わたしのべんきょうノート

In-ContextLearning

#Analysis #Pocket #NLP #LanguageModel
Issue Date: 2025-07-29 [Paper Note] Learning without training: The implicit dynamics of in-context learning, Benoit Dherin+, arXiv'25 SummaryLLMは文脈内で新しいパターンを学習する能力を持ち、そのメカニズムは未解明である。本研究では、トランスフォーマーブロックが自己注意層とMLPを重ねることで、文脈に応じてMLPの重みを暗黙的に修正できることを示し、このメカニズムがLLMの文脈内学習の理由である可能性を提案する。 Comment元ポスト:https://x.com/omarsar0/status/1948384435654779105?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q解説:https://x.com/hillbig/status/1950333455134576794?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q #Analysis #MachineLearning #Pocket #NLP #Transformer
Issue Date: 2025-07-16 [Paper Note] In-context denoising with one-layer transformers: connections between attention and associative memory retrieval, Matthew Smart+, arXiv'25 Summary「インコンテキストデノイジング」というタスクを通じて、注意ベースのアーキテクチャと密な連想記憶（DAM）ネットワークの関係を探求。ベイズ的フレームワークを用いて、単層トランスフォーマーが特定のデノイジング問題を最適に解決できることを示す。訓練された注意層は、コンテキストトークンを連想記憶として利用し、デノイジングプロンプトを一回の勾配降下更新で処理。これにより、DAMネットワークの新たな拡張例を提供し、連想記憶と注意メカニズムの関連性を強化する。 Comment元ポスト:https://x.com/hillbig/status/1945253873456963841?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q関連:
・2146 #Analysis #MachineLearning #NLP #Transformer #ICML
Issue Date: 2025-07-13 [Paper Note] Nonlinear transformers can perform inference-time feature learning, Nishikawa+, ICML'25 Summary事前学習されたトランスフォーマーは、推論時に特徴を学習する能力を持ち、特に単一インデックスモデルにおける文脈内学習に焦点を当てています。勾配ベースの最適化により、異なるプロンプトからターゲット特徴を抽出し、非適応的アルゴリズムを上回る統計的効率を示します。また、推論時のサンプル複雑性が相関統計クエリの下限を超えることも確認されました。 Comment元ポスト:https://x.com/btreetaiji/status/1944297631808991742?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q

#ComputerVision #Pocket #NLP #Dataset #LanguageModel #Zero/FewShotPrompting #MulltiModal Issue Date: 2025-07-01 [Paper Note] SMMILE: An Expert-Driven Benchmark for Multimodal Medical In-Context Learning, Melanie Rieff+, arXiv'25 Summaryマルチモーダルインコンテキスト学習（ICL）は医療分野での可能性があるが、十分に探求されていない。SMMILEという医療タスク向けの初のマルチモーダルICLベンチマークを導入し、111の問題を含む。15のMLLMの評価で、医療タスクにおけるICL能力が中程度から低いことが示された。ICLはSMMILEで平均8%、SMMILE++で9.4%の改善をもたらし、無関係な例がパフォーマンスを最大9.5%低下させることも確認。例の順序による最近性バイアスがパフォーマンス向上に寄与することも明らかになった。 Comment元ポスト:https://x.com/michael_d_moor/status/1939664155813839114?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q #Pocket #NLP #Transformer #Chain-of-Thought #SSM (StateSpaceModel) #ICLR Issue Date: 2025-04-26 RNNs are not Transformers （Yet）: The Key Bottleneck on In-context Retrieval, Kaiyue Wen+, ICLR'25 Summary本論文では、RNNとトランスフォーマーの表現力の違いを調査し、特にRNNがChain-of-Thought（CoT）プロンプトを用いてトランスフォーマーに匹敵するかを分析。結果、CoTはRNNを改善するが、トランスフォーマーとのギャップを埋めるには不十分であることが判明。RNNの情報取得能力の限界がボトルネックであるが、Retrieval-Augmented Generation（RAG）やトランスフォーマー層の追加により、RNNはCoTを用いて多項式時間で解決可能な問題を解決できることが示された。 Comment元ポスト:https://x.com/yuma_1_or/status/1915968478735130713?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q関連:
・1210

