Effect of tokenization on transformers for biological sequences
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Notice bibliographique
Résumé
MOTIVATION: Deep-learning models are transforming biological research, including many bioinformatics and comparative genomics algorithms, such as sequence alignments, phylogenetic tree inference, and automatic classification of protein functions. Among these deep-learning algorithms, models for processing natural languages, developed in the natural language processing (NLP) community, were recently applied to biological sequences. However, biological sequences are different from natural languages, such as English, and French, in which segmentation of the text to separate words is relatively straightforward. Moreover, biological sequences are characterized by extremely long sentences, which hamper their processing by current machine-learning models, notably the transformer architecture. In NLP, one of the first processing steps is to transform the raw text to a list of tokens. Deep-learning applications to biological sequence data mostly segment proteins and DNA to single characters. In this work, we study the effect of alternative tokenization algorithms on eight different tasks in biology, from predicting the function of proteins and their stability, through nucleotide sequence alignment, to classifying proteins to specific families. RESULTS: We demonstrate that applying alternative tokenization algorithms can increase accuracy and at the same time, substantially reduce the input length compared to the trivial tokenizer in which each character is a token. Furthermore, applying these tokenization algorithms allows interpreting trained models, taking into account dependencies among positions. Finally, we trained these tokenizers on a large dataset of protein sequences containing more than 400 billion amino acids, which resulted in over a 3-fold decrease in the number of tokens. We then tested these tokenizers trained on large-scale data on the above specific tasks and showed that for some tasks it is highly beneficial to train database-specific tokenizers. Our study suggests that tokenizers are likely to be a critical component in future deep-network analysis of biological sequence data. AVAILABILITY AND IMPLEMENTATION: Code, data, and trained tokenizers are available on https://github.com/technion-cs-nlp/BiologicalTokenizers.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle