A Prompt Learning Framework for Source Code Summarization

Q: 这篇论文试图解决什么问题？

A: 这篇论文试图解决的问题是自动生成代码片段的自然语言摘要（也称为注释），这对于帮助开发人员理解和维护源代码至关重要。最近，随着大型语言模型（LLMs）在许多领域的成功应用，软件工程研究人员也尝试将LLMs应用于代码摘要任务。然而，现有的适应LLMs的方案，如指令提示和面向任务的微调，要么需要用户设计精心制作的提示，要么需要高昂的训练成本。因此，作者提出了一种新颖的提示学习框架PromptCS，它可以生成连续的提示，以释放LLMs在代码摘要中的潜力，而不需要用户设计复杂的提示。PromptCS是非侵入性的，可以在不更新LLMs参数的情况下训练提示代理，从而大大减少了训练资源的需求。

Q: 有哪些相关研究？

A: 相关研究包括： 1. 使用大型语言模型（LLMs）进行代码摘要，例如 Codex, StarCoder, CodeGen, 和 PolyCoder。 2. 使用指令提示和零/少次学习来适应LLMs进行代码摘要任务。 3. 面向任务的微调，通过在特定任务的数千个标记数据上训练来更新LLMs的权重。 4. 开发用于代码理解和生成的统一跨模态预训练，如 UniXcoder 和 GraphCodeBERT。 5. 使用基于 Transformer 的模型进行代码摘要，例如 CodeBERT 和 PLBART。 6. 自动化评估源代码摘要技术，如使用 BLEU, METEOR, ROUGE-L 和 SentenceBERT 等指标。 7. 研究源代码摘要的自动化文本摘要技术，以支持程序理解。 8. 使用深度学习方法，如 RNN 和 LSTM，来捕捉代码片段和它们相应摘要之间的语义关系。 9. 使用基于检索的方法进行神经源代码摘要，通过从训练集中检索最相似的代码片段来增强基于 Transformer 的模型。 10. 评估大型语言模型在代码任务上的表现，如在 CodeSearchNet 数据集上进行语义代码搜索和代码摘要。 这些研究为使用 LLMs 解决代码摘要问题提供了基础，并探索了不同的方法和技术。

Q: 论文如何解决这个问题？

A: 论文提出了一种新颖的提示学习框架 PromptCS 来解决代码摘要问题。PromptCS 的关键特点是它能够让用户摆脱手动设计复杂提示的需求。具体来说，PromptCS 设计了两个协同工作的组件：提示代理（prompt agent）和大型语言模型（LLM）。提示代理负责生成连续的提示，以引导 LLM 执行代码摘要任务。提示代理的核心是一个基于深度学习的提示编码器（prompt encoder），它接受一个由可学习标记组成的伪提示（pseudo prompt）作为输入，并产生提示嵌入（prompt embedding，即连续提示）。提示代理在 LLM 的指导下进行训练，因此训练好的提示代理能够产生比人工编写的离散提示更适合 LLM 的连续提示。更重要的是，与面向任务的微调方案不同，PromptCS 对 LLMs 是非侵入性的，它在训练过程中冻结了 LLM 的参数，只更新提示代理的参数，从而大大降低了训练资源的需求。作者在 CodeSearchNet 数据集上对 PromptCS 的有效性进行了评估，实验结果表明 PromptCS 在所有四个广泛使用的指标（BLEU、METEOR、ROUGE-L 和 SentenceBERT）上显著优于指令提示方案（包括零次和少次学习），并且与面向任务的微调方案相当。在某些基础 LLMs（如 CodeGen-Multi-2B 和 StarCoderBase-1B 和 -3B）上，PromptCS 甚至优于面向任务的微调方案。更重要的是，PromptCS 的训练效率比面向任务的微调方案更快，在较大的 LLMs 上优势更为明显。人工评估的结果表明，与基线相比，PromptCS 能够生成更多的高质量摘要。

