本项目基于Alpaca-CoT项目（一个多接口统一的轻量级LLM指令微调平台），目标是广泛收集开源的表格智能任务数据集（比如表格问答、表格-文本生成等），然后将【原始任务数据】整理为【指令微调格式的数据】并基于Alpaca-CoT项目微调相应的LLM，进而增强LLM对于表格数据的理解，最终构建出专门面向表格智能任务的大型语言模型。

我们目前正在整理学界现有的表格智能数据集，也非常欢迎您向我们提供任何尚未收集的表格相关任务的数据集，我们将努力统一它们的格式并开源训练好的模型。我们希望本项目能够助力开源社区复现并进一步增强ChatGPT的表格处理能力，同时也使研究者在构建针对特定垂类领域的表格智能LLM时，有一个更好的数据和模型基础。

如果您对“表格+LLM”感兴趣，欢迎您加入本项目的微信群，和更多志同道合的研究者进行讨论交流。本文档撰写过程中难免有所纰漏，欢迎大家随时提issue或者在微信群中指出项目中的错误，我们将及时进行订正，感谢大家的阅读！！！

后续章节的主要内容如下：

• 第0节和第1节分别介绍项目提出的背景和动机。
• 第2节讨论表格的表示方法。
• 第3节介绍本项目在处理数据时使用的样本格式。
• 第4节给出处理好的指令微调数据的下载链接、使用不同数据去微调模型得到的LoRA权重。
• 第5节用于记录实验分析和经验总结。
• 第6节介绍本项目的未来计划。
• 第7节列举国内外现有的表格智能产品。
• 第8节介绍文档智能，另一种处理表格数据的思路。

• 2023.05.05：项目公开。

以ChatGPT为代表的LLMs对NLP研究领域产生了巨大的冲击，表格智能研究方向也是如此。我们对ChatGPT处理表格的能力进行了初步调研，发现它至少支持以下表格智能任务：

（1）表格绘制：根据用户的自然语言描述，精确地生成Markdown格式的表格，如下图所示。

（2）表格修改：根据用户的要求对表格进行修改，比如增加和删除行列等，如下图所示。

(3) 表格问答：回答用户提出的关于表格的问题，比如“福建力佳公司生产的拖拉机的证书编号和型号分别是什么？”，这是一个陷阱问题，但ChatGPT依然给出了正确的回答，如下图所示。

(4) 文本-表格制作：基于一段文本，制作表格展示文本中的信息，如下图所示。

(5) 表格事实验证：用户给出一个陈述语句，验证表格内容对于该语句是支持、否定还是不相关，如下图所示。

(6) 表格-文本生成：生成一段分析和概括表格内容的文本，如下图所示。

虽然ChatGPT已经具备了不错的表格处理能力，但它也存在一些局限：

• 主要支持用Markdown格式表示的简单表格：ChatGPT、文心一言等大模型目前主要支持用Markdown格式表示的表格，第一行是列表头，其余行是数据，对于其他类型表格的支持相对较弱，尤其是包含合并单元格的表格。
• 在各项表格智能任务中的能力有待进一步增强：ChatGPT已经具备多项基本的表格处理能力，但其能力有待进一步增强，比如针对表格问答任务，ChatGPT能够回答简单的信息查找类问题（选择表格中的文本作为答案），但在回答复杂的数值推理类问题（基于表格中的数值进行多步数学计算）时经常出错。
• 与表格处理相关的训练数据并未开源：ChatGPT的训练数据并未开源。为了复现ChatGPT，开源社区目前也已经贡献了许多纯文本任务的宝贵训练数据，但表格智能任务的训练数据相对较少，缺乏统一的整理。

