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GPT-3.5逆袭GPT-4!谷歌DeepMind华人天团,让LLM像人类一样制作工具,完胜CoT

作者:CDA数据分析师发布时间:2023-06-04

原标题:GPT-3.5逆袭GPT-4!谷歌DeepMind华人天团,让LLM像人类一样制作工具,完胜CoT

本文章转载公众号:新智元 | 编辑:好困 Aeneas

CDA数据分析师

【导读】最近,来自Google DeepMind,普林斯顿和斯坦福的顶尖华人团队提出了一种全新的框架。现在,LLM可以像人类一样制作自己的工具了!

ChatGPT等大语言模型诞生以来,凭着强大的语言理解能力、生成能力、逻辑推理能力等,已经被人类玩出了花。

而OpenAI公开GPT-4后,最大的惊喜之一,莫过于插件模式的引入了。

插件使得GPT-4可以执行代码、搜索引擎、集成各种APP的功能。这无疑是对于LLM后续应用模式的一大突破。

显然,通过工具的使用,我们可以显著地提升LLM的生产力,

但是,如果没有合适的工具怎么办?

——那就让LLM自己造!

最近,来自Google DeepMind,普林斯顿和斯坦福的华人团队提出了一种闭环框架,让LLM可以通过程序的形式,制作并使用全新的工具(能重复使用的那种)。

简单来说,就是让一个LLM作为工具制造者制作新工具,另一个LLM作为工具使用者,使用工具来解决新问题。

论文地址:https://arxiv.org/abs/2305.17126

项目地址:https://github.com/ctlllll/LLM-ToolMaker

基于这个框架,LLM就变得像人类的祖先一样,能够自我开发,并且学会使用工具。

同时,这种工具制造者和使用者之间的分工,在不降低生成工具和解决方案质量的情况下,就能实现成本效益。

结果显示,当使用GPT-4作为工具制造者,GPT-3.5 Turbo作为工具使用者时,可以在成本低、速度快的GPT-3.5 Turbo上实现与GPT-4相当的性能。

让LLM自己造工具

虽然LLM很好用,但如果问题太多的话,直接丢给GPT-4这种性能很强的模型,成本会非常高。

另一方面,轻量级模型在成本效益上很高,但通常在处理复杂任务时遇到困难。

LATM通过利用强大的模型作为工具制造者,为请求中观察到的任务生成可重复使用的工具(以Python函数实现),并将工具传递给一个成本效益高的工具使用者模型,用于解决后续请求中的类似实例。

这种方法使得轻量级模型在保持更高的成本效率的同时,能够达到与强大模型相当的性能。

LATM的闭环框架

LATM可以分为两个阶段:

1. 制造工具:一个强大但更昂贵的模型作为工具制造者,从一些示例中生成通用且可重复使用的工具;

2. 使用工具:一个轻量且更便宜的模型作为工具使用者,使用工具来解决任务的各种实例。

制造工具阶段可以进一步划分为三个子阶段:

(1)工具提议:工具制造者试图从一些训练示例中生成工具(Python函数),如果工具无法执行,报告错误并生成新的(修复函数中的问题);

(2)工具验证:工具制造者在验证样本上运行单元测试,如果工具没有通过测试,报告错误并生成新的测试(修复单元测试中函数调用的问题);

(3)工具封装:封装函数代码和如何从单元测试中将问题转换为函数调用的示例,为工具使用者准备可用的工具。

LATM的流程

在现实世界的场景中,任务实例通常都是按顺序来的。为了适应这种数据流,团队引入了第三个LLM——分派器。

具体来说,当收到一个新的任务实例时,分派器首先确定是否有适合当前任务的工具。

· 如果存在合适的工具分派器将实例及其相应的工具传递给工具使用者进行任务解决。

· 如果没有找到合适的工具分派器将该实例识别为新任务,并使用强大的模型甚至调用人类标注者来解决该实例。

鉴于分派任务的简单性,分派器可以是一个配备了适当提示的轻量级模型,这只会为整个流程增加很小的成本。

结果显示,分派器可以有效地识别现有的工具,而且对于没有见过的任务也不会有显著的性能下降。

分派器的工作流程

在下面这个任务示例中,需要根据给定的几个条件确定五个对象的顺序。

在工具提议阶段,工具制造者(如GPT-4)会写一个通用的Python函数,能够解决任务中提供的k个示例(实验中k=3)。

然后,工具制造者会生成一个搜索算法,枚举所有可能的排序,并根据给定的条件进行验证

在工具使用阶段,工具使用者将每个自然语言问题转化为一系列条件,生成函数调用,利用工具解决每个任务实例。

工具提议和工具使用阶段(逻辑推理任务)

