变形金刚在杂项任务中取得了进展，但遭受了二次计算和记忆复杂性的困扰。最近的作品提出了稀疏的变压器，并注意稀疏图，以降低复杂性并保持强劲的性能。虽然有效，但并未充分探索图形如何进行良好表现的关键部分。在本文中，我们提出了标准化信息有效载荷（NIP），这是图表评分函数，该函数测量图上的信息传输，该函数为性能和复杂性之间的权衡提供了分析工具。在这一理论分析的指导下，我们提出了HyperCube Transformer，这是一种稀疏的变压器，它模拟了HyperCube中的标记相互作用，并与Vanilla Transformer显示出可比甚至更好的结果，同时产生$ O（N \ log n）$复杂性，具有序列长度$ n $。对我们的图形函数的各种序列长度进行验证的任务实验。

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.

变压器注意机制的二次计算和内存复杂性限制了对长序列建模的可扩展性。在本文中，我们提出了Luna，一种线性统一嵌套关注机制，使Softmax注意力具有两个嵌套线性关注功能，仅产生线性（与二次）的时间和空间复杂度相反。具体地，通过第一注意功能，LUNA将输入序列包装成固定长度的序列。然后，使用第二关注功能未包装包装序列。与更传统的关注机制相比，LUNA引入具有固定长度的附加序列作为输入和额外的相应输出，允许LUNA线性地进行关注操作，同时还存储足够的上下文信息。我们对三个序列建模任务的基准进行了广泛的评估：长上下文序列建模，神经机平移和大型预磨损的屏蔽语言建模。竞争甚至更好的实验结果表明了Luna的有效性和效率与各种各样相比

具有输入序列长度的标准推理和基于变压器的体系结构的训练四倍。对于各种应用程序，尤其是在网页翻译，查询播放等方面，这非常大，因此，最近已经开发了几种方法来通过强制执行不同的注意力结构（例如稀疏性，低秩，使用内核）来加速注意计算。 。在这项工作中，我们将注意力计算视为最近的邻居检索的计算，并使用基于决策树的层次导航来降低每个查询令牌的检索成本，从线性序列长度从线性长度到几乎对数。基于这样的层次导航，我们设计了树形的树形，它可以使用两个有效的注意层之一 - TF - 注意和TC - 注意。 TF注意力以细粒的样式计算出注意力，而TC意见是一个粗糙的注意力层，它也确保梯度是“密集”的。为了优化此类具有挑战性的离散层，我们提出了一种两级自举训练方法。使用对标准NLP基准测试的广泛实验，尤其是对于长期序列，我们证明了我们的树形架构几乎可以像基线变压器一样准确，而注意力层则使用了30倍的失败。与Linform相比，在注意力层中使用类似的拖鞋时，准确性可能会高达12％。

变压器架构已成功用于学习源代码表示。图形表示像抽象语法树（AST）和源代码序列之间的融合使得使用电流接近计算地难以用于大输入序列长度。源代码可以有需要更大序列长度的远程依赖性，以有效地模拟模型。电流方法在序列长度方面具有计算和内存成本的二次生长。在实际情况下使用这些模型很难。在这项工作中，我们通过使用图形邻接矩阵作为稀疏自我关注机制的注意掩模以及使用图形扩散机制来模拟更长范围令牌依赖性的关注掩模来提出源代码片段的调节。我们的型号在Bleu，Meteor和Rouge-L指标中达到最先进的结果，用于代码摘要任务以及可变误用任务的最先进的准确性。与先前作品的二次生长相比，我们模型的内存使用和推理时间具有相对于输入序列长度的线性生长。

过度分辨的神经网络概括井，但训练昂贵。理想情况下，人们希望减少其计算成本，同时保留其概括的益处。稀疏的模型培训是实现这一目标的简单和有希望的方法，但随着现有方法与准确性损失，慢速训练运行时的困难或困难，仍然存在挑战，仍然存在困难的挑战。核心问题是，在离散的一组稀疏矩阵上搜索稀疏性掩模是困难和昂贵的。为了解决此问题，我们的主要见解是通过具有称为蝴蝶矩阵产品的固定结构的固定结构来优化优化稀疏矩阵的连续超集。随着蝴蝶矩阵不是硬件效率，我们提出了简单的蝴蝶（块和平坦）的变体来利用现代硬件。我们的方法（像素化蝴蝶）使用基于扁平块蝴蝶和低秩矩阵的简单固定稀疏模式，以缩小大多数网络层（例如，注意，MLP）。我们经验验证了像素化蝴蝶比蝴蝶快3倍，加快培训，以实现有利的准确性效率权衡。在ImageNet分类和Wikitext-103语言建模任务中，我们的稀疏模型训练比致密的MLP - 混频器，视觉变压器和GPT-2媒体更快地训练高达2.5倍，没有精确下降。