↑とはどういう関係があるだろうか？ #Analysis #Pocket #NLP #LanguageModel Issue Date: 2024-12-15 The broader spectrum of in-context learning, Andrew Kyle Lampinen+, arXiv'24 Summary本研究では、言語モデルの少数ショット学習をメタ学習に基づく文脈内学習の一部として位置づけ、文脈が予測の損失を減少させるメカニズムを提案します。この視点は、言語モデルの文脈内能力を統一し、一般化の重要性を強調します。一般化は新しい学習だけでなく、異なる提示からの学びや適用能力にも関連し、過去の文献との関連性も議論されます。文脈内学習の研究は、広範な能力と一般化のタイプを考慮すべきと結論付けています。 CommentOpenReview:https://openreview.net/forum?id=RHo3VVi0i5

OpenReviewによると、
論文は理解しやすく、meta learningについて広範にサーベイされている。しかし、論文が定義しているICLの拡張はICLを過度に一般化し過ぎており（具体的に何がICLで何がICLでないのか、といった規定ができない）、かつ論文中で提案されているコンセプトを裏付ける実験がなくspeculativeである、とのことでrejectされている。 #Pocket #NLP #DemonstrationSelection Issue Date: 2024-08-28 Revisiting Demonstration Selection Strategies in In-Context Learning, Keqin Peng+, N_A, ACL'24 SummaryLLMsは幅広いタスクを実行する能力を持ち、わずかな例でタスクを説明できることが示されている。しかし、ICLのパフォーマンスはデモンストレーションの選択によって大きく異なり、その要因はまだ明確ではない。本研究では、データとモデルの両面からこの変動に寄与する要因を再検討し、デモンストレーションの選択がデータとモデルの両方に依存することを見出した。さらに、"TopK + ConE"というデータとモデルに依存したデモンストレーション選択手法を提案し、ICLのための効果的なレシピを生み出していることを示した。提案手法は異なるモデルスケールで言語理解および生成タスクの両方で一貫した改善をもたらし、一般性と安定性に加えて以前の手法の効果的な説明を提供している。 CommentICLで利用するデモンストレーションの選択は、BM25やDense Retrieverなどを用いて、テストサンプルと類似したサンプルをretrieveすることで実施されてきた。これらはテストサンプルのみに着目した手法であるが、実際には有効なデモンストレーションはモデルによって変化するため、利用するモデルも考慮した方が良いよね、というお話ベースラインの一覧を見ると、どういった方法がスタンダードなのかがわかる。そして意外とRandomでもそれなりに強いので、実装コストなどと相談しながらどの手法を採用するかは検討した方が良さそう。 #Analysis #Pocket #NLP #LanguageModel Issue Date: 2024-08-27 What Do Language Models Learn in Context? The Structured Task Hypothesis, Jiaoda Li+, N_A, ACL'24 SummaryLLMsのコンテキスト内学習（ICL）能力を説明する3つの仮説について、一連の実験を通じて探究。最初の2つの仮説を無効にし、最後の仮説を支持する証拠を提供。LLMが事前学習中に学習したタスクを組み合わせることで、コンテキスト内で新しいタスクを学習できる可能性を示唆。 CommentSNLP2024での解説スライド:
http://chasen.org/~daiti-m/paper/SNLP2024-Task-Emergence.pdfICLが何をやっているのか?について、これまでの仮説が正しくないことを実験的に示し、新しい仮説「ICLは事前学習で得られたタスクを組み合わせて新しいタスクを解いている」を提唱し、この仮説が正しいことを示唆する実験結果を得ている模様。
理論的に解明されたわけではなさそうなのでそこは留意した方が良さそう。あとでしっかり読む。 #Analysis #MachineLearning #NLP #LanguageModel #Prompting #TACL Issue Date: 2023-07-11 Lost in the Middle: How Language Models Use Long Contexts, Nelson F. Liu+, N_A, TACL'24 Summary最近の言語モデルは、長い文脈を入力として受け取ることができますが、その長い文脈をどれだけうまく利用しているかについてはまだよくわかっていません。この研究では、マルチドキュメントの質問応答とキー・バリューの検索という2つのタスクにおいて、言語モデルのパフォーマンスを分析しました。その結果、関連情報が入力文脈の始まりや終わりにある場合、パフォーマンスが最も高くなることがわかりましたが、長い文脈の中で関連情報にアクセスする必要がある場合、パフォーマンスが著しく低下します。さらに、入力文脈が長くなるにつれて、明示的に長い文脈を扱うモデルでもパフォーマンスが大幅に低下します。この分析は、言語モデルが入力文脈をどのように利用しているかをより良く理解するためのものであり、将来の長い文脈モデルのための新しい評価プロトコルを提供します。 Comment元ツイート
https://twitter.com/drjimfan/status/1678460065811136512?s=46&t=5BO_qSlNBSEGSugyUlP5Hw

