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双语语言模型中的共享语法表征获取

摘要

文章通过控制训练数据量和语言接触顺序,研究双语语言模型中共享语法表征的形成机制。实验采用结构启动范式,测量模型在语法结构匹配时的句子生成概率差异。研究发现:跨语言启动存在不对称性,英语作为目标语言时启动效应最强,与L1/L2状态无关;语言相似性显著影响共享表征强度,英语-荷兰语对的启动效应比英语-希腊语对强46%;模型接触第二语言600步后即出现稳定启动效应,且灾难性遗忘下相似语言对的表征共享仍可保持。这些发现揭示了跨语言迁移的认知机制边界

1. 引言

多语言模型通过跨语言共享表征实现知识迁移,但其形成机制尚未明确。文章提出将语言模型作为“模式生物”,通过控制训练变量探究双语表征获取过程。核心研究问题包括:跨语言结构启动的不对称性是否源于语言接触顺序?语言相似性如何影响共享语法表征的形成?模型训练动态如何反映表征获取过程?

2. 实验方法

2.1 双语模型训练

构建16个124M参数的GPT-2双语模型,控制三个变量:语言对(英语-荷兰语/西班牙语/波兰语/希腊语)、接触顺序(英语L1或L2)、双语条件(同步或序列)。同步双语模型前半程仅训练L1,后半程混合训练L1/L2;序列双语模型后半程仅训练L2。训练数据采用去重OSCAR语料,每种语言采样20亿token。

2.2 结构启动测量

采用心理语言学实验范式,测量语法结构匹配对目标句概率的提升效应:

\[ P_N(T_{PO}|P_{PO}) = \frac{P(T_{PO}|P_{PO})}{P(T_{PO}|P_{PO}) + P(T_{DO}|P_{PO})} \]

对比匹配启动句(如介词宾语PO结构)与不匹配启动句(如双宾语DO结构)的条件概率差异。实验涵盖三类语法交替:双宾语/介词宾语、属格结构、主动/被动语态,使用五套跨语言刺激材料。

3. 关键发现

3.1 语言不对称性

当英语作为目标语言时,结构启动效应显著更强。在英语-荷兰语对中,匹配条件使目标句概率平均提升0.23,而荷兰语作为目标语时仅提升0.11。此现象独立于英语的L1/L2状态,表明人类实验观察到的L1→L2启动优势可能源于英语作为目标语的特性,而非习得顺序。

3.2 语言相似性效应

语言类型相似度决定共享表征强度:英语-荷兰语(相似度高)的启动效应比英语-希腊语(相似度低)强46%。在序列双语模型中,灾难性遗忘后荷兰语仍保持87%的启动效应,而希腊语完全消失。形态标记丰富的语言(如希腊语)因词序自由度更高,语法表征共享更困难。

3.3 训练动态

结构启动效应在接触L2后600步(490万token)即稳定出现,与L2熟练度提升同步。同步双语模型中启动效应随BLiMP语法得分同步增长;序列双语模型虽经历L1灾难性遗忘(L1惊异值上升38%),但语言相似度高时仍保留跨语言启动能力,表明共享语法表征具有鲁棒性。

4. 讨论与意义

研究为跨语言迁移提供三方面启示:首先,英语作为目标语的优势效应呼吁重新解释人类双语启动实验;其次,语言相似性制约迁移效果,建议低资源语言优先选择相似语言的预训练模型;最后,小规模模型的受控实验为认知理论提供新验证途径。未来需扩展非印欧语系研究,并探索模型规模对表征共享的影响。

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