作用吗？年轻女性:: 将Transformer直接应用于排列建模会导致模糊性，因为分解顺序是任意的。双流机制解决了这个问题。一个流是“内容流”，它同时编码上下文和目标标记本身。另一个是“查询流”，它只访问上下文和位置，不访问目标标记的内容。这使得模型能够在不简化目标的同时，仍然利用完整的上下文信息进行其他预测。年轻男性:: 论文在各种任务上展示了显著的性能提升。你能总结一下关键的实证发现，并讨论这对NLP领域的意义吗？年轻女性:: XLNet在包括问答、自然语言推理、情感分析和文档排序在内的广泛任务上始终优于BERT。这些结果展示了排列语言建模目标和架构改进的有效性。这表明了一种强大的新预训练方法，解决了以前方法的关键局限性，并为语言理解研究开辟了新的途径。年轻男性:: 消融研究至关重要。关于XLNet性能的不同设计选择的贡献，关键发现是什么？年轻女性:: 消融研究确认了排列语言建模目标和Transformer-XL架构的重要性。移除记忆缓存机制显著降低了性能，尤其是在涉及较长上下文的任务中。基于跨度的预测和双向输入管道也至关重要。有趣的是，BERT中使用的下一句预测目标在XLNet设置中并没有提供一致的改进。年轻男性:: 论文提到了相关工作，特别是无序NADE。XLNet如何与这些先前的方法区分开来？年轻女性:: 虽然先前的排列模型旨在改进密度估计，但XLNet的主要动机是使AR模型能够学习双向上下文。从技术上讲，XLNet通过双流注意力将目标位置纳入隐藏状态，而先前的模型依赖于隐式位置意识。“无序”指的是分解顺序，而不是输入序列顺序，这对微调至关重要。年轻男性:: 这项研究有哪些局限性或未来工作的潜在领域？年轻女性:: 尽管XLNet展示了显著的改进，但仍有进一步改进的空间。探索替代的排列采样策略、研究更高效的训练方法以及将方法扩展到文本以外的其他模态都是未来研究的有前途的途径。XLNet的训练计算成本也是一个考虑因素。年轻男性:: 论文讨论了部分预测。这种策略如何有助于XLNet的有效性，并与BERT的方法相比如何？年轻女性:: 两者都使用部分预测来减少优化的难度。然而，BERT的独立性假设阻止了它建模目标标记之间的依赖关系。XLNet作为自回归模型，自然地捕捉这些依赖关系，从而提供更丰富的训练信号和更好的泛化能力。年轻男性:: 相对位置编码和相对段落编码的使用值得注意。与绝对编码相比，这种方法有哪些优势？年轻女性:: 相对编码通过关注位置之间的关系而不是绝对位置来提高泛化能力。这对于处理可变长度的序列和多个段落特别有益。相对段落编码还允许在具有多个输入段落的任务上进行微调，而不仅仅是两个段落。年轻男性:: 论文提到使用多种数据集进行预训练和评估。数据集的选择如何影响结果，这对数据效率有何影响？年轻女性:: 使用多样化和大规模的数据集，包括BooksCorpus、Wikipedia、Giga5、ClueWeb和Common Crawl，有助于XLNet的强大性能。结果表明，XLNet在数据效率方面相对较高，即使在有大量监督数据的任务上也取得了显著的提升。这突显了预训练目标在学习鲁棒和可泛化表示方面的力量。年轻男性:: 最后，对于自然语言处理领域的从业者来说，这项研究的关键收获是什么？年轻女性:: XLNet为现有的预训练方法提供了一个引人注目的替代方案，解决了关键的局限性，并在各种NLP任务上取得了顶尖的成绩。其排列语言建模目标与双流注意力和Transformer-XL集成的架构改进相结合，提供了一个强大的框架，用于学习鲁棒和可泛化的语言表示。从业者应考虑将XLNet作为各种NLP应用的强大基线。年轻男性:: 感谢你带来如此深入的讨论。年轻女性:: 谢谢，很高兴能参与这次讨论。

7 min.
