1 tableau = 1000 mots ? Modèles de fondation pour les données tabulaires
Les données tabulaires jouent un rôle fondamental dans des secteurs tels que la finance, la santé et la recherche scientifique, en fournissant des informations structurées qui soutiennent la prise de décision. Contrairement aux données non structurées, que les modèles d’IA ont pu traiter avec plus de flexibilité, les données structurées restent un défi. L’analyse traditionnelle repose sur des requêtes structurées et des modèles prédéfinis, ce qui rend difficile le travail avec des tableaux dont le format varie, qui contiennent des valeurs manquantes ou qui nécessitent une analyse allant au-delà de simples recherches. Ces contraintes limitent la capacité à extraire efficacement des insights, surtout à mesure que les jeux de données augmentent en taille et en complexité.
Lors d’un récent webinaire Zilliz, Stefan Webb, developer advocate chez Zilliz, a examiné si des modèles d’IA entraînés sur des tableaux diversifiés pouvaient offrir une approche plus adaptable. Les modèles de fondation, entraînés sur de vastes jeux de données variés afin d’apprendre des schémas généraux applicables à différents cas d’utilisation, ont démontré leur capacité à se généraliser à différents jeux de données sans nécessiter d’ajustement fin propre à une tâche, ce qui les rend particulièrement adaptés à l’analyse de tableaux. Contrairement aux modèles classiques de machine learning qui nécessitent un entraînement approfondi pour chaque jeu de données, TableGPT2, un modèle de fondation pour l’analyse de tableaux, applique sa compréhension des structures tabulaires pour répondre à des requêtes, résumer des données et extraire des insights, réduisant ainsi le besoin d’intervention manuelle.
Pour que ces modèles soient efficaces, ils ont besoin de moyens performants pour stocker et récupérer les données structurées. C’est là que les bases de données vectorielles comme Milvus, des bases de données spécialisées conçues pour stocker et rechercher des représentations numériques de données en haute dimension, jouent un rôle. Le stockage des embeddings de tableaux permet aux modèles d’IA de rechercher des enregistrements similaires, de récupérer des informations pertinentes et d’améliorer l’analyse des données structurées. Voyons ce que Stefan a abordé.
Regardez le récapitulatif de la présentation de Stefan sur YouTube
Pourquoi les données tabulaires nécessitent une nouvelle approche
Les approches traditionnelles d’analyse des données tabulaires reposent fortement sur des requêtes structurées et des schémas prédéfinis. Des méthodes telles que les requêtes SQL sont efficaces lorsque les jeux de données restent cohérents, mais même de légères variations entre les tableaux peuvent perturber les flux de travail, nécessitant d’importants ajustements manuels. Par exemple, les bases de données utilisées par les banques ont généralement des schémas définis de manière rigide, ce qui rend l’analyse simple jusqu’à ce que de nouvelles données provenant de sources externes aux structures différentes doivent être intégrées. Cette rigidité entrave la capacité à réutiliser efficacement les modèles analytiques et limite le traitement automatisé.
Ce défi est principalement dû à la variabilité des schémas, c’est-à-dire aux différences naturelles dans les structures de tableaux entre diverses sources. Un jeu de données de santé peut comporter des colonnes représentant les antécédents des patients et les diagnostics médicaux, tandis que les données financières peuvent enregistrer des transactions, des prix ou des dates, chacun suivant des règles et des formats distincts.
Figure 1 : Données structurées vs données non structurées
Comme même de légères différences de schéma peuvent perturber les outils d’analyse traditionnels, des ajustements manuels deviennent nécessaires pour prendre en charge ces variations. Cela entraîne un effort accru, des analyses plus lentes et une évolutivité limitée.
Les méthodes actuelles d’apprentissage automatique, telles que les arbres de décision à gradient boosting, dépendent également fortement de caractéristiques conçues manuellement et adaptées à chaque jeu de données. Chaque nouvelle table ou légère modification du schéma nécessite généralement des ajustements manuels de ces caractéristiques, ce qui limite l’efficacité et la scalabilité. À mesure que les données deviennent plus complexes et volumineuses, les méthodes analytiques traditionnelles deviennent de plus en plus impraticables. Cela a conduit les chercheurs à se tourner vers les modèles de fondation, qui apprennent des motifs généralisables à partir de grands jeux de données.