非常に重要な知見がまとめられている1. モデルはコンテキストのはじめと最後の情報をうまく活用でき、真ん中の情報をうまく活用できない
2. 長いコンテキストのモデルを使っても、コンテキストをより短いコンテキストのモデルよりもうまく考慮できるわけではない
3. モデルのパフォーマンスは、コンテキストが長くなればなるほど悪化する #NLP #LanguageModel #Alignment Issue Date: 2023-12-05 The Unlocking Spell on Base LLMs: Rethinking Alignment via In-Context Learning, Bill Yuchen Lin+, N_A, arXiv'23 Summaryアラインメント調整は、大規模言語モデル（LLMs）のパフォーマンスを向上させるために使用されます。しかし、アラインメント調整の効果は「表面的」である可能性があります。この研究では、基本的なLLMとアラインメント調整されたバージョンのトークン分布のシフトを分析しました。結果は、アラインメント調整が主にスタイルトークンに影響を与えることを示しました。さらに、シンプルでチューニングフリーなアラインメント手法であるURIALを導入し、基本的なLLMのパフォーマンスを向上させることができることを示しました。これらの結果から、アラインメントのより深い分析と理論的な理解が重要であることが示唆されます。 Commentモデルの知識はPre-training時に十分獲得されており、モデルのAlignmentをとることで生じるものは表面的な変化のみであるという仮説がある 700 。この仮説に関して分析をし、結果的にスタイリスティックな情報を生成する部分でAlignmentの有無で違いが生じることを明らかにし、そうであればわざわざパラメータチューニング（SFT, RLHF）しなくても、適切なサンプルを選択したIn-Context LearningでもAlignmentとれますよ、という趣旨の研究っぽい？

#ComputerVision #Pocket #ImageSegmentation #Prompting Issue Date: 2023-11-23 Visual In-Context Prompting, Feng Li+, N_A, arXiv'23 Summary本研究では、ビジョン領域における汎用的なビジュアルインコンテキストプロンプティングフレームワークを提案します。エンコーダーデコーダーアーキテクチャを使用し、さまざまなプロンプトをサポートするプロンプトエンコーダーを開発しました。さらに、任意の数の参照画像セグメントをコンテキストとして受け取るように拡張しました。実験結果から、提案手法が非凡な参照および一般的なセグメンテーション能力を引き出し、競争力のあるパフォーマンスを示すことがわかりました。 CommentImage Segmentationには、ユーザが与えたプロンプトと共通のコンセプトを持つすべてのオブジェクトをセグメンテーションするタスクと、ユーザの入力の特定のオブジェクトのみをセグメンテーションするタスクがある。従来は個別のタスクごとに、特定の入力方法（Visual Prompt, Image Prompt）を前提とした手法や、個々のタスクを実施できるがIn-Context Promptしかサポートしていない手法しかなかったが、この研究では、Visual Prompt, Image Prompt, In-Context Promptをそれぞれサポートし両タスクを実施できるという位置付けの模様。また、提案手法ではストローク、点、ボックスといったユーザの画像に対する描画に基づくPromptingをサポートし、Promptingにおける参照セグメント数も任意の数指定できるとのこと。