12.10.2024

UniLM：同时处理自然语言理解和生成任务的统一预训练语言模型

年轻男性:: 大家好，欢迎收听本期的PaperReview。这里是学大模型的Scott。今天，我们将深入探讨一篇在自然语言处理领域具有里程碑意义的论文《Unified Language Model Pre-training for Natural Language Understanding and Generation》。这篇由微软研究院发表于2019年的论文，介绍了UNILM，一个能够同时处理自然语言理解和生成任务的统一预训练语言模型。我们今天有幸邀请到一位嘉宾，欢迎。年轻女性:: 大家好，非常高兴能和大家一起讨论这篇开创性的论文。年轻男性:: 首先，让我们来谈谈现有预训练语言模型的主要局限性。现有的模型通常专注于自然语言理解（NLU）或自然语言生成（NLG）中的某一项。例如，BERT在NLU方面表现出色，但在NLG方面却表现不佳，因为它是一个双向模型。相反，像GPT这样的模型在NLG方面很强，但在NLU方面却缺乏双向上下文理解。UNILM旨在解决这些局限性，通过在一个模型中统一这些方法。年轻女性:: 是的，UNILM通过使用共享的Transformer网络，并在三种语言建模任务上进行预训练来实现这一目标：单向、双向和序列到序列预测。关键在于使用自注意力掩码，这些掩码控制模型在预测时关注的上下文，使其能够适应每项任务的具体需求。年轻男性:: UNILM的三个主要优势是什么？这些优势对NLP从业者有哪些实际影响？年轻女性:: 首先，统一的预训练减少了为NLU和NLG任务分别部署模型的需求，简化了部署和资源管理。其次，跨任务的参数共享使得模型能够学习到更健壮和通用的表示，减少了过拟合的风险。第三，序列到序列的能力使得UNILM可以直接应用于各种NLG任务，如摘要和问题生成，而不需要进行显著的架构修改。年轻男性:: 实验结果非常令人印象深刻，UNILM在多个NLU和NLG基准测试中都达到了最先进的性能。你能列举一些UNILM取得的最显著的改进吗？年轻女性:: 当然，UNILM在抽象摘要方面取得了显著的改进，例如在CNN/DailyMail数据集上，ROUGE-L分数提高了2.04分，在Gigaword数据集上提高了0.86分。在问答任务中，UNILM显著提升了CoQA生成问答的F1分数，提高了37.1分。此外，在SQuAD问题生成任务中，BLEU-4分数提高了3.75分，在DSTC7对话响应生成任务中，NIST-4分数接近人类表现。年轻男性:: 论文中详细介绍了预训练的设置，包括使用的数据集和超参数。哪些方面对UNILM的成功至关重要？在预训练过程中遇到了哪些意外的发现或挑战？年轻女性:: 联合预训练多个语言建模目标是非常关键的。具体来说，这些目标的权重（1/3双向，1/3序列到序列，1/6分别用于从左到右和从右到左）是通过实验确定的。使用大型语料库（如英文维基百科和BookCorpus）和大型模型（340M参数）也是至关重要的。挑战包括在训练过程中平衡不同的目标，以及管理如此大型模型的计算资源。年轻男性:: 论文还讨论了如何对UNILM进行微调以适应各种下游任务。采用了哪些策略来适应不同的NLU和NLG任务？是否有任何任务特定的修改或超参数调整？年轻女性:: 对于NLU任务，UNILM被微调为一个双向编码器，类似于BERT，并添加了任务特定的输出层。对于NLG任务，序列到序列的预训练使得适应变得简单，主要涉及调整掩码概率和学习率、批量大小等超参数。在某些情况下，还使用了任务特定的数据增强技术。年轻男性:: 论文提到使用自注意力掩码来控制上下文访问。你能详细说明用于每个预训练目标的不同掩码配置以及它们如何影响生成的表示吗？年轻女性:: 双向语言模型使用零掩码，允许所有标记相互关注。单向语言模型（从左到右和从右到左）使用三角形掩码，分别限制对过去或未来上下文的关注。序列到序列语言模型使用更复杂的掩码，允许目标序列关注源序列及其自身的过去上下文，但不关注其未来上下文。