Modèles de fondation pour les données tabulaires : un nouveau paradigme
Les modèles de fondation sont des modèles d’intelligence artificielle entraînés sur de grands jeux de données diversifiés afin d’apprendre des motifs généraux. Plutôt que d’exiger un entraînement spécifique pour chaque nouvelle tâche, ces modèles réutilisent les connaissances précédemment acquises dans de multiples scénarios. Cette approche est particulièrement efficace pour analyser des données tabulaires, où les structures des tables peuvent différer considérablement.
Un bon exemple de modèle de fondation spécialement conçu pour l’analyse de données structurées est TableGPT2, développé par des chercheurs de l’Université du Zhejiang. TableGPT2 traite les tables au moyen de plusieurs étapes soigneusement conçues. Tout d’abord, les données tabulaires sont transmises à un composant appelé Table Encoder. Cet encodeur identifie les relations clés au sein des données en analysant chaque cellule, ligne et colonne individuellement. Il utilise une technique connue sous le nom d’attention bidimensionnelle, qui examine simultanément les relations dans deux dimensions, entre les lignes (horizontalement) et les colonnes (verticalement), permettant au modèle de mieux comprendre comment les différents éléments de données d’une table sont liés les uns aux autres. En outre, le Table Encoder utilise l’intégration des cellules, convertissant le contenu de chaque cellule de la table en embeddings. Ces embeddings capturent à la fois le contenu et la structure de la table, rendant les données compréhensibles pour les tâches en aval.
Figure 2 : Schéma de l’architecture de TableGPT2 montrant le Table Encoder convertissant les données tabulaires en embeddings structurés et un Adapter (Q-Former) préparant les embeddings pour le modèle de langage.
Une fois que le Table Encoder a créé ces embeddings structurés, ceux-ci nécessitent encore une transformation supplémentaire, car les modèles de langage typiques comme GPT comprennent mieux les entrées textuelles que les embeddings numériques. À cette fin, TableGPT2 introduit un Adapter, parfois appelé Q-Former, qui traduit les embeddings numériques en représentations textuelles. L’Adapter reformate efficacement l’embedding numérique en prompts semblables à du langage naturel. Ces prompts textuels intègrent à la fois les informations issues des tables et les questions de l’utilisateur, créant des entrées claires et compréhensibles que les modèles de langage peuvent facilement interpréter.
Figure 3 : Paradigme de modélisation illustrant comment TableGPT2 transforme les embeddings de table en prompts textuels
Une fois combinées en un prompt textuel unifié, les données et la question de l’utilisateur peuvent être traitées par un modèle de langage. Cette approche permet à TableGPT2 de répondre à des requêtes en langage naturel, de résumer le contenu des tables et de fournir des insights fondés sur les données sans s’appuyer sur des règles prédéfinies ni sur des requêtes manuelles adaptées à des schémas spécifiques. Comme le modèle apprend des structures générales pendant l’entraînement, il peut gérer des schémas de tables variés avec beaucoup moins d’effort manuel que les méthodes traditionnelles.
Pour générer des résultats analytiques structurés et reproductibles, TableGPT2 utilise également une instruction prédéfinie appelée System Prompt. Contrairement aux prompts classiques, ce system prompt indique explicitement au modèle comment effectuer des tâches analytiques en générant du code Python exécutable. Par exemple, lorsqu’on lui pose une question comme Quels produits ont enregistré les ventes les plus élevées au dernier trimestre ? TableGPT2 interprète ces directives fournies par le système et produit le code Python correspondant pour analyser les colonnes pertinentes. Le code résultant est exécuté dans un environnement contrôlé (par exemple, un sandbox IPython), garantissant l’isolation par rapport au modèle principal et protégeant contre les risques. Le modèle interprète ensuite ces résultats afin de fournir des réponses précises, transparentes et reproductibles. Cette approche structurée garantit que les résultats peuvent être facilement vérifiés, renforçant la confiance dans les capacités analytiques du modèle. Le system prompt ci-dessous est exactement celui que TableGPT2 utilise dans son code.
