破解 36 年前魔咒！Meta 推出反向训练大法消除大模型「逆转诅咒」

大语言模型的「逆转诅咒」，被解开了。近日，来自 Meta FAIR 的研究人员推出了反向训练大法，让模型从反方向上学到了事实之间的逻辑，终于改进了这个困扰人们已久的问题。

大语言模型的「逆转诅咒」，被解开了！

这个诅咒在去年 9 月首次被发现，一时间引起 LeCun、Karpathy、马库斯等一众大佬的惊呼。

因为风光无两、不可一世的大模型竟存在着“阿克琉斯之踵”：一个在「A 是 B」上训练的语言模型，并不能正确回答出「B 是 A」。

比如下面这个例子：在 LLM 明知道「汤姆・克鲁斯的母亲是 Mary Lee Pfeiffer」的情况下，却无法答出「Mary Lee Pfeiffer 的孩子是汤姆・克鲁斯」。

—— 这可是当时最先进的 GPT-4，结果连小孩子都具备的正常逻辑思维，LLM 却做不到。

立于海量的数据之上，记住了几乎超过所有人类的知识，却表现得如此呆板，取得了智慧之火，却永远被囚禁于这个诅咒之中。

这事一出，全网一片哗然。

一方面，网友们表示，大模型真傻，真的。单知道「A 是 B」，却不知道「B 是 A」，自己终于保住了作为人类的尊严。

而另一方面，研究人员们也开始对此展开研究，快马加鞭解决这个重大挑战。

近日，来自 Meta FAIR 的研究人员推出了反向训练大法来一举解决 LLM 的“逆转诅咒”。

研究人员首先观察到，LLMs 从左到右以自回归的方式进行训练，—— 这可能是导致逆转诅咒的原因。

那么，如果以从右到左的方向来训练 LLM（逆向训练），就有可能让模型在反方向上看到事实。

可以将反向文本视为第二语言，通过多任务处理或跨语言预训练，来利用多个不同的来源。

研究人员考虑了 4 种反向类型：标记反转、单词反转、实体保留反转和随机段反转。

标记和单词反转，通过将序列分别拆分为标记或单词，并颠倒它们的顺序以形成新序列。

实体保留反转，在序列中查找实体名称，并在其中保留从左到右的单词顺序，同时进行单词反转。

随机段反转，将标记化的序列分割成随机长度的块，然后保留每个块内从左到右的顺序。

研究人员在 1.4B 和 7B 的参数规模上，测试了这些反转类型的有效性，结果表明，实体保留和随机分段反向训练可以减轻逆向诅咒，甚至在某些情况下完全消除它。

此外，研究人员还发现，与标准的从左到右训练相比，训练前逆转的方式使模型的表现有所提高，—— 所以反向训练可以作为一种通用的训练方法。

反向训练大法

逆向训练包括获取具有 N 个样本的训练数据集，并构造反向样本集 REVERSE（x）。

函数 REVERSE 负责反转给定的字符串，具体做法如下：

单词反转 ：每个示例首先被拆分为单词，然后在单词级别反转字符串，用空格将其连接在一起。

实体保留反转：对给定的训练样本运行实体检测器，将非实体也拆分为单词。然后将非实体的单词进行颠倒，而表示实体的单词保留原有词序。

随机段反转：这里没有使用实体检测器，而是尝试使用均匀采样，将序列随机分割成大小为 1 到 k 个 token 之间的句段，然后颠倒这些句段，但保持每个句段内的词序，之后，这些句段使用特殊标记 [REV] 连接。

上表给出了在给定字符串上，不同反转类型的示例。

此时，语言模型仍然从左到右进行训练，在单词反转的情况下，就相当于从右到左预测句子。

逆向训练涉及对标准和反向示例的训练，因此训练 token 的数量增加了一倍，同时正向和反向训练样本都混合在一起。

逆向转换可以看作是模型必须学习的第二种语言，请注意，在反转的过程中，事实之间的关系保持不变，模型可以从语法中判断它是处于正向还是反向语言预测模式。

逆向训练的另一个角度可以由信息论来解释：语言建模的目标是学习自然语言的概率分布。

反向任务训练测试

实体对映射

首先创建一个简单的基于符号数据集，以研究受控环境中的反转诅咒。

以一对一的方式随机配对实体 a 和 b，训练数据包含所有（a → b）映射对，但仅包含一半的（b → a）映射，另一半作为测试数据。

模型必须从训练数据中推断规则 a → b ⇔ b → a，然后将其推广到测试数据中的对。

上表展示了符号反向任务的测试准确率（%）。尽管这项任务很简单，但标准语言模型训练完全失败了，这表明仅靠扩展不太可能解决。

相比之下，反向训练几乎可以解决两个单词实体的问题，但随着实体变长，其性能会迅速下降。

单词反转适用于较短的实体，但对于具有较多单词的实体，实体保留反转是必要的。当最大段长度 k 至少与实体一样长时，随机段反转表现良好。

恢复人名

上表展示了确定人全名的反转任务，当仅给出出生日期确定一个人的全名时，反转任务的准确性仍然接近于零，—— 这是因为在本文采用的实体检测方法中，日期被视为三个实体，因此在反转中不会保留它们的顺序。

如果将反转任务简化为仅确定人的姓氏，则单词级别的反转就足够了。

另一个可能会令人感到惊讶的现象是，实体保留方法可以确定该人的全名，但不能确定该人的姓氏。

这是一个已知的现象：语言模型可能完全无法检索知识片段的后期标记（比如姓氏）。

现实世界事实

这里作者训练了一个 Llama-2 14 亿参数模型，在从左到右方向上训练一个 2 万亿个 token 的基线模型。

相比之下，逆向训练仅使用 1 万亿 token，但使用相同的数据子集在从左到右和从右到左两个方向上进行训练，—— 两个方向合起来是 2 万亿个 token，在计算资源上做到公平公正。

为了测试对现实世界事实的反转能力，研究人员使用了一个名人任务，其中包含“诸如某个名人的母亲是谁”之类的问题，同时还包含更具挑战性的反向问题，比如“某个名人的父母的孩子是谁”。

结果如上表所示。研究人员对每个问题的模型进行多次抽样，如果其中任何一个包含正确答案，则将其视为成功。

一般来说，由于模型在参数数量方面很小，预训练有限，并且缺乏微调，因此准确性通常相对较低。然而，反向训练的表现更加优秀。

36 年前的预言

1988 年，Fodor 和 Pylyshyn 在《认知》刊物上发了一篇关于思维的系统性的文章。

如果你真的理解这个世界，那你就应该能够理解 a 相对于 b 的关系，也能理解 b 相对于 a 的关系。

即使是非语言认知生物，也应该能够做到这一点。

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