大型語言模型與結構化資料助手：LLaSA

Core Concepts

LLaSA 是一種透過將結構化資料轉換為超圖並將其表徵整合至大型語言模型 (LLM) 中，以增強 LLM 處理結構化資料能力的框架。

Abstract

文獻資訊: Xu, Y., He, S., Chen, J., Zeng, X., Wang, B., Liu, K., & Zhao, J. (2024). LLaSA: Large Language and Structured Data Assistant. arXiv preprint arXiv:2411.14460.
研究目標: 本研究旨在開發一種名為 LLaSA 的通用框架，用於增強大型語言模型 (LLM) 處理結構化資料的能力，解決現有基於圖神經網路 (GNN) 的 LLM 在處理不同類型結構化資料時缺乏統一性，以及 GNN 預訓練與特定 LLM 耦合導致適應性受限的問題。
研究方法: LLaSA 首先將各種形式的結構化資料（如表格、知識圖譜）統一建模為超圖，以便使用統一的 GNN 進行編碼。接著，利用自監督學習對 GNN 和 G-Former 進行預訓練，包括問答和對比學習，以有效地將 GNN 與文字空間對齊，並避免與特定 LLM 耦合。在針對下游任務進行微調時，使用 G-Former 將編碼的結構化資料轉換為 LLM 可以理解的固定數量的軟性標記。
主要發現: 在多個結構化知識庫 (SKG) 資料集（包括表格、知識圖譜和資料庫）上的實驗結果表明，LLaSA 能夠顯著增強 LLM 處理結構化資料的能力。在凍結 LLM 參數的情況下，LLaSA Llama-7B 在十個資料集上平均提升了 12%。在使用 LoRA 微調 LLM 參數的情況下，LLaSA 仍然取得了平均 0.4% 的效能提升。此外，LLaSA 使用 LoRA 微調的效能優於先前使用完整參數微調的最先進方法。
結論: LLaSA 是一個有效的框架，可以將結構化資料整合到 LLM 中，並顯著提高 LLM 在各種 SKG 任務上的效能。預訓練的超圖編碼器可以適應各種 LLM，並增強它們處理不同類型結構化資料的能力。
研究意義: 本研究提出了一種新的 LLM 與結構化資料整合方法，為開發更強大的 SKG 模型提供了新的思路。LLaSA 的出現，有助於推動 LLM 在需要處理和理解結構化資料的實際應用中的發展。
研究限制與未來方向: (1) LLaSA 使用固定數量的查詢標記，但超圖中的節點數量差異很大，這可能導致 G-Former 難以有效地捕捉資訊。未來可以探討根據超圖大小動態調整查詢標記數量的機制。(2) 由於資源限制，本研究使用的上下文長度為 2K，而 TableLlama 使用的是 8K。未來可以評估 LLaSA 在更長上下文長度下的效能。

Stats

LLaSA Llama-7B 在凍結 LLM 參數的情況下，在十個資料集上平均提升了 12%。
使用 LoRA 微調 LLM 參數時，LLaSA 仍然取得了平均 0.4% 的效能提升。
LLaSA 7B-M 使用 LoRA 微調的效能優於先前使用完整參數微調的最先進方法。
在 TabMWP 資料集上，LLaSA 7B-M 的效能顯著優於 StructLM 7B-M，達到了 4.2%。
在 SQA 資料集上，LLaSA 的效能顯著優於 StructLM 7B。
在凍結 LLM 參數的情況下，LLaSA 在 Phi-3B、Llama2-7B、Mistral-7B 和 Llama3-8B 模型上均實現了約 10% 的效能提升。
在 LoRA 微調 LLM 參數的情況下，LLaSA 在 Phi-3B 上的效能提升了 0.9%，而在 Llama3-8B 上的效能提升了 0.3%。
與隨機初始化的 GNN 相比，預訓練的 GNN 幫助 LLM 在 Held-In 資料集上實現了 3.8% 的效能提升，在 Held-Out 資料集上實現了 5.0% 的效能提升。
與基本的 prompt tuning 相比，“w/o GNN”和“w/o G-Former”設置在 Held-In 資料集上僅取得了 4% 的效能提升，而在 Held-Out 資料集上沒有顯著提升。

Key Insights Distilled From

LLaSA: Large Language and Structured Data Assistant

by Yao Xu, Shiz... at arxiv.org 11-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.14460.pdf

