大多数现代语言模型推断出强大的表示既缺乏组成性和语义解释性。从假设很大一部分语义内容是相关的，我们引入了一种神经语言模型，该模型从文本数据集中发现符号网络（Schemata）。使用变分自动编码器（VAE）框架，我们的模型将句子编码为符号序列（组合表示），这些句子对应于偏见的随机步行者在全局潜在图上访问的节点。然后将句子生成后面，以所选符号序列为条件。我们首先证明该模型能够从随机令牌序列的人为生成的数据集中发现地面图形。接下来，我们分别以编码器和解码器为编码，利用预估计的BERT和GPT-2语言模型来培训我们的模型在语言建模任务上。从定性上讲，我们的结果表明该模型能够推断编码自然语言不同方面的模式网络。从数量上讲，该模型在VAE语言建模基准测试基准上实现了最先进的分数。可以在https://github.com/ramsesjsf/hiddenschemanetworks上获得复制我们实验的源代码。

Pre-publication draft of a book to be published byMorgan & Claypool publishers. Unedited version released with permission. All relevant copyrights held by the author and publisher extend to this pre-publication draft.

在本文中，我们试图通过引入深度学习模型的句法归纳偏见来建立两所学校之间的联系。我们提出了两个归纳偏见的家族，一个家庭用于选区结构，另一个用于依赖性结构。选区归纳偏见鼓励深度学习模型使用不同的单位（或神经元）分别处理长期和短期信息。这种分离为深度学习模型提供了一种方法，可以从顺序输入中构建潜在的层次表示形式，即更高级别的表示由高级表示形式组成，并且可以分解为一系列低级表示。例如，在不了解地面实际结构的情况下，我们提出的模型学会通过根据其句法结构组成变量和运算符的表示来处理逻辑表达。另一方面，依赖归纳偏置鼓励模型在输入序列中找到实体之间的潜在关系。对于自然语言，潜在关系通常被建模为一个定向依赖图，其中一个单词恰好具有一个父节点和零或几个孩子的节点。将此约束应用于类似变压器的模型之后，我们发现该模型能够诱导接近人类专家注释的有向图，并且在不同任务上也优于标准变压器模型。我们认为，这些实验结果为深度学习模型的未来发展展示了一个有趣的选择。

内容的离散和连续表示（例如，语言或图像）具有有趣的属性，以便通过机器的理解或推理此内容来探索或推理。该职位论文提出了我们关于离散和持续陈述的作用及其在深度学习领域的作用的意见。目前的神经网络模型计算连续值数据。信息被压缩成密集，分布式嵌入式。通过Stark对比，人类在他们的语言中使用离散符号。此类符号代表了来自共享上下文信息的含义的世界的压缩版本。此外，人工推理涉及在认知水平处符号操纵，这促进了抽象的推理，知识和理解的构成，泛化和高效学习。通过这些见解的动机，在本文中，我们认为，结合离散和持续的陈述及其处理对于构建展示一般情报形式的系统至关重要。我们建议并讨论了几个途径，可以在包含离散元件来结合两种类型的陈述的优点来改进当前神经网络。

我们通过为变压器嵌入的变异信息瓶颈常规剂开发变压器提出了VAE。我们将变压器编码器的嵌入空间形式化为混合概率分布，并使用贝叶斯非参数来推导非参数变化信息瓶颈（NVIB）来用于此类基于注意力的嵌入。非参数方法支持的混合成分数量可变数量，可捕获注意力支持的向量数量，而我们的非参数分布的交换性捕获了注意力的置换不变性。这使得NVIB能够将注意力访问的向量数量以及各个向量中的信息量进行正规化。通过将变压器编码器与NVIB进行正规注意，我们提出了一个非参数变异自动编码器（NVAE）。关于训练自然语言文本的NVAE的最初实验表明，诱导的嵌入空间具有VAE对于变压器的所需特性。