近年来，基于变压器的预训练模型已获得了很大的进步，成为自然语言处理中最重要的骨干之一。最近的工作表明，变压器内部的注意力机制可能不需要，卷积神经网络和基于多层感知器的模型也已被研究为变压器替代方案。在本文中，我们考虑了一个用于语言模型预训练的图形循环网络，该网络通过本地令牌级通信为每个序列构建一个图形结构，以及与其他代币解耦的句子级表示。原始模型在受监督培训下的特定领域特定文本分类中表现良好，但是，其通过自我监督的方式学习转移知识的潜力尚未得到充分利用。我们通过优化体系结构并验证其在更通用的语言理解任务（英语和中文）中的有效性来填补这一空白。至于模型效率，我们的模型在基于变压器的模型中而不是二次复杂性，而是具有线性复杂性，并且在推断过程中的性能更有效。此外，我们发现与现有基于注意力的模型相比，我们的模型可以生成更多样化的输出，而背景化的功能冗余性较小。

基于变压器的模型广泛用于自然语言处理（NLP）。变压器模型的核心是自我关注机制，它捕获了输入序列中的令牌对的相互作用，并在序列长度上逐步取决于逐行。在更长的序列上培训此类模型是昂贵的。在本文中，我们表明，基于局部敏感散列（LSH）的伯努利采样注意机制降低了这种模型到线性的二次复杂性。我们通过考虑自我关注作为与Bernoulli随机变量相关的单独令牌的总和来绕过二次成本，原则上可以通过单个哈希进行一次（尽管在实践中，这个数字可能是一个小常数）。这导致了有效的采样方案来估算依赖于LSH的特定修改的自我关注（以便在GPU架构上进行部署）。我们在标准512序列长度上评估了胶水基准的算法，在那里我们看到了相对于标准预磨削变压器的良好性能。在远程竞技场（LRA）基准中，为了评估长序列的性能，我们的方法实现了与Softmax自我关注的结果一致，但具有相当大的加速和内存节省，并且通常优于其他有效的自我关注方法。我们的代码可以在https://github.com/mlpen/yoso获得

Transformer models have achieved superior performance in various natural language processing tasks. However, the quadratic computational cost of the attention mechanism limits its practicality for long sequences. There are existing attention variants that improve the computational efficiency, but they have limited ability to effectively compute global information. In parallel to Transformer models, state space models (SSMs) are tailored for long sequences, but they are not flexible enough to capture complicated local information. We propose SPADE, short for $\underline{\textbf{S}}$tate s$\underline{\textbf{P}}$ace $\underline{\textbf{A}}$ugmente$\underline{\textbf{D}}$ Transform$\underline{\textbf{E}}$r. Specifically, we augment a SSM into the bottom layer of SPADE, and we employ efficient local attention methods for the other layers. The SSM augments global information, which complements the lack of long-range dependency issue in local attention methods. Experimental results on the Long Range Arena benchmark and language modeling tasks demonstrate the effectiveness of the proposed method. To further demonstrate the scalability of SPADE, we pre-train large encoder-decoder models and present fine-tuning results on natural language understanding and natural language generation tasks.

Transformers do not scale very well to long sequence lengths largely because of quadratic self-attention complexity. In the recent months, a wide spectrum of efficient, fast Transformers have been proposed to tackle this problem, more often than not claiming superior or comparable model quality to vanilla Transformer models. To this date, there is no well-established consensus on how to evaluate this class of models. Moreover, inconsistent benchmarking on a wide spectrum of tasks and datasets makes it difficult to assess relative model quality amongst many models. This paper proposes a systematic and unified benchmark, Long-Range Arena, specifically focused on evaluating model quality under long-context scenarios. Our benchmark is a suite of tasks consisting of sequences ranging from 1K to 16K tokens, encompassing a wide range of data types and modalities such as text, natural, synthetic images, and mathematical expressions requiring similarity, structural, and visual-spatial reasoning. We systematically evaluate ten well-established long-range Transformer models (Reformers, Linformers, Linear Transformers, Sinkhorn Transformers, Performers, Synthesizers, Sparse Transformers, and Longformers) on our newly proposed benchmark suite. Long-Range Arena paves the way towards better understanding this class of efficient Transformer models, facilitates more research in this direction, and presents new challenging tasks to tackle. Our benchmark code will be released at https://github.com/google-research/long-range-arena.

