Понимают ли большие языковые модели данные из таблиц?08.11.2024 17:01

Вступление

Всем привет! С вами команда IDP. Сегодня расскажем о том, как мы оцениваем языковые модели для ответов на вопросы по таблицам.

Наша команда занимается интеллектуальной обработкой документов, и мы нередко сталкиваемся с документами, содержащими таблицы. Человек обычно анализирует их, опираясь на геометрию и визуал (границы ячеек, выделение заголовков, выравнивание текстов в ячейках). Таблицы — это двумерные объекты, языковые модели же работают с одномерными последовательностями токенов. Это наталкивает на вопрос:, а насколько хорошо LLM справляются с анализом таблиц в документах?

Мы заинтересовались этой темой неслучайно — в одном из проектов мы работали над вопросно‑ответной системой для технической документации. Большинство вопросов относилось именно к таблицам, причем таблицы были достаточно сложными, с длинными названиями столбцов, формулами и многоуровневыми заголовками. В один момент мы уперлись в потолок по метрикам и тогда решили провести более тщательное исследование.

Выбор данных

Мы фокусируемся только на одной задаче и на одном типе вопросов. Таблица тоже подается одна, хотя на практике в документе их бывает несколько.

Для исследования мы отобрали таблицы из двух источников: энциклопедий (Википедия) и технических документаций (ГОСТы);, а также синтезировали несколько дополнительных наборов таблиц, чтобы оценить влияние однородности значений и сложности текста в ячейках. Таблицы, полученные из свободных источников, прошли несколько этапов предобработки. Предварительно мы перевели их из формата HTML в markdown, поскольку он обычно используется в предобучении языковых моделей и является экономным с точки зрения количества токенов. Многоуровневые заголовки были объединены через »/» в плоские заголовки. Объединенные ячейки разбивались, а тексты в разбитых ячейках дублировались. Таблицы выбирали шириной от 2 до 16 столбцов, высотой от 1 до 64 строк.

Таблицы в подмножествах отличались по следующим признакам:

• размеры таблицы (ширина и высота);

• однородность значений в столбцах (можно ли без заголовка определить, какой столбец что означает);

• количество текста в ячейках (чем его больше, тем сложнее для модели должна быть задача).

Примеры таблиц:

Постановка задачи

Главная задача модели в вопросах к таблицам — понимать связь между разными столбцами и строками. Чтобы проверить, насколько разные LLM справляются с этим, нам нужно было создать вопрос, который бы требовал сравнения хотя бы по паре строк или столбцов.

Мы выбрали самую естественную и частотную (что также подтверждалось статистикой по нашему проекту) структуру вопроса: «Какое значение столбце target, если в столбце query значение равно X?»

Для ответа на этот вопрос требуется не только найти в таблице два заданных столбца и , но и определить целевую строку по переданному значению , а затем извлечь ответ из ячейки в столбце.

Формализовав структуру вопроса как «Какой , если  — ?», мы сгенерировали вопросы простым алгоритмом: перебирая все , , в таблице. В итоговый датасет попали только вопросы, для которых существует единственный ответ , причем его значение встречается в столбце ровно один раз — это снижает вероятность угадать ответ, выбрав самое частотное значение.

Пример. Какое покрытие, если соперница в финале — Лесли Керхов? Ответ: Хард

Формат промпта для LLM:

{system_prompt}

-----

{table}

-----

{question}

Системный промпт мы подобрали такой, чтобы все модели понимали инструкцию и следовали формату. В ответе мы ожидаем значение из какой‑то одной ячейки таблицы. Мы проверили, что сильные модели хорошо соблюдают формат без дополнительных пояснений. Формулировка получилась такая:

Ты — эксперт по интеллектуальной обработке документов. Тебе на вход передана таблица из документа. Ответь на вопрос, опираясь ТОЛЬКО на данные из этой таблицы.

Для оценки ответа модели использовалась метрика exact match: 1, если ответ совпал, и 0 иначе.

Методология оценки

Наиболее иллюстративными получились следующие две тепловые карты:

1. «ширина таблицы» «номер строки»: ;

2. «ширина таблицы» «взаимная удаленность столбцов»: . Читать тепловую карту нужно следующим образом. Рассмотрим ячейку в ‑й строке и ‑м столбце. Если (выше диагонали), то в ячейке находится процент правильных ответов, где ширина таблицы , а взаимная удаленность столбцов . Если же , а взаимная удаленность столбцов . Другими словами, над диагональю собраны вопросы, где столбец с вопросом находится правее столбца с ответом, а под диагональю, наоборот, левее.

Вот как они выглядят для некоторых моделей на Синтетике-3.