这些不同的掩码塑造了学习的表示，使模型能够处理单向和双向上下文。年轻男性:: UNILM在GLUE基准测试中的表现也值得一提。与BERT相比，UNILM的表现如何？从这种比较中可以得出什么见解？年轻女性:: UNILM在GLUE基准测试中与BERT表现相当，这表明其在NLU任务中的有效性。这表明统一的预训练方法在不影响传统NLU基准测试性能的同时，还启用了NLG能力。年轻男性:: 论文简要提到了未来的工作。有哪些最有希望的扩展和改进UNILM的方向？年轻女性:: 未来的工作包括扩大模型和训练数据的规模，探索多语言支持，以及研究多任务微调以同时适应NLU和NLG任务。进一步的研究还可以集中在分析学习的表示和理解不同预训练目标之间的相互作用上。年轻男性:: 论文中提到了不同任务的不同评估指标。这些指标是如何选择的？它们在评估UNILM整体性能方面有哪些局限性？年轻女性:: 指标的选择是任务特定的。例如，摘要任务使用ROUGE分数，问题生成任务使用BLEU和METEOR，问答任务使用准确率和F1分数。这些指标有其局限性，它们不能完全捕捉流畅性、连贯性和语义准确性等年轻男性:: 论文中关于问题生成任务的讨论特别有趣。UNILM生成的数据如何影响问答模型的性能？年轻女性:: 自动生成的问答对显著提高了问答模型的性能。这突显了UNILM在数据增强和半监督学习方面的潜力。在微调过程中使用双向掩码语言建模作为辅助任务进一步增强了结果，这表明了一种减轻灾难性遗忘的策略。年轻男性:: 论文还包括一个关于长文本生成的案例研究。这个案例研究的关键观察是什么？它们如何与UNILM的整体能力相关？年轻女性:: 案例研究展示了UNILM生成流畅且上下文相关长文本样本的能力。生成的文本在风格上与输入文本保持一致，表明UNILM能够有效捕捉体裁和主题信息。这展示了UNILM在各种文本生成应用中的潜力，而不仅仅局限于论文中评估的具体基准。年轻男性:: 总结一下，UNILM提出了一种将NLU和NLG统一在一个预训练语言模型中的引人注目的方法。它在多个基准测试中的出色表现及其未来的扩展潜力使其成为该领域的重要贡献。感谢大家的收听。年轻女性:: 谢谢大家，我们下期再见。

7 min.
09.10.2024

Sparse Transformers应对处理长序列所面临的计算和内存瓶颈

旁白::Sparse Transformers应对处理长序列所面临的计算和内存瓶颈年轻男性:: 大家好，欢迎收听本期的PaperReview。这里是学大模型的Scott。今天，我们将深入探讨一篇在自然语言处理领域具有重要意义的论文《Generating Long Sequences with Sparse Transformers》。这篇论文由OpenAI的研究团队撰写，首次发表于2019年，提出了一种名为Sparse Transformer的新型架构，旨在解决传统Transformer在处理长序列时面临的计算和内存瓶颈。我们今天有幸邀请到一位嘉宾，欢迎。年轻女性:: 大家好，非常高兴能和大家一起讨论这篇论文。年轻男性:: 首先，让我们从核心问题开始：传统Transformer在处理非常长的序列时有哪些局限性？年轻女性:: 传统Transformer虽然在许多任务中表现出色，但在处理长序列时存在计算瓶颈。自注意力机制需要计算序列中所有token之间的成对关系，这导致了O(n²)的时间和内存复杂度，其中'n'是序列长度。这种复杂度在序列长度超过一定阈值时变得难以承受，限制了其在涉及长程依赖任务中的应用。年轻男性:: 那么，这篇论文提出的Sparse Transformer是如何解决这个问题的呢？年轻女性:: 论文的核心创新在于引入了稀疏注意力矩阵的分解。与计算所有token之间的注意力不同，Sparse Transformer只计算部分token之间的注意力，从而将复杂度降低到O(n√n)，这是一个显著的改进。这一改进是通过几种精心设计的稀疏注意力模式实现的。