考虑到上述局限，我们提出Tabular-LLM项目，项目的核心计划如下：

1. 探索不同类型表格的表示方法：训练LLM势必需要将表格转化为一个文本序列，ChatGPT等LLM使用Markdown格式来表示简单表格，但这种方法无法很好地表示更复杂的表格，比如包含合并单元格的层级表格，因此我们需要探索如何（统一）表示不同类型的表格，更多讨论见下一节。
2. 收集并整理涵盖多种类型表格、多种表格智能任务的数据：考虑学界目前研究较多的表格智能任务，收集开源的数据集并将其转化为指令微调格式的数据，以便用户按需选择。
3. 开源表格智能LLM并进行测试分析：利用收集到的数据去微调Alpaca-CoT等模型，构建首批面向表格智能任务的开源LLM，在此基础上对训练好的模型进行测试分析，比如测试训练后的模型在学界测试数据集上的表现，后续将相关实验结果整理为文档，希望能为大家提供一些有用的经验。

为了让LLM理解表格数据，我们需要将半结构化的表格转化为文本序列，这样才能送入模型进行学习，但一个关键问题是，我们应该采用什么方法来表示表格，才能更有利于模型的理解？

在现实应用中存在不同类型的表格，它们的结构各不相同，按照表头的分布位置，我们可以初步将表格分为以下4种类型，如下图所示：

• 垂直表格：第一行是列表头，其余行是沿垂直方向排布的数据，这是最基本的表格类型。
• 水平表格：第一列是行表头，其余列是沿水平方向排布的数据，比如维基百科经常使用水平表格记录人物信息。
• 层级表格：表头呈现出层级结构，表格中包含合并单元格，比如统计报告和学术论文经常使用层级表格来展示结果，有些层级表格的行表头和列表头可能都存在层级结构，需要同时考虑行列两个方向的表头来理解数据。
• 复杂表格：上述3种表格的表头只分布于表格的左方或者上方，而复杂表格的表头可以分布于表格的任意位置，尤其是表头的右下方区域，并可能与普通数据混合在一起，比如专业设备的文档中可能利用这类表格记录设备的基本信息、政府部门的登记表格、公司的面试申请表等也多为复杂表格。

和常见的预训练模型一样，学界现有的表格预训练模型同样可以分为判别式模型和生成式模型。

判别式表格预训练模型采用类似BERT的结构（Encoder），典型模型包括TAPAS、TableFormer、TABERT等，它们的目标是学习到好的表格表示来支持下游任务，包括单元格表示向量、列表示向量等。这类模型通常会在BERT原有嵌入层的基础上，通过引入额外的嵌入层来表示表格的结构，包括列ID嵌入、行ID嵌入等，比如TAPAS模型的嵌入层如下所示。

生成式表格预训练模型采用类似BART、T5的结构（Encoder-Decoder），典型模型为TAPEX，当然采用类似GPT的Decoder结构也是可以的，只是没人做hh，它们的目标是采用Seq2Seq的方式直接完成下游任务，比如直接回答关于表格的问题。这类模型在输入端需要采用某种启发式方法，将表格转化为一个文本序列，如下图所示，TAPEX模型需要将表格拉直为：[HEAD] 列表头1 | 列表头2 | … [ROW] 1 第一行第一列的单元格 | 第一行第二列的单元格 | … [ROW] 2 第二行第一列的单元格 | 第二行第二列的单元格 | … 。

ChatGPT、文心一言等模型目前应该是采用Markdown格式来表示表格，使用 “|” 来分隔不同的单元格，使用 “-” 来分隔表头所在的第一行和其他行，如下所示。 可以发现，基于纯文本格式和Markdown格式的表示方法更适合表示结构较为简单的垂直表格或水平表格，无法很好地表示更复杂的表格结构，比如可能包含合并单元格的层级表格和复杂表格。

为了表示更复杂的表格结构，尤其是合并单元格，我们可以使用HTML格式来表示表格，每对【<tr>.....</tr>】标签之间为表格的一行，每对 【<td>....</td>】 标签之间为一行中不同列的单元格，利用【rowspan=m, colspan=n】参数指定某个单元格可以占据m行n列，如下所示。除了能表示合并单元格，HTML还可以设定单元格对齐、单元格背景颜色等表格样式。

