論文の概要: Counting Ability of Large Language Models and Impact of Tokenization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.19730v2
• Date: Tue, 29 Oct 2024 03:48:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-30 13:42:46.887115
• Title: Counting Ability of Large Language Models and Impact of Tokenization
• Title（参考訳）: 大規模言語モデルの数え上げ能力とトークン化の影響
• Authors: Xiang Zhang, Juntai Cao, Chenyu You,
• Abstract要約: 大規模言語モデル(LLM)の数え上げ能力に及ぼすトークン化の影響について検討する。 本研究は, LLMのカウント能力に及ぼすトークン化の影響について検討し, 入力トークン化差に基づく性能変化を明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.53620419920189
• License:
• Abstract: Transformers, the backbone of modern large language models (LLMs), face inherent architectural limitations that impede their reasoning capabilities. Unlike recurrent networks, Transformers lack recurrent connections, confining them to constant-depth computation. This restriction places them in the complexity class TC$^0$, making them theoretically incapable of solving tasks that demand increasingly deep reasoning as input length grows. Counting, a fundamental component of many reasoning tasks, also requires reasoning depth to grow linearly to be performed inductively. While previous studies have established the upper limits of counting ability in Transformer-based expert models (i.e., models specifically trained for counting tasks), these findings do not directly extend to general-purpose LLMs due to differences in reasoning mechanisms. Recent work has highlighted how Chain of Thought (CoT) reasoning can help alleviate some of the architectural limitations of Transformers in counting tasks. However, little attention has been paid to the role of tokenization in these models. Unlike expert models that often use character-level tokenization, LLMs typically rely on byte-level (BPE) tokenizers, which fundamentally alters the way reasoning is processed. Our work investigates the impact of tokenization on the counting abilities of LLMs, uncovering substantial performance variations based on input tokenization differences. We provide both theoretical and experimental analyses, offering insights into how tokenization choices can undermine models' theoretical computability, thereby inspiring the design of new tokenization methods to enhance reasoning in LLMs.
• Abstract（参考訳）: 現代の大規模言語モデル(LLM)のバックボーンであるTransformersは、その推論能力を阻害する固有のアーキテクチャ上の制限に直面している。 リカレントネットワークとは異なり、Transformerはリカレント接続を欠き、一定の深さの計算に精通する。 この制限は、それらを複雑性クラスTC$^0$に配置し、入力長が増加するにつれてより深い推論を求めるタスクを理論的に解決することができない。 多くの推論タスクの基本的な構成要素であるカウントもまた、帰納的に実行されるように線形に成長するために推論深さを必要とする。 従来の研究では、Transformerベースのエキスパートモデル(例えば、タスクをカウントするために特別に訓練されたモデル)におけるカウント能力の上限が確立されているが、これらの発見は推論機構の違いにより、直接汎用LSMに拡張されない。 最近の研究は、Chain of Thought(CoT)の推論が、タスクのカウントにおけるTransformerのアーキテクチャ上の制限を緩和するのにどのように役立つかを強調している。 しかし、これらのモデルにおけるトークン化の役割にはほとんど注意が払われていない。 文字レベルのトークン化をしばしば使用する専門家モデルとは異なり、LLMは通常、推論の処理方法を根本的に変えるバイトレベルのトークン化器(BPE)に依存している。 本研究は, LLMのカウント能力に及ぼすトークン化の影響について検討し, 入力トークン化差に基づく性能変化を明らかにする。 理論的および実験的分析の両方を提供し、トークン化選択がモデルの理論的計算可能性を損なう可能性についての洞察を与え、LLMにおける推論を強化するための新しいトークン化手法の設計を刺激する。

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