本次调查绘制了用于分析社交媒体数据的生成方法的研究状态的广泛的全景照片（Sota）。它填补了空白，因为现有的调查文章在其范围内或被约会。我们包括两个重要方面，目前正在挖掘和建模社交媒体的重要性：动态和网络。社会动态对于了解影响影响或疾病的传播，友谊的形成，友谊的形成等，另一方面，可以捕获各种复杂关系，提供额外的洞察力和识别否则将不会被注意的重要模式。

Transformers-based models, such as BERT, have been one of the most successful deep learning models for NLP. Unfortunately, one of their core limitations is the quadratic dependency (mainly in terms of memory) on the sequence length due to their full attention mechanism. To remedy this, we propose, BIGBIRD, a sparse attention mechanism that reduces this quadratic dependency to linear. We show that BIGBIRD is a universal approximator of sequence functions and is Turing complete, thereby preserving these properties of the quadratic, full attention model. Along the way, our theoretical analysis reveals some of the benefits of having O(1) global tokens (such as CLS), that attend to the entire sequence as part of the sparse attention mechanism. The proposed sparse attention can handle sequences of length up to 8x of what was previously possible using similar hardware. As a consequence of the capability to handle longer context, BIGBIRD drastically improves performance on various NLP tasks such as question answering and summarization. We also propose novel applications to genomics data.

Transformers and variational autoencoders (VAE) have been extensively employed for symbolic (e.g., MIDI) domain music generation. While the former boast an impressive capability in modeling long sequences, the latter allow users to willingly exert control over different parts (e.g., bars) of the music to be generated. In this paper, we are interested in bringing the two together to construct a single model that exhibits both strengths. The task is split into two steps. First, we equip Transformer decoders with the ability to accept segment-level, time-varying conditions during sequence generation. Subsequently, we combine the developed and tested in-attention decoder with a Transformer encoder, and train the resulting MuseMorphose model with the VAE objective to achieve style transfer of long pop piano pieces, in which users can specify musical attributes including rhythmic intensity and polyphony (i.e., harmonic fullness) they desire, down to the bar level. Experiments show that MuseMorphose outperforms recurrent neural network (RNN) based baselines on numerous widely-used metrics for style transfer tasks.

当前独立于域的经典计划者需要问题域和实例作为输入的符号模型，从而导致知识采集瓶颈。同时，尽管深度学习在许多领域都取得了重大成功，但知识是在与符号系统（例如计划者）不兼容的亚符号表示中编码的。我们提出了Latplan，这是一种无监督的建筑，结合了深度学习和经典计划。只有一组未标记的图像对，显示了环境中允许的过渡子集（训练输入），Latplan学习了环境的完整命题PDDL动作模型。稍后，当给出代表初始状态和目标状态（计划输入）的一对图像时，Latplan在符号潜在空间中找到了目标状态的计划，并返回可视化的计划执行。我们使用6个计划域的基于图像的版本来评估LATPLAN：8个插头，15个式嘴，Blockworld，Sokoban和两个LightsOut的变体。

The standard recurrent neural network language model (rnnlm) generates sentences one word at a time and does not work from an explicit global sentence representation. In this work, we introduce and study an rnn-based variational autoencoder generative model that incorporates distributed latent representations of entire sentences. This factorization allows it to explicitly model holistic properties of sentences such as style, topic, and high-level syntactic features. Samples from the prior over these sentence representations remarkably produce diverse and well-formed sentences through simple deterministic decoding. By examining paths through this latent space, we are able to generate coherent novel sentences that interpolate between known sentences. We present techniques for solving the difficult learning problem presented by this model, demonstrate its effectiveness in imputing missing words, explore many interesting properties of the model's latent sentence space, and present negative results on the use of the model in language modeling.