大家在写论文时也会用Latex代码来表示表格，同样可以支持合并单元格，文本对齐等格式，如下所示：

需要注意的是，选择哪种表格表示方法可能还需要考虑底座LLM的代码能力和具体的应用场景。

• 底座LLM的代码能力：如果你的底座LLM模型具有较强的代码能力，那么选择HTML格式或者Latex格式表示表格可能更为合适，强大如GPT-4，直接给它提供HTML格式的表格，然后进行表格问答都是可以的。但如果你的底座LLM模型的代码理解能力较弱，那么可能更适合使用Markdown格式或者直接用某种启发式格式将表格拉直，目的是构建出更贴近自然语言的表格表示，降低模型学习的难度。

• 具体的应用场景：“LLM+具体行业应用场景”的结合已经屡见不鲜，由于不少行业会产生大量的表格数据，这也就带来了新的可能性：为某个具体行业甚至是具体软件“量身定制”一个表格智能LLM，从而给用户提供更友好便捷的表格处理方式。在这种情况下，我们或许只能让LLM“迁就”该行业或者该软件使用的特定表格表示方法，然后通过训练数据让LLM理解这种表示方法。

  以微软的Excel为例，其背后也会有一套表格表示方法以及操作表格的编程语言VBA，那么为了开发配合Excel使用的LLM，可能就需要收集相应格式的数据来训练LLM理解这种格式的表格和用户需求，然后让LLM直接生成回复或者生成反映用户需求的VBA代码，最后执行代码返回结果。比如，用户可能会输入用自然语言表示的需求“帮我把行表头对应单元格的字体加粗”或者“帮我在表格后面新增一列，计算B列和C列的差值”，表格智能LLM就需要理解Excel表格并生成VBA代码，最终执行代码返回更新后的表格。整体流程可能如下所示：

回到本项目，由于我们的主要目标是进行表格智能LLM的初步探索，我们更偏向于增强开源LLM的表格处理能力，尚未考虑落地到具体的应用场景，所以我们仿照ChatGPT，优先使用Markdown格式来表示不包含合并单元格的表格，利用HTML格式来表示包含合并单元格的表格，如果原数据集较难转为HTML格式，那么我们将合并单元格拆分为多个相同的子单元格，然后使用Markdown格式进行表示。（注：后续可能根据实验结果更换表格表示方法，比如统一使用HTML格式表示，我们会尽可能提供更多格式的数据供大家选择。）

和Alpaca-CoT项目一样，我们将原数据集中的样本整理为统一的格式，如下所示：

[
{
    'instruction': 任务指令 # 不同的表格智能任务对应的指令可能不同
    'input': 输入字符串, # 基于问题、表格、表格标题等信息构造的格式化输入，
    			# 对于不同的数据集，input中包含的信息可能不同，比如Table-Text QA数据集的input中还包含与表格相关的文本段落。
			# 以表格问答为例，输入的构造方式为:
                        # input = f"Table:\n{markdown_table}\nTable title:\n{table_title}\nQuestion:\n{question_text}"
    'output': 输出字符串, # 模型输出
    'table_type': 表格类型, # vertical:垂直表格; horizontal:水平表格; hierarchical:层级表格; complex:复杂表格 
    'task_type': 任务类型, # 比如TQA:表格问答, TFV:表格事实验证
    'dataset': 原始数据集名称 # 比如WikiSQL
}
]

以WikiSQL数据集的一个样本为例，instruction为：

"""Please read the following table in Markdown format and then 
answer the question according to the table. Table cells in 
one row are seperated by '|', and different rows are seperated by '\n'."""