Figure 4 : System Prompt de TableGPT2 montrant les instructions qui guident le modèle pour générer du code Python destiné à l’analyse structurée des données.
Pour mieux comprendre comment les modèles de fondation tels que TableGPT2 parviennent à cette flexibilité, examinons les méthodes d’entraînement spécifiques et les jeux de données utilisés pour construire ces modèles.
Entraîner le modèle : le rôle des données
L’efficacité des modèles de fondation comme TableGPT2 dépend fortement de leur processus d’entraînement, qui est soigneusement conçu pour aider le modèle à comprendre et analyser diverses structures de tableaux. Pour y parvenir, TableGPT2 suit une approche d’entraînement spécialisée composée de plusieurs phases interconnectées, chacune jouant un rôle distinct pour permettre au modèle de traiter les données tabulaires avec flexibilité et précision.
Figure 5 : Processus d’entraînement de TableGPT2
Au départ, TableGPT2 s’appuie sur un grand modèle de langage (LLM) général, Qwen 2.5, entraîné sur d’immenses jeux de données textuelles. Cette phase initiale, appelée préentraînement continu, aide le modèle à acquérir de larges compétences de compréhension du langage. Il passe ensuite par un processus appelé affinage supervisé, au cours duquel il apprend à mieux effectuer des tâches spécifiques telles que répondre à des questions ou résumer des informations, à l’aide de plus de deux millions d’exemples soigneusement étiquetés. Cette étape construit une base solide, permettant au modèle de traiter efficacement des requêtes complexes en langage naturel.
Une fois la composante linguistique préparée, l’entraînement s’oriente spécifiquement vers la compréhension des tableaux. Ici, l’apprentissage contrastif par colonne joue un rôle central. Dans ce processus, TableGPT2 apprend à différencier les colonnes en fonction de leurs relations et de leur contenu en comparant côte à côte de nombreux tableaux et colonnes, apprenant à reconnaître les similitudes et les différences dans environ 86 000 tableaux diversifiés. Le modèle passe ensuite à l’alignement de caractéristiques multitâche, où il apprend simultanément plusieurs tâches telles que la classification des colonnes de tableaux et l’extraction de résumés significatifs à partir de tableaux. En s’entraînant sur des centaines de milliers d’échantillons de tableaux diversifiés, TableGPT2 devient apte à identifier les schémas structurels communs à de nombreux tableaux différents.
Enfin, les composants de langage et de compréhension des tableaux font l’objet d’un processus d’ajustement final appelé réglage conjoint par instructions. Cette étape consiste à intégrer soigneusement ces capacités distinctes, ce qui permet au modèle d’interpréter clairement les structures de tableaux et de répondre précisément aux instructions des utilisateurs. Après cet entraînement complet, TableGPT2 est capable d’interpréter et d’analyser des tableaux provenant de divers domaines sans personnalisation poussée, améliorant considérablement la flexibilité dans les tâches analytiques pratiques.
Ce processus d’entraînement structuré garantit que TableGPT2 comprend et manipule efficacement les données structurées, mais réduit également la dépendance aux requêtes et schémas conçus manuellement, répondant ainsi aux limites que nous avons soulignées précédemment.
Exemple pratique : utiliser TableGPT2 pour interroger des données tabulaires
Pour comprendre comment TableGPT2 fonctionne en pratique, imaginons un scénario dans lequel un utilisateur dispose de données structurées stockées dans un simple fichier CSV. Supposons que l’on veuille identifier rapidement des lignes spécifiques correspondant à certains critères, par exemple trouver les matchs d’un jeu de données où le bilan est exactement de 40 victoires et 40 défaites. Plutôt que de filtrer manuellement les tableaux, TableGPT2 peut générer automatiquement le code Python nécessaire à cette tâche uniquement à partir de la requête en langage naturel de l’utilisateur.