年轻男性:: 论文中提到了几种稀疏注意力模式，比如“跨步”和“固定”模式。你能详细解释一下它们的区别以及各自的优缺点吗？年轻女性:: “跨步”注意力模式适用于具有内在空间结构的数据，如图像或音乐。它将序列分成跨步，计算每个跨步内的注意力以及跨步之间的注意力。而“固定”模式则更通用，适用于缺乏明确空间结构的数据，如文本。它使用预定义的模式连接token，确保全局上下文的同时保持稀疏性。跨步注意力速度更快，但对非结构化数据可能效果较差；固定注意力更灵活，但速度稍慢。年轻男性:: 除了稀疏注意力，Sparse Transformer还引入了哪些架构上的变化？年轻女性:: 论文中还包含了几项其他改进。重新设计的残差块和权重初始化方案有助于训练非常深的网络。开发了高效的稀疏注意力内核以加快计算速度。最重要的是，在反向传播过程中重新计算注意力矩阵，显著减少了内存使用。这些综合改进使得训练具有数百层的模型成为可能。年轻男性:: 论文展示了Sparse Transformer在图像、文本和音频等多种模态上的有效性。你能介绍一下一些关键结果以及与现有最先进模型的比较吗？年轻女性:: Sparse Transformer在多个基准数据集上取得了最先进的结果。在CIFAR-10上，它在每维比特数方面优于之前的方法。在Enwik8（文本）上，它与更大规模的Transformer-XL模型性能相当。在ImageNet 64x64上，它也达到了最先进的压缩效果。在古典音乐数据集上的结果展示了其建模超过一百万个时间步长的序列的能力，展示了该方法的可扩展性。年轻男性:: 能够处理超过一百万个时间步长的序列确实令人印象深刻。这对未来的研究和应用有什么影响？年轻女性:: 这种可扩展性为未来的研究和应用开辟了令人兴奋的可能性。它允许在各种领域中建模极长的依赖关系，从而实现更准确和细致的模型。应用范围可能从改进语言建模和机器翻译到更复杂的音频和视频生成，甚至包括科学应用中的复杂时间序列数据建模。年轻男性:: 论文中提到了混合精度训练的使用。这对训练过程的效率有何贡献？年轻女性:: 混合精度训练使用单精度和半精度浮点数，利用现代GPU上的Tensor Core操作。这显著加速了计算，特别是对于计算密集型的注意力机制。它是训练如此大规模和深度模型的重要组成部分。年轻男性:: 论文中的注意力模式可视化（图2）非常具有启发性。这些可视化揭示了深度网络中注意力的哪些特性？年轻女性:: 可视化显示，即使在标准Transformer中，注意力模式也常常表现出稀疏性。早期层倾向于学习类似于卷积的局部连接模式，而更深层则显示出更复杂、全局和数据依赖的稀疏性。这一观察进一步证明了探索稀疏注意力机制的合理性。年轻男性:: 论文强调了学习到的位置嵌入的重要性。位置嵌入的选择如何影响模型在不同数据类型上的性能？年轻女性:: 位置嵌入的选择对于适应不同数据类型至关重要。对于图像，使用了编码空间坐标的嵌入。对于文本和音频，使用了反映因子化注意力模式结构的注意力嵌入。这些定制的嵌入帮助模型有效地整合位置信息并学习长程依赖。年轻男性:: 梯度检查点是另一个关键的内存优化策略。你能解释一下这项技术是如何工作的，以及它对内存使用的影响吗？年轻女性:: 梯度检查点是一种节省内存的技术，在前向传播过程中重新计算中间激活，而不是存储它们。这显著减少了内存需求，特别是在长序列中计算密集型的注意力层。它是训练深度模型处理长序列的关键组件。年轻男性:: 论文中提到了高效的块稀疏注意力内核的开发。这些内核中实现了哪些关键优化？年轻女性:: 内核针对稀疏注意力模式的计算进行了优化。它们利用块操作，将softmax操作融合到一个内核中，并利用寄存器最小化数据加载。注意力矩阵的上三角部分不计算，进一步减少了计算负担。这些优化对于实现速度提升至关重要。年轻男性:: 超参数的选择，如跨步和固定注意力模式中的'c'参数，似乎很重要。这些超参数是如何调整的，模型的性能对这些选择的敏感度如何？年轻女性:: 超参数调整至关重要。跨步选择接近序列长度的平方根，以平衡计算成本和捕捉长程依赖的能力。固定注意力模式中的'c'参数控制注意力块的粒度。最佳值通过实验确定，性能对这些选择相对敏感，特别是'c'参数。仔细调整是必要的，以达到最佳结果。年轻男性:: 展望未来，这篇论文的工作有哪些潜在的研究方向？年轻女性:: 未来的研究方向包括探索更复杂的稀疏注意力模式，以进一步提高效率和性能。研究稀疏性、深度和模型容量之间的相互作用也很重要。将该方法扩展到其他序列建模任务，如视频生成和时间序列预测，也是很有前景的。最后，探索稀疏注意力的理论基础及其与模型归纳偏差的关系将是有价值的。年轻男性:: 论文中提到了使用Adam优化器，并采用了线性预热和余弦衰减的学习率调度。这些选择是如何促进训练过程的稳定性和性能的？年轻女性:: Adam优化器因其自适应学习率而成为训练深度神经网络的流行选择。线性预热在训练开始时逐渐增加学习率，有助于稳定优化过程。余弦衰减调度在训练结束时平稳降低学习率，允许微调并防止振荡。这些选择基于先前的经验和实证观察，对训练过程的稳定性和性能有显著贡献。年轻男性:: 论文强调了梯度裁剪的重要性。梯度裁剪的目的是什么，它如何防止训练过程中的问题？年轻女性:: 梯度裁剪防止训练过程中梯度爆炸，这是深度神经网络中的常见问题。当梯度过大时，会导致不稳定并阻碍优化过程的收敛。梯度裁剪限制梯度的大小，确保它们保持在合理范围内，从而促进稳定性并改善训练过程。年轻男性:: 权重衰减惩罚是另一种正则化技术。你能解释一下它在防止过拟合和提高泛化能力方面的作用吗？年轻女性:: 权重衰减在损失函数中添加了一个与模型权重大小成比例的惩罚项。这鼓励模型学习较小的权重，减少模型的复杂性并防止过拟合训练数据。通过减少过拟合，权重衰减提高了模型对未见数据的泛化能力。年轻男性:: 论文使用了高斯误差线性单元（GELU）激活函数。与ReLU等其他激活函数相比，GELU有哪些优势？年轻女性:: GELU是类似于dropout的正则化技术的平滑近似。它比ReLU更平滑，可能带来更好的泛化能力。平滑性有助于训练过程中的梯度流动，而dropout类似的行为有助于防止过拟合。GELU的选择基于其在先前工作中的有效性和任务的适用性。年轻男性:: 作者使用了预激活残差块。与后激活残差块相比，这种架构有什么好处？年轻女性:: 预激活残差块在残差块中的权重矩阵之前应用归一化和激活函数。这改善了训练过程中梯度的流动，特别是在非常深的网络中。它有助于缓解梯度消失问题，并使训练更深的模型更有效。年轻男性:: 论文展示了在不同模态上生成高质量样本的能力。生成样本的哪些方面突出了Sparse Transformer架构的有效性？年轻女性:: 生成的样本展示了全局一致性和多样性。在图像中，样本显示了长程依赖性，并且没有稀疏注意力模式带来的伪影。在音频中，生成的音乐展示了全局一致性和多种风格和音调。这些结果展示了Sparse Transformer捕捉长程依赖和生成高质量样本的能力。年轻男性:: 这期关于Sparse Transformer的讨论非常精彩。感谢大家的收听。

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08.10.2024

GPT2-语言模型通过大规模无监督学习实现零样本迁移

旁白::GPT2 语言模型通过大规模无监督学习实现零样本迁移年轻男性::大家好，欢迎收听本期的PaperReview。这里是学大模型的Scott。今天，我们将深入探讨一篇在自然语言处理领域具有里程碑意义的论文《Language Models are Unsupervised Multitask Learners》。这篇由Alec Radford等人撰写的论文，首次发表于2019年，展示了如何通过大规模的无监督学习，让语言模型在多种下游任务上实现零样本迁移。我们今天有幸邀请到一位嘉宾，欢迎。年轻女性:: 大家好，非常高兴能和大家一起讨论这篇开创性的论文。