input为（print后的结果，为了节约空间对表格进行了删减）：

Table:
| Date | Visitor | Score | Home | Decision | Attendance | Record |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| March 1 | Los Angeles | 2 – 5 | Colorado | Cloutier | 18007.0 | 26–36–4 |
| March 6 | Ottawa | 0 – 2 | Los Angeles | Ersberg | 17580.0 | 27–37–5 |
| March 8 | Montreal | 5 – 2 | Los Angeles | Ersberg | 18118.0 | 27–38–5 |
| March 10 | Vancouver | 2 – 1 | Los Angeles | Cloutier | 14653.0 | 27–38–6 |
| March 13 | Los Angeles | 4 – 1 | Nashville | Ersberg | 15853.0 | 28–38–6 |
| March 15 | Los Angeles | 0 – 2 | Minnesota | Ersberg | 18568.0 | 28–39–6 |
Question:
On the Date of March 13, who was the Home team?

output为：

"Nashvill"

提示：TABMWP之外的数据集在构建时没有考虑到指令泛化，即使用不同的指令模板，后续会进行更新，使用不同的指令重新构造数据，以使模型具备更好的指令泛化能力（2023-0601）。

在4.1中可以下载汇总后的数据和微调后的模型，在4.2至4.6中可以下载针对不同任务不同数据集的数据，数据文件都采用JSON格式。

“样本数量”代表本项目对原始数据集统一格式后获取到的样本的数量，未填代表待收集。“Markdown格式”和“HTML格式”代表数据使用的表格表示方法。我们遵照原始数据划分分开训练数据和测试数据，以备未来使用测试集测试模型效果（如果有验证集则默认合并至训练数据）。

最近更新日期：2023-0601

不同任务的汇总数据：huggingface地址

基于不同数据进行微调得到的LoRA权重：huggingface地址

下载基于不同数据进行微调得到的LoRA权重，然后，在generate.py中将LoRA_Weights设置成下载路径，即可直接运行模型的inference以查看模型效果，更详细的模型训练与测试指南见Alpaca-CoT项目。

• 持续收集更多的表格智能任务数据集
• 对训练好的模型进行测试分析，总结经验供大家参考
• 构建一个在线demo

本节列举一些国内外已有的表格智能产品，供研究人员参考，也欢迎大家随时补充。

本项目希望构建一个专门面向表格智能任务的LLM，即训练LLM来代替人类处理表格数据。读到这里你或许已经意识到，这种思路对表格的处理局限在了【文本模态】，即必须将表格用某种表示方法转化为文本，然后才能交给LLM进行处理。但在不少现实场景中，表格不是独立存在的，而是某个文档的一部分。这种情况下，将表格单独提取并转化为文本进行处理可能就不是一个很好的思路，因为这既可能丢失重要的视觉信息，比如表格中单元格的字体、颜色等，又不利于建模表格与文档中其他元素的关系，比如表格与其相关段落的关系。

针对上述场景，我们介绍另一种更宏大的从图像和文本两个模态处理表格的思路，即文档智能。文档智能是指模型自动阅读、 理解以及分析商业文档的过程，是自然语言处理和计算机视觉交叉领域的一个重要研究方向。如下图所示，文档中可能包含多种元素，包括文本、图片、表格等。

面对复杂多样的文档元素，文档智能模型需要理解文档图像中的信息并完成下游任务，比如文档信息抽取、文档视觉问答等，这其中当然包括回答关于文档中表格的问题，比如百度提出的Ernie-Layout文档智能模型就可以用于表格抽取问答，大家也可以在其demo里自己上传一个表格图片尝试一下。

在模型方面，研究人员已经提出了一系列通用文档预训练模型，如LayoutLM（v1，v2，v3）、LayoutXLM、Ernie-Layout等，它们通过在大规模文档图像上的预训练来增强模型对于文档的理解，具体的模型设计我们就不再赘述，大家可以参考这篇来自微软亚研的综述以及具体模型的论文。

回顾“表格智能LLM”和“文档智能模型”两种思路，两者的适用场景有交集，也有不同。前者更关注表格独立存在的场景，用于专门处理表格这一种元素，可以对表格进行修改、问答、生成文本描述等；后者更关注表格存在于文档中的场景，用于综合处理表格、文本、图片等多种元素构成的文档图像，可以基于文档图片提取表格信息、进行问答。大家在构建产品时，应该结合具体应用场景选择最合适的技术路线。