Voyons étape par étape comment cela fonctionne. Pour commencer, vous devez configurer votre environnement afin d’interagir avec TableGPT2. La première étape consiste à installer la bibliothèque Hugging Face Transformers, une boîte à outils Python qui fournit un accès facile à des modèles comme TableGPT2 :
!pip install transformers
Une fois installée, chargez le modèle et préparez vos données :
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer
import pandas as pd
from io import StringIO
# Sample structured data in CSV format
csv_content = """
"Loss","Date","Score","Opponent","Record","Attendance"
"Hampton (14-12)","September 25","8-7","Padres","67-84","31,193"
"Speier (5-3)","September 26","3-2","Giants","40-40","29,004"
"Perez (2-2)","September 27","5-4","Reds","40-40","27,500"
"Hampton (13-11)","September 6","9-5","Dodgers","61-78","31,407"
"""
import pandas as pd
from io import StringIO
# Load the CSV data into a DataFrame
csv_file = StringIO(EXAMPLE_CSV_CONTENT)
df = pd.read_csv(csv_file)
Les données CSV ci-dessus représentent des matchs sportifs, avec des colonnes pour l’adversaire, la date du match, le score, les bilans des équipes (victoires-défaites) et les chiffres de fréquentation. Pour analyser ces données avec TableGPT2, vous chargez d’abord le modèle pré-entraîné et le tokenizer :
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer
model_name = "tablegpt/TableGPT2-7B"
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
model_name, torch_dtype="auto", device_map="auto"
)
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
Ensuite, vous utilisez TableGPT2 pour répondre à une question concernant vos données. Ici, nous utiliserons un exemple précis : identifier les matchs avec un bilan victoires-défaites exactement égal à 40-40. Pour y parvenir, vous fournissez au modèle une invite soigneusement formatée, qui le guide afin de générer du code Python pour répondre à la requête :
example_prompt_template = """Given access to several pandas dataframes, write the Python code to answer the user's question
/*
"df.head(5).to_string(index=False)" as follows:
{df_info}
*/
Question: {user_question}
Cette invite donne des instructions claires à TableGPT2, en précisant la structure du tableau (noms des colonnes et un échantillon de données) ainsi que votre question.
La fonction suivante enverra ensuite cette invite à TableGPT2 et récupérera du code Python en réponse :
def ask_table_question(question: str):
prompt = example_prompt_template.format(
var_name="df",
df_info=df.head(5).to_string(index=False),
user_question=question
)
messages = [
{"role": "system", "content": "You are a helpful assistant."},
{"role": "user", "content": prompt}
]
text = tokenizer.apply_chat_template(
messages, tokenize=False, add_generation_prompt=True
)
model_inputs = tokenizer([text], return_tensors="pt").to(model.device)
generated_ids = model.generate(**model_inputs, max_new_tokens=512)
response = tokenizer.decode(generated_ids[0], skip_special_tokens=True)
return response
Demandons maintenant au modèle de répondre à une question et voyons comment il réagit :
question = "Which games have a record of 40 wins and 40 losses?"
generated_code = ask_table_question(question)
print(generated_code)
Voici le code Python renvoyé par TableGPT2
Figure 6 : Sortie générée par TableGPT2
Comme vous pouvez le voir, ce code filtre les données avec précision. Voici comment fonctionne ce code généré :
Le code divise d’abord les valeurs de la colonne
"Record"en deux nombres distincts, représentant les victoires et les défaites, à l’aide de.str.split("-").Il convertit ensuite ces valeurs de chaînes de caractères en entiers, ce qui rend les comparaisons numériques possibles.
Enfin, le code identifie uniquement les lignes où les victoires et les défaites sont toutes deux égales à 40, créant ainsi un jeu de données filtré.
Cette démonstration montre comment TableGPT2 peut simplifier l’analyse des données. Les utilisateurs peuvent interagir naturellement avec des données structurées et obtenir des résultats transparents et vérifiables sans écrire manuellement des requêtes complexes. Cette méthode rend les informations issues des données accessibles même aux débutants ou aux parties prenantes non techniques. Notez qu’en plus du code, vous pouvez demander à TableGPT de vous fournir directement la sortie via le prompt.
Comment Milvus améliore la recherche tabulaire alimentée par l’IA
Les modèles de fondation tels que TableGPT2 offrent de la flexibilité lors de l’analyse de données structurées, mais trouver efficacement des informations pertinentes dans des bases de données à grande échelle est un défi. Milvus, une base de données vectorielle open source, complète les modèles de fondation en stockant et en recherchant rapidement des embeddings.