许多NLP任务需要处理超出预磨模模型的长度限制的长语境。为了将这些模型扩展到更长的文本序列，已经提出了许多有效的远程注意力变体。尽管沿着这个方向进行了丰富的研究，但仍然难以在实际用例中衡量这些模型的相对有效性，例如，如果我们在预先rain-yfetune范式之后应用这些模型。在这项工作中，我们的目标是对这些具有大规模和受控实验的这些新兴模型进行彻底的分析。对于每个关注变体，我们使用相同的长DOC语料库，然后使用相同的长DOC语料库，然后为现实世界的长情节任务进行芬特这些模型。我们的调查结果揭示了现有广泛使用的远程基准的陷阱，并显示任何经过测试的高效关注可以在标准预介质范式下击败一个简单的本地窗口关注。对本地注意力变化的进一步分析表明，即使是常用的注意力窗口重叠也没有必要实现良好的下游结果 - 使用不相交的本地关注，我们能够构建符合性能的更简单且更高效的Long-Doc QA模型霍尔福勒〜\ citep {longformer}其预先花费的一半。

变压器注意机制中的设计选择，包括弱电感偏置和二次计算复杂性，限制了其用于建模长序列的应用。在本文中，我们介绍了一个简单的，理论上的，单头的门控注意机制，配备了（指数）移动平均线，以将局部依赖性的电感偏置纳入位置 - 敏锐的注意机制中。我们进一步提出了一个具有线性时间和空间复杂性的大型变体，但通过将整个序列分为固定长度的多个块，仅产生最小的质量损失。对广泛的序列建模基准测试的广泛实验，包括远距离竞技场，神经机器翻译，自动回归语言建模以及图像和语音分类，表明，巨人比其他序列模型取得了重大改进，包括变种物的变体和最新的变体模型状态空间模型。

Graph Neural Networks (GNNs) have shown great potential in the field of graph representation learning. Standard GNNs define a local message-passing mechanism which propagates information over the whole graph domain by stacking multiple layers. This paradigm suffers from two major limitations, over-squashing and poor long-range dependencies, that can be solved using global attention but significantly increases the computational cost to quadratic complexity. In this work, we propose an alternative approach to overcome these structural limitations by leveraging the ViT/MLP-Mixer architectures introduced in computer vision. We introduce a new class of GNNs, called Graph MLP-Mixer, that holds three key properties. First, they capture long-range dependency and mitigate the issue of over-squashing as demonstrated on the Long Range Graph Benchmark (LRGB) and the TreeNeighbourMatch datasets. Second, they offer better speed and memory efficiency with a complexity linear to the number of nodes and edges, surpassing the related Graph Transformer and expressive GNN models. Third, they show high expressivity in terms of graph isomorphism as they can distinguish at least 3-WL non-isomorphic graphs. We test our architecture on 4 simulated datasets and 7 real-world benchmarks, and show highly competitive results on all of them.

在这项工作中，我们介绍了内核化变压器，这是一个通用，可扩展的，数据驱动的框架，用于学习变压器中的内核功能。我们的框架将变压器内核作为光谱特征图之间的点产物近似，并通过学习光谱分布来学习内核。这不仅有助于学习通用的内核端到端，而且还可以减少变压器从二次到线性的时间和空间复杂性。我们表明，在准确性和计算效率方面，内核化的变压器实现了与现有的有效变压器体系结构相当的性能。我们的研究还表明，内核的选择对性能有重大影响，而内核学习变体是固定内核变压器的竞争替代方案，无论是长时间的序列任务。

