Asymptotic theory of in-context learning by linear attention
Notice bibliographique
Résumé
Transformers have a remarkable ability to learn and execute tasks based on examples provided within the input itself, without explicit prior training. It has been argued that this capability, known as in-context learning (ICL), is a cornerstone of Transformers' success, yet questions about the necessary sample complexity, pretraining task diversity, and context length for successful ICL remain unresolved. Here, we provide a precise answer to these questions in an exactly solvable model of ICL of a linear regression task by linear attention. We derive sharp asymptotics for the learning curve in a phenomenologically rich scaling regime where the token dimension is taken to infinity; the context length and pretraining task diversity scale proportionally with the token dimension; and the number of pretraining examples scales quadratically. We demonstrate a double-descent learning curve with increasing pretraining examples, and uncover a phase transition in the model's behavior between low and high task diversity regimes: in the low diversity regime, the model tends toward memorization of training tasks, whereas in the high diversity regime, it achieves genuine ICL and generalization beyond the scope of pretrained tasks. These theoretical insights are empirically validated through experiments with both linear attention and full nonlinear Transformer architectures.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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 | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».