Milvus fonctionne en convertissant des données, telles que du texte ou des tableaux, en embeddings. Un embedding est essentiellement une représentation numérique qui positionne les points de données dans un espace à haute dimension, permettant au modèle de trouver rapidement des entrées similaires ou liées. Par exemple, l’embedding de transactions financières placerait des transactions similaires, comme des achats de produits apparentés, à proximité les unes des autres dans cet espace numérique. Examinons le flux de travail de Milvus.
Figure 7 : Flux de travail illustrant Milvus traitant des données textuelles, les convertissant en embeddings et récupérant des résultats pertinents
Le processus commence lorsqu’un utilisateur saisit une requête en langage naturel. Milvus analyse d’abord le texte de cette requête, le décompose et le convertit en embedding. Les embeddings issus de la requête sont ensuite comparés à une collection d’embeddings précédemment stockés. Pour identifier les correspondances les plus pertinentes, Milvus utilise des méthodes de scoring telles que BM25, une technique qui évalue à la fois la fréquence et l’importance des mots-clés dans les documents. En combinant le sens sémantique (capturé par les embeddings) et la pertinence des mots-clés, Milvus récupère rapidement des résultats de recherche précis, aidant les modèles de fondation à fournir des réponses mieux informées.
Milvus peut être utilisé dans divers scénarios et prend en charge plusieurs méthodes de déploiement, selon l’échelle et la complexité requises :
Figure 8 : Options de déploiement pour Milvus
Milvus Lite est idéal pour les tests rapides et les projets à petite échelle, couramment utilisé directement dans des environnements comme les notebooks Jupyter. Il permet de mener des expériences rapides sans configurations complexes ni infrastructure supplémentaire. Milvus Standalone convient aux charges de travail de taille modérée. Généralement hébergé sur un seul serveur à l’aide de technologies telles que Docker, il offre une maintenance simplifiée pour les applications qui nécessitent un stockage fiable mais de capacité modérée. Milvus Cluster prend en charge les scénarios à grande échelle, en évoluant efficacement jusqu’à des milliards de vecteurs sur plusieurs serveurs. Il répartit la charge de travail entre plusieurs nœuds, améliorant considérablement la vitesse et permettant de traiter des ensembles de données extrêmement volumineux.
Les avantages de performance de Milvus sont importants pour les applications nécessitant des temps de réponse rapides, comme les systèmes de recommandation en temps réel ou les requêtes interactives. Les benchmarks démontrent que Milvus surpasse nettement les autres bases de données vectorielles en termes de vitesse, en traitant des millions de recherches vectorielles avec une plus grande efficacité :
Figure 9 : Benchmarks comparant la vitesse de recherche (requêtes par seconde) de Milvus à celle d’autres bases de données vectorielles
De plus, Milvus prend en charge les workflows qui combinent des modèles d’IA avec des processus de récupération, garantissant que les réponses générées restent précises en les ancrant directement dans des données factuelles. Ce processus s’appelle Retrieval-Augmented Generation (RAG) et permet à des modèles de fondation comme TableGPT2 de produire des résultats ancrés dans des données réelles stockées dans Milvus. En pratique, cela signifie que TableGPT2 ne s’appuie pas uniquement sur les motifs appris lors de l’entraînement, il récupère également des données actuelles et pertinentes directement depuis la base de données chaque fois qu’il répond aux requêtes des utilisateurs.
Figure 10 : Workflow agentique
Plus précisément, un agent d’IA normalise et prépare d’abord les données d’entrée, puis récupère des informations contextuelles associées depuis Milvus. Une fois ces informations supplémentaires récupérées, l’agent transmet à TableGPT2 à la fois la requête de l’utilisateur et le contexte. TableGPT2 utilise alors ses capacités apprises ainsi que les données récentes provenant de Milvus pour générer des réponses claires, précises et opportunes aux questions des utilisateurs. Cela garantit que les informations fournies par le modèle sont à la fois exactes et à jour, renforçant ainsi la fiabilité et l’utilité pour les utilisateurs finaux.
