Contextual cues for deep learning models of code

Le code source offre un domaine d'application passionnant des méthodes d'apprentissage en profondeur, englobant des tâches telles que la synthèse, la réparation et l'analyse de programmes, ainsi que des tâches à l'intersection du code et du langage naturel. Bien que les modèles d’apprentissage profond pour le code, en particulier les grands modèles de langage, aient récemment connu un succès significatif, ils peuvent avoir du mal à se généraliser à du code invisible. Cela peut conduire à des inexactitudes, en particulier lorsque vous travaillez avec des référentiels contenant des logiciels propriétaires ou du code en cours de travail. L'objectif principal de cette thèse est d'exploiter efficacement les signaux utiles du contexte disponible afin d'améliorer les performances des modèles de code d'apprentissage profond pour une tâche donnée. En incorporant ces indices contextuels, les capacités de généralisation du modèle sont amplifiées, fournissant des informations supplémentaires non évidentes à partir de l'entrée d'origine et orientant son attention vers des détails essentiels. De plus, l'utilisation d'indices contextuels facilite l'adaptation aux nouvelles tâches et améliore les performances des tâches existantes en effectuant des prédictions plus contextuelles. Pour y parvenir, nous présentons un cadre général comprenant deux étapes : (a) l'amélioration du contexte, qui implique l'enrichissement de l'entrée avec un contexte de support obtenu grâce à l'identification et à la sélection d'indices contextuels pertinents, et (b) la prédiction à l'aide du contexte amélioré, où nous exploitez le contexte de support combiné aux entrées pour faire des prédictions précises. La thèse présente quatre articles qui proposent diverses approches pour ces étapes. Le premier article divise le problème standard de la programmation par exemples en deux étapes: (a) trouver des programmes qui satisfont des exemples individuels (solutions par exemple) et, (b) combiner ces solutions par exemple en tirant parti de leurs états d'exécution de programme pour trouver un programme qui satisfait tous les exemples donnés. Le deuxième article propose une approche pour sélectionner des informations ciblées à partir du fichier actuel et les utiliser pour adapter le modèle de complétion de code à un contexte local jamais vu précédemment. Le troisième article s'appuie sur le deuxième article en tirant parti des indices contextuels de l'ensemble du répertoire de code à l'aide d'un ensemble de requêtes ({\it prompts}) proposées suggérant l'emplacement et le contenu du contexte particulièrement utile à extraire du répertoire. Nous proposons un cadre pour sélectionner la requête la plus pertinente, qui est ensuite utilisée pour demander à un modèle de langage de code de générer des prédictions pour le reste de la ligne de code suivant un curseur positionné dans un fichier. Le quatrième article prolonge le troisième article en proposant un cadre qui apprend à combiner plusieurs contextes divers à partir du répertoire. Nous montrons que la formation de modèles de language de code plus petits de cette manière fonctionne mieux ou à égalité avec des modèles beaucoup plus grands qui n'utilisent pas le contexte du répertoire de code.

Source code provides an exciting application area of deep learning methods, encompassing tasks like program synthesis, repair, and analysis, as well as tasks at the intersection of code and natural language. Although deep learning models for code, particularly large language models, have recently seen significant success, they can face challenges in generalizing to unseen code. This can lead to inaccuracies especially when working with repositories that contain proprietary software or work-in-progress code. The main focus of this thesis is to effectively harness useful signals from the available context such that it can improve the performance of the deep learning models of code at the given task. By incorporating these contextual cues, the model's generalization capabilities are amplified, providing additional insights not evident from the original input and directing its focus toward essential details. Furthermore, the use of contextual cues aids in adapting to new tasks and boosts performance on existing ones by making more context-aware predictions. To achieve this, we present a general framework comprising two stages: (a) Context Enhancement, which involves enriching the input with support context obtained through the identification and selection of relevant contextual cues, and (b) Prediction using the Enhanced Context, where we leverage the support context combined with the input to make accurate predictions. The thesis presents four articles that propose diverse approaches for these stages. The first article breaks the standard problem of programming by examples into two stages: (a) finding programs that satisfy individual examples (per-example solutions) and, (b) combining these per-example solutions by leveraging their program execution states to find a program that satisfies all given examples. The second article proposes an approach for selecting targeted information from the current file and using it to adapt the code completion model to an unseen, local context. The third article builds upon the second article by leveraging contextual cues from the entire code repository using a set of prompt proposals that govern the location and content of the context that should be taken from the repository. We propose a framework to select the most relevant prompt proposal context which is then used to prompt a large language model of code to generate predictions for the tokens in the rest of the line following the cursor in a file. The fourth article extends the third article by proposing a framework that learns to combine multiple diverse contexts from the repository. We show that training smaller models of code this way performs better or at par with significantly larger models that are not trained with repository context.