在过去的几年中，在各种文本生成任务中见证了各种自动编码器的优势。但是，由于文本的顺序性质，自动回归解码器倾向于忽略潜在变量，然后降低到简单的语言模型，称为KL消失的问题，当VAE与基于变压器的结构结合时，这将进一步恶化。为了改善这个问题，我们提出了一种新型变化变压器框架Della。德拉（Della）从较低层的层中得知一系列层的潜在变量，每个变量都从下层的层中推断出，并通过低级张量产品与隐藏状态紧密耦合。通过这种方式，Della强迫这些后部潜在变量将其与整个计算路径深入融合，从而结合了更多信息。从理论上讲，我们可以将我们的方法视为纠缠潜在变量，以避免通过层减少后验信息，从而使DELLA即使没有任何退火或阈值技巧，也可以使DELLA获得更高的非零KL值。与多个强大的基线相比，对四个无条件和三个条件生成任务的实验表明，Della可以更好地减轻KL消失并改善质量和多样性。

Machine learning on graphs is an important and ubiquitous task with applications ranging from drug design to friendship recommendation in social networks. The primary challenge in this domain is finding a way to represent, or encode, graph structure so that it can be easily exploited by machine learning models. Traditionally, machine learning approaches relied on user-defined heuristics to extract features encoding structural information about a graph (e.g., degree statistics or kernel functions). However, recent years have seen a surge in approaches that automatically learn to encode graph structure into low-dimensional embeddings, using techniques based on deep learning and nonlinear dimensionality reduction. Here we provide a conceptual review of key advancements in this area of representation learning on graphs, including matrix factorization-based methods, random-walk based algorithms, and graph neural networks. We review methods to embed individual nodes as well as approaches to embed entire (sub)graphs. In doing so, we develop a unified framework to describe these recent approaches, and we highlight a number of important applications and directions for future work.

时间图代表实体之间的动态关系，并发生在许多现实生活中的应用中，例如社交网络，电子商务，通信，道路网络，生物系统等。他们需要根据其生成建模和表示学习的研究超出与静态图有关的研究。在这项调查中，我们全面回顾了近期针对处理时间图提出的神经时间依赖图表的学习和生成建模方法。最后，我们确定了现有方法的弱点，并讨论了我们最近发表的论文提格的研究建议[24]。

原则上，将变异自动编码器（VAE）应用于顺序数据提供了一种用于控制序列生成，操纵和结构化表示学习的方法。但是，训练序列VAE具有挑战性：自回归解码器通常可以解释数据而无需使用潜在空间，即后置倒塌。为了减轻这种情况，最新的模型通过将均匀的随机辍学量应用于解码器输入来削弱强大的解码器。从理论上讲，我们表明，这可以消除解码器输入提供的点式互信息，该信息通过利用潜在空间来补偿。然后，我们提出了一种对抗性训练策略，以实现基于信息的随机辍学。与标准文本基准数据集上的均匀辍学相比，我们的目标方法同时提高了序列建模性能和潜在空间中捕获的信息。

最近的研究表明，自然语言理解中的系统概括仍然是最先进的神经模型（如变形金刚和图形神经网络）的挑战。为了解决这一挑战，我们提出了边缘变压器，这是一种新的模型，将灵感与基于规则的符号AI结合起来。边缘变压器中的第一个关键思想是将矢量状态与每个边缘相关联，即使用每对输入节点 - 与每个节点相对，因为它在变压器模型中完成。第二重要创新是一个三角形关注机制，以通过从逻辑编程的统一启发的方式更新边缘表示。我们在关系推理，语义解析和依赖性解析中评估边缘变压器上的成分泛化基准。在所有三种设置中，边缘变压器优于关系感知，通用和古典变压器基线。

最近有一项激烈的活动在嵌入非常高维和非线性数据结构的嵌入中，其中大部分在数据科学和机器学习文献中。我们分四部分调查这项活动。在第一部分中，我们涵盖了非线性方法，例如主曲线，多维缩放，局部线性方法，ISOMAP，基于图形的方法和扩散映射，基于内核的方法和随机投影。第二部分与拓扑嵌入方法有关，特别是将拓扑特性映射到持久图和映射器算法中。具有巨大增长的另一种类型的数据集是非常高维网络数据。第三部分中考虑的任务是如何将此类数据嵌入中等维度的向量空间中，以使数据适合传统技术，例如群集和分类技术。可以说，这是算法机器学习方法与统计建模（所谓的随机块建模）之间的对比度。在论文中，我们讨论了两种方法的利弊。调查的最后一部分涉及嵌入$ \ mathbb {r}^ 2 $，即可视化中。提出了三种方法：基于第一部分，第二和第三部分中的方法，$ t $ -sne，UMAP和大节。在两个模拟数据集上进行了说明和比较。一个由嘈杂的ranunculoid曲线组成的三胞胎，另一个由随机块模型和两种类型的节点产生的复杂性的网络组成。