En comprenant clairement le workflow, les options de déploiement et les avantages de performance de Milvus, il devient évident que la combinaison de modèles de fondation avec des bases de données vectorielles optimisées améliore considérablement l’efficacité et la précision des tâches d’analyse de données structurées.
Défis et limites des modèles de fondation pour les données tabulaires
Malgré leur flexibilité et leurs performances améliorées par rapport aux méthodes traditionnelles, les modèles de fondation comme TableGPT2 rencontrent encore plusieurs défis pratiques lorsqu’ils sont appliqués à l’analyse de données structurées. Ceux-ci incluent :
Variabilité des schémas : Les tableaux issus de différents secteurs suivent rarement des structures uniformes. Même si les modèles de fondation généralisent mieux que les méthodes traditionnelles, des différences significatives dans les structures de tableaux peuvent encore affecter la précision. Par exemple, l’analyse de dossiers financiers avec un modèle largement entraîné sur des données de santé pourrait conduire à des informations moins précises en raison de différences fondamentales dans les types et la structure des données.
Scalabilité : Le traitement de tableaux volumineux ou complexes nécessite souvent des ressources informatiques substantielles, ce qui rend la mise en œuvre de modèles de fondation à grande échelle coûteuse et difficile. Lorsque les ensembles de données atteignent des millions ou des milliards d’enregistrements, les ressources nécessaires à une analyse efficace augmentent considérablement, ce qui peut ralentir les workflows ou accroître les coûts opérationnels.
Interprétabilité : Les modèles de fondation, généralement basés sur des réseaux neuronaux, fournissent des explications limitées sur la manière dont ils parviennent à des réponses ou décisions spécifiques. Les méthodes analytiques traditionnelles, telles que les arbres de décision, montrent clairement la logique qui sous-tend les prédictions, tandis que les modèles de fondation fondés sur les réseaux neuronaux fonctionnent comme des boîtes noires. Cette limitation peut restreindre leur utilisation dans les secteurs où la transparence et la conformité réglementaire sont essentielles, comme la santé, la finance ou les domaines juridiques.
Biais issus des données d’entraînement : Les modèles de fondation risquent d’hériter des biais présents dans leurs jeux de données d’entraînement. Si les données d’entraînement contiennent des biais, ceux-ci peuvent se refléter dans les prédictions ou les informations produites par le modèle. Cela peut entraîner des résultats injustes ou inexacts, en particulier dans des domaines sensibles comme les décisions de recrutement, le diagnostic médical ou la notation de crédit. Détecter et corriger ces biais peut s’avérer difficile en raison de la nature opaque des modèles neuronaux.
Absence de benchmarks standardisés : L’évaluation des modèles de fondation pour l’analyse de données structurées reste difficile en raison de l’absence de normes d’évaluation universelles. Contrairement aux tâches de langage naturel, pour lesquelles il existe des benchmarks bien établis, l’analyse de données structurées ne dispose actuellement pas de mesures de performance largement acceptées. Cela complique les efforts visant à comparer ou valider objectivement différents modèles.
Reconnaître ces défis est important pour déployer et améliorer efficacement les modèles de fondation. Lors de l’utilisation de ces modèles, vous avez besoin de stratégies claires pour gérer ces limites, afin de garantir que les bénéfices l’emportent sur les risques.
Conclusion
Les modèles de fondation comme TableGPT2 représentent une évolution significative dans l’analyse des données tabulaires, offrant une adaptabilité accrue par rapport aux méthodes traditionnelles. Lorsqu’ils sont intégrés à des bases de données vectorielles comme Milvus, ces modèles accèdent efficacement aux données pertinentes, améliorant considérablement leur précision et leur utilité pratique. Cependant, l’utilisation efficace des modèles de fondation nécessite de relever des défis tels que la variabilité des schémas, la scalabilité, l’interprétabilité, les biais potentiels et l’absence de méthodes d’évaluation standardisées. À mesure que ces modèles continuent d’évoluer, la prise en compte de ces limites permettra aux organisations d’utiliser plus sereinement et plus efficacement les données structurées pour prendre des décisions éclairées.
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