Deeper Inquiries

如何將 LLaSA 應用於其他需要處理結構化資料的自然語言處理任務，例如文字摘要、機器翻譯等？

LLaSA 的核心概念是將結構化資料轉換為超圖，並利用預訓練的超圖編碼器和 G-Former 將其整合到大型語言模型中。這種方法可以應用於其他需要處理結構化資料的自然語言處理任務，例如：

文字摘要: 可以將文章中的關鍵資訊，例如實體、關係、事件等，組織成結構化資料，例如知識圖譜。然後，利用 LLaSA 將知識圖譜轉換為超圖，並將其輸入到大型語言模型中，以生成更準確、資訊更豐富的摘要。
機器翻譯: 可以將源語言和目標語言的句子結構資訊，例如語法依存關係，表示為結構化資料。然後，利用 LLaSA 將其轉換為超圖，並將其輸入到大型語言模型中，以提高翻譯的準確性和流暢度。
除了上述任務，LLaSA 還可以應用於其他需要處理結構化資料的自然語言處理任務，例如：

資訊抽取: 可以將文本中的實體和關係抽取出來，構建成知識圖譜，然後利用 LLaSA 進行處理。
對話系統: 可以將對話歷史、使用者資訊、知識庫等資訊組織成結構化資料，然後利用 LLaSA 進行處理，以生成更準確、更流暢的回覆。
總之，LLaSA 提供了一種將結構化資料整合到大型語言模型中的有效方法，可以應用於各種自然語言處理任務，以提高模型的效能。

如果結構化資料存在噪聲或不完整的情況下，LLaSA 的效能會受到什麼影響？如何提高 LLaSA 在這種情況下的魯棒性？

如果結構化資料存在噪聲或不完整的情況，LLaSA 的效能的確會受到影響，主要體現在以下幾個方面：

噪聲資料影響: 噪聲資料，例如錯誤的實體關係、缺失的表格單元格等，會影響超圖的構建，進而影響超圖編碼器的效能，導致 LLaSA 無法準確理解結構化資料。
資訊缺失影響: 不完整的結構化資料，例如缺少關鍵實體或關係，會導致超圖無法完整地表示資訊，進而影響 LLaSA 的推理和生成能力。
為了提高 LLaSA 在噪聲或不完整資料下的魯棒性，可以考慮以下幾種方法：

資料預處理: 在將結構化資料轉換為超圖之前，可以先進行資料清洗和修復，例如利用規則或機器學習方法識別和修正錯誤的資料，利用知識庫或其他資料來源補全缺失的資訊。
魯棒的超圖編碼器: 可以設計更魯棒的超圖編碼器，例如使用圖神經網路的變體，例如圖卷積網路 (GCN) 或圖注意力網路 (GAT)，這些網路可以更好地處理圖結構中的噪聲和不確定性。
引入外部知識: 可以引入外部知識，例如知識圖譜或領域詞典，來補全結構化資料中缺失的資訊，並增強 LLaSA 的推理能力。
弱監督學習: 可以利用弱監督學習方法，例如遠端監督學習，來訓練 LLaSA，以降低對資料標註質量的要求，提高模型在噪聲資料下的學習能力。
總之，處理噪聲和不完整資料是 LLaSA 面臨的一個重要挑戰，需要綜合運用多種方法來提高模型的魯棒性。

LLaSA 的出現是否意味著傳統的基於符號邏輯的知識表示方法將被取代？LLaSA 與傳統方法之間的關係是什麼？

LLaSA 的出現並不意味著傳統的基於符號邏輯的知識表示方法將被取代，兩者之間更多的是一種互補關係。

傳統基於符號邏輯的知識表示方法，例如知識圖譜，其優勢在於：

知識表示清晰、易於理解和推理。
可以進行複雜的邏輯推理和查詢。

LLaSA 等基於深度學習的知識表示方法，其優勢在於：

可以處理非結構化資料，例如文本。
可以學習到隱含的知識和模式。
LLaSA 可以與傳統的知識表示方法結合使用，例如：

利用知識圖譜增強 LLaSA: 可以將知識圖譜中的實體和關係資訊融入到 LLaSA 的超圖構建過程中，以提供更豐富的上下文資訊，提高 LLaSA 的推理和生成能力。
利用 LLaSA 完善知識圖譜: 可以利用 LLaSA 從非結構化資料中抽取知識，並將其添加到知識圖譜中，以擴展知識圖譜的覆蓋範圍。
總之，LLaSA 和傳統的基於符號邏輯的知識表示方法各有優缺點，可以相互補充，共同構建更強大的知識表示和推理系統。