#Pocket #NLP #LanguageModel Issue Date: 2023-10-26 In-Context Learning Creates Task Vectors, Roee Hendel+, N_A, EMNLP'23 Summary大規模言語モデル（LLMs）におけるインコンテキスト学習（ICL）の基本的なメカニズムはまだ十分に理解されていない。本研究では、ICLによって学習される関数が非常に単純な構造を持つことを示し、ICLがトランスフォーマーLLMを使用して単一のタスクベクトルを生成し、それを使用して出力を生成するということを明らかにする。さまざまなモデルとタスクにわたる実験によって、この主張を支持している。 Comment参考: https://x.com/hillbig/status/1717302086587875395?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-QICLが実現可能なのは実はネットワーク内部で与えられたdemonstrationに対して勾配効果法を再現しているからです、という研究もあったと思うけど、このタスクベクトルとの関係性はどういうものなのだろうか。文脈に注意を与えなくてもICLと同じ性能が出るのは、文脈情報が不要なタスクを実施しているからであり、そうではないタスクだとこの知見が崩れるのだろうか。後で読む。 #Analysis #MachineLearning #Pocket Issue Date: 2023-09-01 CausalLM is not optimal for in-context learning, Nan Ding+, N_A, arXiv'23 Summary最近の研究では、トランスフォーマーベースのインコンテキスト学習において、プレフィックス言語モデル（prefixLM）が因果言語モデル（causalLM）よりも優れたパフォーマンスを示すことがわかっています。本研究では、理論的なアプローチを用いて、prefixLMとcausalLMの収束挙動を分析しました。その結果、prefixLMは線形回帰の最適解に収束する一方、causalLMの収束ダイナミクスはオンライン勾配降下アルゴリズムに従い、最適であるとは限らないことがわかりました。さらに、合成実験と実際のタスクにおいても、causalLMがprefixLMよりも性能が劣ることが確認されました。 Comment参考: https://x.com/hillbig/status/1697380430004249066?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-QCausalLMでICLをした場合は、ICL中のdemonstrationでオンライン学習することに相当し、最適解に収束しているとは限らない……？が、hillbigさんの感想に基づくと、結果的には実は最適解に収束しているのでは？という話も出ているし、よく分からない。 #Pretraining #MachineLearning #NLP Issue Date: 2023-07-18 Pre-Training to Learn in Context, ACL'23 Summaryインコンテキスト学習は、タスクの例と文脈からタスクを実行する方法であり、注目されています。しかし、現在の方法では十分に活用されていないため、私たちはPICLというフレームワークを提案します。これは、一般的なテキストコーパスでモデルを事前学習し、文脈に基づいてタスクを推論して実行する能力を向上させます。私たちは、PICLでトレーニングされたモデルのパフォーマンスを評価し、他のモデルを上回ることを示しました。コードはGitHubで公開されています。 #NLP #LabelBias Issue Date: 2023-07-15 Mitigating Label Biases for In-context Learning, ACL'23 Summaryインコンテキスト学習（ICL）におけるラベルバイアスの種類を定義し、その影響を軽減するための方法を提案する研究が行われました。特に、ドメインラベルバイアスについて初めて概念化され、その影響を軽減するためのバイアス補正方法が提案されました。この方法により、GPT-JとGPT-3のICLパフォーマンスが大幅に改善されました。さらに、異なるモデルやタスクにも一般化され、ICLにおけるラベルバイアスの問題を解決する手法として有効であることが示されました。 #NLP #InductiveBias Issue Date: 2023-07-15 Measuring Inductive Biases of In-Context Learning with Underspecified Demonstrations, ACL'23 Summaryインコンテキスト学習（ICL）は、大規模言語モデル（LLMs）を新しいタスクに適応させるための重要なパラダイムですが、ICLの一般化の振る舞いはまだ十分に理解されていません。本研究では、ICLの帰納的なバイアスについて調査を行いました。具体的には、不完全なデモンストレーションが与えられた場合、ICLはどのフィーチャーをより頻繁に使用する傾向があるのかを調べました。実験の結果、LLMsが明確なフィーチャーバイアスを示すことがわかりました。また、特定のフィーチャーを好むような帰納的なバイアスを課すためのさまざまな介入の効果も評価しました。全体として、ICLがより頻繁に利用する可能性のあるフィーチャーのタイプと、意図したタスクとより一致した帰納的なバイアスを課す方法について、より広範な情報を提供する結果となりました。 #EfficiencyImprovement #MachineLearning #NLP #Zero/FewShotPrompting Issue Date: 2023-07-13 FiD-ICL: A Fusion-in-Decoder Approach for Efficient In-Context Learning, ACL'23 Summary大規模な事前学習モデルを使用したfew-shot in-context learning（ICL）において、fusion-in-decoder（FiD）モデルを適用することで効率とパフォーマンスを向上させることができることを検証する。FiD-ICLは他のフュージョン手法と比較して優れたパフォーマンスを示し、推論時間も10倍速くなる。また、FiD-ICLは大規模なメタトレーニングモデルのスケーリングも可能にする。 #General #NLP #LanguageModel #Composition Issue Date: 2023-07-13 How Do In-Context Examples Affect Compositional Generalization?, ACL'23 Summary本研究では、組成的な一般化を調査するためのテストスイートであるCoFeを提案し、インコンテキスト学習の組成的な一般化について研究しました。インコンテキストの例の選択が組成的な一般化のパフォーマンスに影響を与えることを発見し、類似性、多様性、複雑さの要素を研究しました。さらに、架空の単語に対する組成的な一般化は一般的な単語に比べて弱いことが観察されました。インコンテキストの例が言語構造をカバーすることが重要であることも示されました。 #MachineLearning #LanguageModel Issue Date: 2023-07-11 Transformers learn to implement preconditioned gradient descent for in-context learning, Kwangjun Ahn+, N_A, arXiv'23 Summaryトランスフォーマーは勾配降下法のアルゴリズムを学習できるかどうかについての研究があります。この研究では、トランスフォーマーが勾配降下法の反復をシミュレートすることができることが示されています。さらに、線形トランスフォーマーについての分析から、訓練目的のグローバル最小値が事前条件付き勾配降下法の単一の反復を実装することが証明されました。また、k個のアテンション層を持つトランスフォーマーについても、特定の臨界点が事前条件付き勾配降下法のk回の反復を実装することが証明されました。これらの結果は、トランスフォーマーを訓練して学習アルゴリズムを実装するための将来の研究を促しています。 Comment参考: https://twitter.com/hillbig/status/1678525778492018688?s=46&t=5BO_qSlNBSEGSugyUlP5Hwつまり、事前学習の段階でIn context learningが可能なように学習がなされているということなのか。
それはどのような学習かというと、プロンプトとそれによって与えられた事例を前条件とした場合の勾配降下法によって実現されていると。