结果显示,不管是由人类编写还是由GPT-4生成,CoT在任务完成的准确率上,都会被LATM吊打。

使用GPT-4生成的CoT的准确性

如表1所示,当被用作工具制造者时,GPT-4会搜索所有排列组合,并选出满足给定约束条件的,最终成功解决任务。

而且,工具制造者即便是接收到了错误的信息,也依然有能力进行纠正。

工具制造者为解决任务而生成的函数

在表2中,团队将思维链提示方法和LATM的性能进行了比较。

结果显示,有了工具的帮助,像GPT-3.5 Turbo这样的轻量级模型可以实现与GPT-4相当的性能,并显著优于CoT提示。

而且,能够利用工具的GPT-3.5 Turbo在平均成本上,也比直接用GPT-4低得多。

有趣的是,对于Dyck语言任务,作为工具使用者的GPT-3.5 Turbo,甚至甚至超过了同样作为使用者的GPT-4。

在研究错误的案例时,团队发现,在将问题转化为函数调用时,GPT-4有时会自发地去「解决」问题。然而,这是完全不必要的,而且还会导致函数输出错误。

LATM和思维链(CoT)的性能比较

此外,在所有的模型中,GPT-3.5 Turbo也有着最佳的性价比。

各种工具使用者模型的性能比较

不过,虽然GPT-3.5 Turbo在作为使用者时表现出色,但它并不能很好地扮演工具制造者的角色。

结果显示,对于像逻辑推理这样比较困难的任务,GPT-3.5 Turbo一次都没成功。

也就是说,使用一个强大的模型作为工具的制造者,是很有必要的。

GPT-4和GPT-3.5 Turbo在生成新工具时的成功率

LATM Prompt

工具制造

工具验证

工具封装

分派器

封装工具

逻辑推理

查找随机对象

Dyck语言

单词排序

余数定理

安排会议

作者介绍

论文一作Tianle Cai(蔡天乐),是普林斯顿大学的一年级博士生。

在此之前,他就读于北京大学,主修应用数学,同时兼修计算机科学。

他的兴趣非常广泛,横跨机器学习的很堵领域。比如,优化,表征学习,架构设计(Transformer,图神经网络等)。宗旨就是,让机器学习更通用,更高效,更可靠。

Xuezhi Wang是谷歌大脑的研究科学家。

在此之前,她于2016年在卡耐基梅隆大学计算机科学系获得博士学位,于2011年在清华大学取得计算机科学学士学位。

她的主要兴趣是NLP模型的鲁棒性和公平性,以及在语言模型中实现系统化的泛化。

Tengyu Ma(马腾宇)是斯坦福大学计算机科学和统计学的助理教授。

他的研究兴趣广泛,包括机器学习、算法及其理论方面的课题,如深度学习、(深度)强化学习、预训练/基础模型、鲁棒性、非凸优化、分布式优化和高维统计。

Xinyun Chen(陈昕昀)是谷歌大脑的高级研究科学家。

在此之前,她于2022年在加州大学伯克利分校获得计算机科学博士学位,并在上海交通大学ACM班获得计算机科学学士学位。

她的研究兴趣是神经程序合成和对抗性机器学习。

Denny Zhou是谷歌大脑和DeepMind推理团队的创始人和负责人。

研究方向是通过建立和教授大型语言模型(LLMs)来解决人工通用智能(AGI)问题,实现人类水平的推理。

研究突破包括:指令调整(FLAN2)、思维链提示、自洽性解码、最小到最大提示,以及LLMs的涌现特性。

值得一提的是,谷歌首席执行官Sundar Pichai在2022年谷歌I/O大会上介绍了他们的工作。

参考资料:

https://arxiv.org/abs/2305.17126


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