Для каждой ячейки в тепловой карте  было выбрано по 10 вопросов (если данных в источнике было недостаточно, то брали сколько есть). При этом расстояние мы выбирали из равномерного распределения от  до .

Результаты

Результаты замеров на всех подмножествах приведены в таблице. Поскольку задача достаточно сложная, мы рассматривали только модели средних и больших размеров. Замеры мы проводили для моделей с открытыми весами Gemma-2–27B, Qwen-2.5–32B, Llama-3.1–70B, Qwen-2.5–72B, Mistral‑Large-123B, Llama-3.1–405B, а также коммерческих моделей Сбера GigaChat‑Pro и GigaChat‑Max. К средним мы относим модели до 34 миллиардов параметров, к большим — 70 и больше.

Анализ результатов

Из средних моделей особенно выделяется Qwen-2.5 на фоне Gemma-2 и GigaChat‑Pro. Примечательно, что модель Qwen-2.5 с 32 миллиардами параметров даже опережает Qwen-2.5 с 72 миллиардами параметров.

Среди больших моделей в лидерах Llama-3.1–405B, Qwen-2.5–72B и GigaChat‑Max.

Синтетика-2 и Синтетика-4 схожи по количеству символов и имеют одни и те же заголовки. Тем не менее все модели на Синтетике-2 показывают относительно слабые результаты. Вероятно, здесь сыграло то, что буквы A, B, C, D, E, F встречаются как в названиях столбцов, так и в значениях ячеек. Поэтому модели сложнее отфильтровать шум в виде одинаковых токенов: например, «A» как заголовок и «A» как токен из строки »#A0FFFF». Синтетика-3 была еще сложнее из‑за того, что названия колонок шумные и не связаны семантически со значениями.

Как и ожидалось, самым простым подмножеством для моделей, особенно небольших,  была Синтетика-1. Высокие результаты всех моделей, кроме Gemma-2, на Синтетике-1 объясняются тем, что данные в столбцах разнородны и нужное значение в заданной строке можно найти по семантике значений. Если же все значения однородны, как в других синтетических подмножествах, то для успешного решения задачи необходимо «отсчитать» нужное количество столбцов вправо или влево. Это для моделей небольших размеров оказалось сложной задачей. Например, задан вопрос: «Какое B, если E равно 123?» Человек, если ему дать таблицу в виде одной строки без переносов строк и других визуальных подсказок, будет решать эту задачу так:

1. Найдет столбцы B и E. Запомнит, что между ними 3 столбца (3 символа »|» — разделителя между ячейками в markdown).

2. Найдет значение »123». Заметим, что в нашем сетапе все значения в синтетических таблицах уникальные, поэтому если в вопросе упоминается значение »123», то нам не нужно дополнительно проверять, в каких еще столбцах помимо E оно может находиться.

3. Отсчитает влево 3 символа »|». Полученное значение и будет ответом на вопрос.

Большие модели навык счета выучили хорошо. Возможно, дело в размере модели. Однако, как показывает Qwen-2.5–32B, таких же результатов возможно добиться и за счет качественных данных в обучении.

Почему же мы так уверены, что дело именно в навыке счета? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:

На ней мы видим, что наиболее зеленые значения встречаются в трех местах:

• в левом верхнем углу, где колонок не так много и таблицы более простые;

• в верхней строке и левой колонке: это соответствует парам столбцов, которые находятся рядом друг с другом на расстоянии +1 либо -1;

• сразу над и под диагональю: это соответствует парам столбцов, где один первый, а второй последний. Считать, как в алгоритме выше, здесь не нужно, потому что у первых и последних столбцов есть «подсказка» в виде стоящего рядом (до или после) символа конца строки »\n».

Выводы

Даже самые передовые LLM пока не могут справиться с анализом больших сложных таблиц. Возможно, они научатся это делать в ближайшем будущем, а возможно — эта задача так и останется нерешаемой для чисто текстовых моделей. Поэтому интересно будет проверить мультимодальные картиночно‑текстовые модели, в том числе наш GigaChat Vision. О том, как протестировать самые свежие версии GigaChat Pro, GigaChat MAX, а также GigaChat Vision, читайте в документации.

В дальнейшем мы планируем рассмотреть другие, более комплексные типы задач с таблицами по примеру TableBench и добавить этот бенчмарк в MERA.

Над статьей работали Даниил Водолазский, Вильдан Сабуров, Данил Сазанаков. Дизайн обложки выполнила Дарья Пономарева. Благодарим за помощь в подготовке статьи Юлию Горшкову и Григория Лелейтнера.

© Habrahabr.ru