年轻男性:: 能不能首先为我们简要介绍一下这篇论文的核心观点？年轻女性:: 当然可以。这篇论文的核心观点是，通过在大量网页数据上训练的大型语言模型，可以在没有显式监督的情况下，自动学会执行多种自然语言处理任务。作者们通过在一个新的大规模数据集WebText上训练语言模型，展示了模型在没有使用任务特定训练数据的情况下，就能在多个NLP任务上达到令人印象深刻的性能。年轻男性:: 这真是一个颠覆性的想法。那么，他们是如何做到这一点的呢？年轻女性:: 关键在于，他们训练了一个非常大的Transformer模型，也就是我们熟知的GPT2。这个模型通过预测下一个单词的方式进行语言建模，而这种预测是基于整个文档的上下文的。这样，当模型被给定一个任务的上下文时，它就能够生成符合该任务的输出，即使它从未显式地针对这个任务进行过训练。年轻男性:: 那么，GPT2在哪些具体的任务上表现出了这种能力呢？年轻女性:: GPT2在多个任务上都显示出了强大的能力，包括文本摘要、翻译、问答和阅读理解等。例如，在CoQA数据集上，GPT2在没有使用训练样本的情况下，通过条件化文档和问题，生成的答案达到了55的F1分数，这与一些使用大量训练样本的基线系统相匹配或甚至更好。年轻男性:: 这听起来非常强大。那么，这篇论文对于未来的研究方向有哪些启示呢？年轻女性:: 这篇论文展示了通过构建更大、更多样化的训练数据集，并训练具有更大容量的模型，可以在无需手动标注和监督学习的情况下，让模型学会执行多种任务。这对于未来自然语言处理系统的发展具有重要的启示意义。它告诉我们，通过无监督学习，我们可以让机器更好地理解和生成自然语言。年轻男性:: 好的，让我们继续深入了解这篇论文。能不能为我们详细介绍一下这篇论文的实验设计和数据集选择？年轻女性:: 当然可以。这篇论文的实验设计主要围绕在一个新的大规模数据集上训练语言模型，并测试这些模型在多种自然语言处理任务上的性能。年轻男性:: 那么，他们选择的是什么样的数据集呢？年轻女性:: 他们创建了一个名为WebText的新数据集，这个数据集包含了从Reddit上抓取的约4500万个网页链接的文本内容。这些链接至少获得了3个Reddit用户的“赞”，这可以作为一个简单的指标，表明这些网页是用户认为有趣、有教育意义或有趣的内容。年轻男性:: 这样的数据集听起来非常庞大和多样。那么，他们是如何从这个数据集中训练语言模型的呢？年轻女性:: 是的，WebText数据集非常庞大。作者们使用这个数据集训练了不同规模的Transformer模型，其中最大的模型GPT2包含了15亿个参数。他们的目标是通过训练这些模型来捕捉语言的复杂性和多样性。年轻男性:: 那么，他们是如何评估模型的性能的呢？年轻女性:: 他们采用了零样本学习（zero-shot learning）的设置来评估模型的性能，这意味着模型在没有针对特定任务进行微调的情况下，直接在任务上进行评估。他们测试了模型在多个NLP任务上的性能，包括问答、阅读理解、文本摘要和翻译等。年轻男性:: 这种评估方式听起来很有挑战性。那么，GPT2在这些任务上的表现如何？年轻女性:: GPT2在多个任务上都取得了令人印象深刻的结果。例如，在CoQA问答任务上，GPT2达到了55的F1分数，与一些使用大量训练样本的基线系统相匹配或甚至更好。在其他任务上，如文本摘要和翻译，GPT2也显示出了强大的能力，尽管在某些任务上的表现还有待提高。年轻男性:: 这些结果确实非常令人兴奋。那么，这篇论文的实验设计和数据集选择对于未来的研究有什么启示呢？年轻女性:: 这篇论文表明，通过在大规模和多样化的数据集上训练大型语言模型，可以使得模型在没有显式监督的情况下学习执行多种任务。这对于未来的研究具有重要的启示意义，它告诉我们，通过构建更大、更多样化的训练数据集，并训练具有更大容量的模型，可以在无需手动标注和监督学习的情况下，让模型学会执行多种任务。年轻男性:: 我们知道GPT2是一个非常强大的模型，但是任何技术都有其局限性。