Q: 论文做了哪些实验？

A: 论文进行了以下实验来评估 PromptCS 的有效性： 1. 基线比较：将 PromptCS 与三种适应 LLMs 进行代码摘要的方案进行比较：指令提示（零次学习）、指令提示（少次学习）和面向任务的微调。在 CodeSearchNet 数据集上，PromptCS 在所有四个评估指标（BLEU、METEOR、ROUGE-L 和 SentenceBERT）上都显著优于指令提示方案，并与面向任务的微调方案相当。 2. 关键配置的影响：研究了提示长度和代码与提示嵌入的连接模式这两个关键配置对 PromptCS 性能的影响。实验结果表明，不同的配置组合对 PromptCS 的有效性有不同的影响，但这些影响的差异很小。 3. 提示编码器网络架构的影响：比较了在 BiLSTM 和 Transformer 上构建提示编码器对 PromptCS 的影响。结果表明，随着 LLM 模型大小的增加，如果提示编码器是基于 BiLSTM，PromptCS 的性能趋于改善，而如果是基于 Transformer，则性能表现相反。 4. 训练数据规模的影响：分析了训练数据规模对 PromptCS 有效性的影响。结果表明，即使只有 100 个可用样本，PromptCS 也能实现相当不错的性能。 5. 其他编程语言的有效性：在 JavaScript 和 Python 这两种其他编程语言上验证了 PromptCS 的泛化能力。结果表明，PromptCS 在这些语言上也表现出良好的泛化能力。 6. 人工评估：邀请具有超过四年软件开发经验和优秀英语能力的志愿者对生成的摘要进行人工评估。评估结果表明，与基线相比，PromptCS 生成的摘要平均得分更高，并且生成了更多的高质量摘要。

Q: 有什么可以进一步探索的点？

A: 尽管 PromptCS 在代码摘要任务上取得了显著的性能提升，但仍有一些可以进一步探索的点： 1. 提示优化：尽管 PromptCS 的提示代理在生成连续提示方面取得了成功，但仍有可能进一步优化提示以更好地适应不同的 LLMs 和代码摘要任务。 2. 多语言支持：虽然在 JavaScript 和 Python 上进行了实验，但在更多的编程语言上测试 PromptCS 的泛化能力将是有趣的。 3. 模型可解释性：研究 PromptCS 生成高质量代码摘要的内部机制，提高模型的可解释性，可以帮助开发者理解模型是如何生成摘要的。 4. 交互式摘要：将 PromptCS 扩展到交互式代码摘要，允许开发者通过迭代的方式改进生成的摘要。 5. 错误检测和修复：利用 PromptCS 的能力来检测代码中的错误并生成修复建议。 6. 代码生成：探索 PromptCS 在代码生成任务中的应用，例如代码补全、代码搜索和代码克隆检测。 7. 模型压缩：研究如何压缩 PromptCS 的提示代理，以便于在资源受限的环境中部署。 8. 实时反馈：集成实时用户反馈到 PromptCS 中，以进一步改进摘要的质量。 9. 跨领域适应：研究 PromptCS 是否可以适应其他软件工程任务，如需求分析、设计文档生成等。 10. 评估标准：开发更先进的评估指标，以更全面地评估代码摘要的质量。

Q: 总结一下论文的主要内容

A: 这篇论文提出了一个名为 PromptCS 的新颖提示学习框架，用于源代码摘要。PromptCS 的核心特点是它能够自动生成连续的提示，以引导大型语言模型（LLMs）完成代码摘要任务，而无需用户手动设计复杂的提示。PromptCS 包含两个主要组件：一个提示代理和一个 LLM。提示代理负责生成提示，而 LLM 在训练过程中保持参数冻结。PromptCS 在 CodeSearchNet 数据集上进行了广泛的实验，结果表明它在多个评估指标上显著优于基于指令的零次和少次学习方案，并与面向任务的微调方案相当。在某些情况下，PromptCS 甚至超过了面向任务的微调方案。此外，PromptCS 的训练效率比面向任务的微调方案更高，尤其是在较大的 LLMs 上。人工评估的结果也显示 PromptCS 能够生成更多高质量的摘要。总的来说，PromptCS 是一个有效的框架，可以以较低的训练成本适应 LLMs 进行代码摘要。