Prompt范式的缘起｜Pattern-Exploiting Training
卷友们好，我是rumor。
我感觉我被卷到了。
昨天Prompt突然刷屏，我才知道有这么个事儿，还什么都没有学，人家领域综述都写好了。
说好了要当走在AI前沿的姐姐，这怎么能忍？？？
于是我赶紧上知乎学习，并且创建了Prompt文件夹，连下几篇paper，大概缓解了16%的焦虑。
但刷了几篇博客后觉得自己对背景的理解还是不够，于是决定从头看起。今天就来记录下自己读PET的一些收获。
Prompt的思想，我理解就是设计不同的输入形态，激发语言模型的潜力，得到任务相关的输出，从而避免精调模式带来的灾难性遗忘问题。引用下CMU的刘鹏飞博士放在博客里的图：
他的综述想必大家都知道了，也推荐去读下他自己的博客：
博客：https://zhuanlan.zhihu.com/p/395115779
综述：https://arxiv.org/abs/2107.13586
Prompt的做法，从任务形式来说可以分为两种：
续写Prefix：用在GPT2-3那种单向LM预训练模型上，输入「好好学习，翻译成英文：」，输出「good good study」 完形填空：用在BERT那种MLM式预训练模型上，比如情感分类任务可以输入「这个饼不错，太X了」，输出「棒」
我最早是从GPT2知道第一种方法的，第二种之前WWM在探究知识存储能力的时候看到过，偏信息抽取任务，给定Subject和关系，模型给出Object，很好理解，也不用对输出进行特殊处理。
Prompt最近的突然兴起，主要是因为学者们把任务扩展到了NLU，之前大部分人听说的是做生成和信息抽取，而在统一了方法之后，现在可以做分类任务和匹配任务了，同时在少样本甚至正常场景，能追上精调的效果。
其实对于这个新范式，核心idea还是很好理解的。难就难在：
怎么样选取合适的Prompt，适配不同任务，同时把模型潜能激发出来 Answer实际上是不可控的，拿到answer后如何往标准化的Y映射 怎样利用Prompt机制精调一下模型
所以今天，我们就来看看Prompt范式的「开篇之作」PET，究竟是如何解决这些问题的。
Prompt的选取
PET针对不同任务手动设计了不同的Prompt，比如Yelp用户评价星级预测（a是句子）：
MNLI句间关系推理（a、b是句子）：
PET这里可以参考的地方有两点：
给出了分类任务、匹配任务的Prompt设计样例，让预训练模型可以做NLU任务 每种任务都给了多个Prompt，毕竟模型预训练时见到的句子太多了，谁也不确定哪种Prompt能从黑盒里捞出什么，用多种输入后再进行整合是比较保险的方式
其实手动设计不是高效的方式，同时期还有一篇LPAQA[1]，主要探索了信息抽取任务自动化挖掘Prompt和答案整合方法，但LPAQA主要关注信息抽取领域，感兴趣的同学可以看下。
Answer的映射
对于答案也是手动定义，直接定义一个label到word的映射v。比如在做文本相似度任务时，让1=Yes，0=No，这样直接看该单词的logits就能预测出结果的概率了。
在Yelp评价预测中，定义了五个映射：
在MNLI句间关系推理中，定义了多种映射：
训练范式
解决了输入和输出的不可控问题之后，接下来就是PET的重头，也是其名字Pattern-Exploiting Training的由来。
如何建模
以往模型只要对P(l|x)建模就好了（l是label），但现在我们加入了Prompt P以及标签映射（作者叫verbalizer），所以这个问题就可以更新为：
其中M表示模型，s相当于某个prompt下生成对应word的logits。再通过softmax，就可以得到概率：
通过这么两个公式，PET就把这种范式下的建模整明白了，能建模也就能inference甚至是训练了：
但是这样好像又变成精调了？？？
于是作者在训练时又加上了MLM loss，进行联合训练。
借鉴蒸馏思想
如果说上面的过程还是比较好理解，那下面PET的操作就开始fancy起来了。
首先让我们强调一下初心，Prompt种范式在早期的最大价值就是few-shot表现很好。所以PET这篇文章主要还是用Prompt来提升少样本的效果。
那要怎么提升效果呢？作者的思路是借鉴蒸馏的思想，先用少量监督数据训个模型A，然后用模型A去预测无标签数据，得到soft label（概率值），再用soft label去训练最后的模型B。
在我们常用的蒸馏套路中，要不然A比B强很多，要不然A比B多很多。于是PET采用了第二种方案，恰好就把多个Prompt利用起来了。
具体的操作是：
在少量监督数据上，给每个Prompt训练一个模型 对于无监督数据，将同一个样本的多个prompt预测结果进行集成，采用平均或加权（根据acc分配权重）的方式，再归一化得到概率分布，作为无监督数据的soft label 在得到的soft label上finetune一个最终模型
多轮的iPET
如果觉得上面的三步过于复杂，那就太小瞧作者了，他们又提出了iPET。
Iterative PET。
把所有模型集成到C上是不能满足作者的，因为那些模型没法相互学习。比如有的模型学到了worse的pattern，它得到的label就会misleading。
所以！
我们可以循环地进行上面三步，逐步扩大soft label的范围，这样下面新训的模型就能学到之前模型的知识！
模型效果
经过一系列操作，最终可以看到，PET在少样本的情况下完胜精调：
我？？？
不知道大家怎么想，其实我看完之后是有些懵的。
弱弱地说一句，我觉得上面的实验比较不太fair？
首先，是PET在训练时加上了MLM损失，在无监督语料上增量预训练，而我们都知道这本身就是可以提升效果的。其次，如果用精调的范式重复一系列上述操作，效果说不定也可以提上去。
除了单纯的效果比较，如果放到落地应用上来讲，算上那么多模型训练和调参的时间，我可能已经手工标了几千条数据了。。。
不过Anyway，大佬们都说好，身边几个同学也都说好。
可能是还没看到精彩的部分，我再接着读下面几篇吧。
参考资料
How Can We Know What Language Models Know?: https://aclanthology.org/2020.tacl-1.28.pdf