你能和我们聊聊GPT-2的一些局限性吗？年轻女性:: 当然可以。尽管GPT2在很多方面都取得了突破性的进展，但它确实存在一些局限性。首先，GPT-2和其他大型语言模型一样，它的训练需要大量的计算资源和能源。这不仅限制了能够训练这类模型的机构数量，也引发了对环境影响的担忧。年轻女性:: 其次，GPT2在处理长距离依赖问题时仍然存在挑战。尽管它在某些长距离依赖任务上取得了不错的成绩，但与人类的理解能力相比，仍有差距。再者，GPT2生成的文本可能会包含无意义或不准确的内容。因为它是基于概率生成文本的，所以不能保证每次生成的内容都是逻辑上连贯和事实上准确的。年轻男性:: 是的，生成内容的可控性和准确性确实是一个挑战。那么，还有哪些局限性呢？年轻女性:: GPT2在理解讽刺、幽默或特定领域的术语时可能也会遇到困难。因为它的训练数据是互联网上的内容，这些内容在风格和质量上参差不齐，所以模型可能无法准确捕捉到所有的语言细微差别。此外，GPT2在处理多语言文本时可能不如专门针对特定语言训练的模型。虽然它在英语上的表现非常出色，但在其他语言上可能就没那么有效了。年轻男性:: 那么，这些局限性对于未来的研究有什么启示呢？年轻女性:: 这些局限性告诉我们，未来的研究需要在以下几个方面进行努力：一，提高效率：研究如何以更少的资源训练大型模型，减少对环境的影响。二，增强理解能力：改进模型以更好地处理长距离依赖和理解复杂的语言现象。年轻女性:: 三，提升准确性：研究如何提高生成内容的准确性和可靠性。四，领域适应性：让模型更好地理解和生成特定领域的内容。五，多语言支持：改进模型以更好地支持多种语言。年轻男性:: 针对GPT2的局限性，当前研究领域有哪些探索和进展呢？年轻女性:: 针对GPT2的局限性，当前的研究主要集中在以下几个方向：一，模型压缩和加速：研究者们正在探索如何压缩模型，减少其对计算资源的需求。这包括量化、剪枝和知识蒸馏等技术，这些方法可以减少模型的大小和提高推理速度。年轻女性:: 二，提升长距离依赖能力：研究者们正在尝试通过改进模型结构和训练策略来提升模型处理长距离依赖的能力。例如，使用更复杂的注意力机制，或者增加额外的辅助任务来帮助模型学习长距离的依赖关系。年轻女性:: 三，增强事实性和逻辑性：为了提高生成内容的准确性，研究者们正在探索如何将外部知识库整合到模型中，或者通过后处理步骤来验证和修正模型生成的内容。年轻女性:: 四，领域适应和多任务学习：研究者们正在研究如何让模型更好地适应特定领域，以及如何在一个模型中同时处理多种不同的任务。这涉及到领域适应技术和多任务学习框架。年轻女性:: 五，多语言和跨语言能力：为了提升模型在多语言文本上的表现，研究者们正在探索跨语言的表示学习和多语言预训练模型，这些模型可以在多种语言上进行训练，并在不同语言之间迁移知识。年轻女性:: 六，伦理和可解释性：随着模型生成内容的广泛应用，研究者们也在关注模型的伦理问题和可解释性。这包括研究如何确保生成内容不包含偏见和不当信息，以及如何使模型的决策过程更加透明。年轻男性:: 这些研究方向听起来非常有前景。那么，目前有哪些具体的进展呢？年轻女性:: 在这些方向上，我们已经看到了一些具体的进展：模型压缩：例如，模型的压缩小型版本被很多人使用，它在保持相对较高性能的同时，对计算资源的需求大大减少。长距离依赖：Transformer-XL和ALBERT等模型通过引入跨文档的注意力机制，提升了处理长文档的能力。年轻女性:: 事实性：一些研究工作通过结合外部知识库，提升了模型的常识推理能力。领域适应：BERT和其变种已经被成功地应用于各种领域，显示出良好的适应性。多语言模型：像mBERT和XLM-R这样的模型已经在多语言环境下进行了预训练，并在跨语言任务上取得了显著的成绩。年轻女性:: 伦理和可解释性：一些研究工作正在探索模型的决策过程，试图通过可视化和解

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