Recently, discrete latent variable models have received a surge of interest in both Natural Language Processing (NLP) and Computer Vision (CV), attributed to their comparable performance to the continuous counterparts in representation learning, while being more interpretable in their predictions. In this paper, we develop a topic-informed discrete latent variable model for semantic textual similarity, which learns a shared latent space for sentence-pair representation via vector quantization. Compared with previous models limited to local semantic contexts, our model can explore richer semantic information via topic modeling. We further boost the performance of semantic similarity by injecting the quantized representation into a transformer-based language model with a well-designed semantic-driven attention mechanism. We demonstrate, through extensive experiments across various English language datasets, that our model is able to surpass several strong neural baselines in semantic textual similarity tasks.

Deep learning has revolutionized many machine learning tasks in recent years, ranging from image classification and video processing to speech recognition and natural language understanding. The data in these tasks are typically represented in the Euclidean space. However, there is an increasing number of applications where data are generated from non-Euclidean domains and are represented as graphs with complex relationships and interdependency between objects. The complexity of graph data has imposed significant challenges on existing machine learning algorithms. Recently, many studies on extending deep learning approaches for graph data have emerged. In this survey, we provide a comprehensive overview of graph neural networks (GNNs) in data mining and machine learning fields. We propose a new taxonomy to divide the state-of-the-art graph neural networks into four categories, namely recurrent graph neural networks, convolutional graph neural networks, graph autoencoders, and spatial-temporal graph neural networks. We further discuss the applications of graph neural networks across various domains and summarize the open source codes, benchmark data sets, and model evaluation of graph neural networks. Finally, we propose potential research directions in this rapidly growing field.

本文对过去二十年来对自然语言生成（NLG）的研究提供了全面的审查，特别是与数据到文本生成和文本到文本生成深度学习方法有关，以及NLG的新应用技术。该调查旨在（a）给出关于NLG核心任务的最新综合，以及该领域采用的建筑;（b）详细介绍各种NLG任务和数据集，并提请注意NLG评估中的挑战，专注于不同的评估方法及其关系;（c）强调一些未来的强调和相对近期的研究问题，因为NLG和其他人工智能领域的协同作用而增加，例如计算机视觉，文本和计算创造力。

将神经表示与语言因素联系起来至关重要，对于人类可以解释的NLP模型。在这些因素中，句法角色（例如主题，直接对象，$ \ dots $）及其实现是必不可少的标记，因为它们可以理解为谓语结构的分解，因此可以理解为句子的含义。从引起注意的深层概率生成模型开始，我们衡量潜在变量与句法角色实现之间的相互作用，并表明可以在不监督的情况下获得句子的表示，而不同的语法角色对应于清晰识别不同的潜在变量。我们提出的概率模型是注意力驱动的变异自动编码器（Advae）。从基于变压器的机器翻译模型中汲取灵感，可以通过注意力分析潜在变量和输入令牌之间的相互作用。我们还制定了一个评估协议，以衡量句法角色的实现。该协议基于对编码器的注意最大值和解码器的潜在变量扰动。我们在SNLI数据集中对原始英语文本进行的实验表明，可以在没有监督的情况下诱导$ \ textit {i）} $ dentangement句法角色，$ \ textit {ii）} $ advae分离句法角色比经典序列VAE和Transferaler sequence VAE和Transformer Vaes更好，$ \ textit {iii）} $句法角色的实现可以通过仅仅干预相关的潜在变量在句子中分别修改。我们的工作构成了无监督的可控内容生成的第一步。我们的工作代码公开可用。