つまりどういうことかというと、プロンプトと与えられた事例ごとに、それぞれ最適なパラメータが学習されているというイメージだろうか。条件付き分布みたいなもの？

なので、未知のプロンプトと事例が与えられたときに、事前学習時に前条件として与えられているものの中で類似したものがあれば、良い感じに汎化してうまく生成ができる、ということかな？いや違うな。1つのアテンション層が勾配降下法の1ステップをシミュレーションしており、k個のアテンション層があったらkステップの勾配降下法をシミュレーションしていることと同じ結果になるということ?
そしてその購買降下法では、プロンプトによって与えられた事例が最小となるように学習される（シミュレーションされる）ということなのか。

つまり、ネットワーク上で本当に与えられた事例に基づいて学習している（のと等価な結果）を得ているということなのか？😱 #Pocket #NLP #LanguageModel #Supervised-FineTuning (SFT) #EMNLP #PostTraining Issue Date: 2023-05-21 Symbol tuning improves in-context learning in language models, Jerry Wei+, N_A, EMNLP'23 Summary本研究では、自然言語ラベルをシンボルに置き換えて言語モデルを微調整する「symbol tuning」を提案し、未知のタスクや不明確なプロンプトに対して堅牢な性能を示すことを示した。また、symbol tuningによりアルゴリズム的推論タスクでのパフォーマンス向上が見られ、以前の意味的知識を上書きする能力が向上していることが示された。Flan-PaLMモデルを使用して実験が行われ、最大540Bパラメータまで利用された。 Comment概要やOpenReviewの内容をざっくりとしか読めていないが、自然言語のラベルをランダムな文字列にしたり、instructionをあえて除外してモデルをFinetuningすることで、promptに対するsensitivityや元々モデルが持っているラベルと矛盾した意味をin context learningで上書きできるということは、学習データに含まれるテキストを調整することで、正則化の役割を果たしていると考えられる。つまり、ラベルそのものに自然言語としての意味を含ませないことや、instructionを無くすことで、（モデルが表層的なラベルの意味や指示からではなく）、より実際のICLで利用されるExaplarからタスクを推論するように学習されるのだと思われる。
OpenReview:https://openreview.net/forum?id=vOX7Dfwo3v #MachineLearning #NLP #LanguageModel Issue Date: 2023-05-20 What In-Context Learning "Learns" In-Context: Disentangling Task Recognition and Task Learning, Jane Pan+, N_A, arXiv'23 Summary本研究では、大規模言語モデル（LLMs）がどのようにコンテキスト学習（ICL）を利用してタスクを解決するかを調査しました。タスク認識（TR）とタスク学習（TL）の役割を分離するための実験を行い、LLMsがデモンストレーションを通じて暗黙的に学習を行う可能性があることを示しました。また、モデルがスケールするにつれてTLのパフォーマンスが改善されることも明らかになりました。これらの結果は、ICLの背後にある2つの異なる力を明らかにし、将来のICL研究でそれらを区別することを提唱しています。 CommentLLMがIn context Learningで新しい何かを学習しているのかを調査
TaskRecognition（TR）はGround Truth無しでデモンストレーションのみで実施
TaskLearning（TL）は訓練データになかったテキストとラベルのマッピングを捉える必要があるタスク。
TRはモデルサイズでスケールしなかったが、TLはモデルサイズに対してスケールした
→ 事前学習で学習してきた知識を引っ張ってくるだけではTLは実施できないので、TRでは何も学習していないが、TLにおいては新しく何かが学習されてるんじゃない?ということだろうか

#NeuralNetwork #Pocket #NLP #LanguageModel #Zero/FewShotPrompting #NeurIPS #Admin'sPick Issue Date: 2023-04-27 Language Models are Few-Shot Learners, Tom B. Brown+, NeurIPS'20 SummaryGPT-3は1750億パラメータを持つ自己回帰型言語モデルで、少数ショット設定においてファインチューニングなしで多くのNLPタスクで強力な性能を示す。翻訳や質問応答などで優れた結果を出し、即時推論やドメイン適応が必要なタスクでも良好な性能を発揮する一方、依然として苦手なデータセットや訓練に関する問題も存在する。また、GPT-3は人間が書いた記事と区別が難しいニュース記事を生成できることが確認され、社会的影響についても議論される。 CommentIn-Context Learningを提案した論文論文に記載されているIn-Context Learningの定義は、しっかり押さえておいた方が良い。

下図はmeta-learningの観点から見たときの、in-contextの位置付け。事前学習時にSGDでパラメータをupdateするのをouter loopとし、そこで広いスキルとパターン認識の能力を身につける。一方で、in-context learningは、Inference時に事前学習時に得たそれらのスキルを用いて、求めるタスクを認識、あるいは適応するInner loopのことを指す。


この上で、論文中では In-Context Learningについて:
> Recent work [RWC+19] attempts to do this via what we call “in-context learning”, using the text input of a pretrained language model as a form of task specification: the model is conditioned on a natural language instruction and/or a few demonstrations of the task and is then expected to complete further instances of the task simply by predicting what comes next.

と定義している。 #Article #Tutorial #Pretraining #MachineLearning #NLP #LanguageModel #Transformer #Chain-of-Thought #Attention #DiffusionModel #SSM (StateSpaceModel) #Scaling Laws #PostTraining Issue Date: 2025-05-31 2025年度人工知能学会全国大会チュートリアル講演「深層基盤モデルの数理」, Taiji Suzuki, 2025.05 Comment元ポスト:https://x.com/btreetaiji/status/1927678122817921442?s=46&t=Y6UuIHB0Lv0IpmFAjlc2-Q