在本文中，据我们所知，我们提供了将各种掩盖机制纳入变形金刚以可扩展方式融入变形金刚结构的第一种综合方法。我们表明，有关线性因果关注的最新结果（Choromanski等，2021）和对数线性RPE注意力（Luo等，2021）是这种一般机制的特殊情况。但是，通过将问题作为对未掩盖注意力的拓扑调制（基于图的）调制，我们以前获得了几个未知结果，包括有效的D维RPE掩盖和图形内掩蔽。我们利用许多数学技术，从光谱分析到动态编程和随机步行到新算法，以求解图形上的马尔可夫过程。我们提供相应的经验评估。

状态空间模型已显示在建模远距离依赖性方面有效，特别是序列分类任务。在这项工作中，我们着重于对英语书籍，GitHub源代码和Arxiv数学文章的自回旋序列建模。基于围绕封闭激活功能的有效性的最新发展，我们提出了一个名为“封闭状态空间（GSS）”的新层，并表明它的训练速度明显快于TPU的S4（即DSS）的对角线版本，具有相当竞争力 - 基于变压器的基线，并表现出零击向更长的输入，同时直接实施。最后，我们表明，利用自我意见来建模局部依赖性，可以进一步提高GSS的性能。

我们在变压器中重新审视设计选择，并提出方法来解决它们在处理长序列中的弱点。首先，我们提出了一个名为“门控注意单元”的简单层，该层允许使用较弱的单头注意，而质量损失最小。然后，我们提出了一种与该新层的线性近似方法互补的，该方法对加速器友好且质量高度竞争。最终的型号（名为Flash）与短（512）和长（8K）上下文长度相匹配，在WIKI-40B上达到高达4.9 $ \ times $的训练速度和PG上的12.1 $ \ times $，在PG上达到了4.9 $ \ times $的困惑。-19用于自动回归语言建模，C4的4.8 $ \ times $用于掩盖语言建模。

由于自我关注模块的二次空间和时间复杂性，基于变压器的模型在处理长序列中是不高的。为了解决此限制，建议通过分别通过低维投影和行选择来降低线性（模数对数因子）的二次复杂度。这两种型号本质上连接，并了解他们的连接，我们介绍了矩阵素描的理论框架。基于理论分析，我们提出了Skeinformer加速自我关注，进一步提高了三个精心设计的组件的自我关注的准确性：列采样，自适应行标准化和飞行员采样重新利用。关于长距离竞技场（LRA）基准的实验表明，我们的方法以始终如一的较小时间/空间占地面积优于替代方案。

Many real-world applications require the prediction of long sequence time-series, such as electricity consumption planning. Long sequence time-series forecasting (LSTF) demands a high prediction capacity of the model, which is the ability to capture precise long-range dependency coupling between output and input efficiently. Recent studies have shown the potential of Transformer to increase the prediction capacity. However, there are several severe issues with Transformer that prevent it from being directly applicable to LSTF, including quadratic time complexity, high memory usage, and inherent limitation of the encoder-decoder architecture. To address these issues, we design an efficient transformer-based model for LSTF, named Informer, with three distinctive characteristics: (i) a ProbSparse self-attention mechanism, which achieves O(L log L) in time complexity and memory usage, and has comparable performance on sequences' dependency alignment. (ii) the self-attention distilling highlights dominating attention by halving cascading layer input, and efficiently handles extreme long input sequences. (iii) the generative style decoder, while conceptually simple, predicts the long time-series sequences at one forward operation rather than a step-by-step way, which drastically improves the inference speed of long-sequence predictions. Extensive experiments on four large-scale datasets demonstrate that Informer significantly outperforms existing methods and provides a new solution to the LSTF problem.

代码摘要可帮助开发人员理解程序并减少在软件维护过程中推断程序功能的时间。最近的努力诉诸深度学习技术，例如序列到序列模型，以生成准确的代码摘要，其中基于变压器的方法已实现了有希望的性能。但是，在此任务域中，有效地将代码结构信息集成到变压器中的情况不足。在本文中，我们提出了一种名为SG-Trans的新方法，将代码结构属性纳入变压器。具体而言，我们将局部符号信息（例如，代码令牌和语句）和全局句法结构（例如，数据流程图）注入变压器的自我发项模块中。为了进一步捕获代码的层次结构特征，局部信息和全局结构旨在分布在下层和变压器高层的注意力头中。广泛的评估表明，SG-trans的表现优于最先进的方法。与表现最佳的基线相比，SG-Trans在流星评分方面仍然可以提高1.4％和2.0％，这是一个广泛用于测量发电质量的度量，分别在两个基准数据集上。