減少LLM幻覺問題的各種方法

 幻覺(Hallucination)是指大型語言模型(Large Language Models, LLMs)生成的訊息可能不真實或不準確。這是目前LLM存在的一個常見問題,嚴重影響了模型輸出的可靠性和真實性(Truthfulness)。儘管產生幻覺的確切原因尚未完全釐清,但可能與多方面因素有關,例如訓練資料品質、模型架構、推論機制等。

為了減少LLM的幻覺問題,研究者和實務工作者從資料處理、模型訓練和輸出後處理三個階段提出了各種方法:

一、資料處理階段

首先,提高訓練資料的品質和多樣性至關重要。這包括從多個來源蒐集資料,確保資料涵蓋各種主題和領域,同時盡量減少資料中的錯誤、偏見和不相關訊息。其次,對資料進行清洗和預處理,例如去除雜訊、修正拼寫錯誤、標準化格式等,可以提高資料的整體品質。此外,對資料進行標註,例如標記事實的正確性或是否包含誤導性訊息,可以為模型訓練提供額外的監督訊號。

二、模型訓練階段

在訓練LLM時,採取適當的策略可以顯著改善模型的表現並減少幻覺。首先,在特定任務或資料集上對預訓練模型進行微調(Fine-tuning),可以使模型更好地適應特定領域或上下文。其次,仔細選擇模型架構和調整超參數,對於優化模型性能至關重要。再者,使用模型集成技術,如訓練多個模型並結合它們的輸出,可以提高輸出的真實性和穩健性。此外,引入有限狀態約束(Finite-State Constraints, FST)進行約束解碼,將輸入的有限狀態自動機(FSA)與一個特殊的FST進行合成,用於編碼所有可能的分割決策,並將其投影到輸出帶上,以獲得輸出空間的確定性FSA,可以有效地約束模型生成的內容。

三、輸出後處理階段

即便採取了上述措施,LLM的輸出仍可能包含一些不真實或不準確的訊息。因此,對模型生成的內容進行後處理和過濾也十分必要。這可以包括使用啟發式規則或機器學習模型來識別和修改有問題的輸出。此外,對模型的決策過程進行解釋和視覺化,有助於識別潛在問題並改進模型。收集使用者對模型輸出的回饋,並將其用於模型優化,也是一種有效的策略。另外,使用Levenshtein算法進行事後對齊校正,可以在LLM未能精確重現輸入的情況下,消除一些不流暢或不一致的文本。最後,利用Web檢索對模型輸出進行事實確認,可以進一步提高內容的可靠性。

除了上述方法外,許多研究者還使用強化學習(Reinforcement Learning, RL)來訓練LLM,以緩解幻覺問題。核心思路是根據模型輸出的正確性和置信度給予獎勵或懲罰,從而激勵模型對正確答案給出高置信度,對錯誤或無把握的答案給出低置信度或表示「我不知道」。

目前業界常採用人工標註的輸出品質排序序列來生成RL的獎勵函數,但這種方法也存在一些局限性,例如標註者的知識範圍有限、判斷可能失誤等。因此,如何設計更有效、更穩健的RL訓練方法仍是一個開放的研究問題。

總的來說,LLM的幻覺問題源於訓練資料和方法的侷限性,反映了當前人工智慧技術在處理複雜、開放領域任務時所面臨的挑戰。儘管學界和業界提出了各種改進方案,在一定程度上緩解了這一問題,但尚無法從根本上完全消除幻覺。這需要在資料品質把控、模型設計優化、人機互動等方面進行持續不斷的探索和創新。

提升LLM的可靠性和可信度是一項長期而艱巨的任務,有待學術界和產業界的通力合作。未來的研究方向可能包括但不限於:設計更高品質、更全面的訓練資料集;發展更先進、更穩健的模型架構;探索更有效的資料增強和泛化技術;改進RL等訓練範式;建立更完善的評估和反饋機制等。只有在多個層面上取得突破,才能真正實現可信、可靠、可釋的LLM,為人工智慧技術在各領域的應用奠定堅實的基礎。

以下, 對數學有恐懼症的同學可以跳過：

在自然語言處理和計算機科學領域,有限狀態約束(Finite-State Constraints, FST)、有限狀態自動機(Finite-State Automata, FSA)和Levenshtein算法是三個重要的概念和工具,常用於序列處理、模式匹配、序列轉換等任務。以下我將詳細介紹這三個概念:

一、有限狀態自動機(Finite-State Automata, FSA)

有限狀態自動機是一種數學模型,用於描述一個系統在有限個狀態之間轉換的行為。FSA由五個元素組成:

1. 有限的狀態集合(Q)

2. 有限的輸入符號集合(Σ)

3. 狀態轉移函數(δ: Q × Σ → Q)

4. 初始狀態(q₀ ∈ Q)

5. 接受狀態集合(F ⊆ Q)

FSA可以用來識別或生成符合特定模式的序列。它從初始狀態開始,讀取輸入序列中的符號,根據狀態轉移函數進行狀態轉換,直到處理完整個輸入序列。如果最終狀態屬於接受狀態集合,則說明該輸入序列被FSA接受,否則被拒絕。

FSA可以用狀態轉移圖或狀態轉移表來表示。它有確定性和非確定性兩種類型,分別對應於每個狀態和輸入符號對最多只有一個轉移(DFA)或可能有多個轉移(NFA)的情況。

二、有限狀態約束(Finite-State Constraints, FST)

有限狀態約束是一種基於有限狀態自動機的方法,用於對序列進行約束和轉換。與FSA不同,FST在狀態轉移時不僅消耗輸入符號,還產生輸出符號。因此,FST可以看作是一種輸入輸出映射關係。

FST由以下元素組成:

1. 有限的狀態集合(Q)

2. 有限的輸入符號集合(Σ)

3. 有限的輸出符號集合(Γ)

4. 狀態轉移函數(δ: Q × (Σ ∪ {ε}) → Q × (Γ ∪ {ε}))

5. 初始狀態(q₀ ∈ Q)

6. 接受狀態集合(F ⊆ Q)

其中,ε表示空符號,允許在不消耗輸入符號的情況下進行狀態轉移和輸出生成。

FST在自然語言處理中有廣泛應用,例如:

1. 序列標註:將輸入序列轉換為對應的標註序列,如詞性標註、命名實體識別等。

2. 序列分割:將輸入序列按照特定規則分割為子序列,如斷詞、句子分割等。

3. 序列校正:將含有錯誤或變體的輸入序列轉換為標準形式,如拼寫校正、規範化等。

4. 序列翻譯:將源語言序列轉換為目標語言序列,如機器翻譯、音譯轉換等。

FST可以通過編譯多個FST的級聯或並行組合來構建複雜的轉換模型。此外,加權FST(WFST)在轉移和輸出上附加權重,可以表示概率分布或優先級,在語音識別、統計機器翻譯等領域有重要應用。

三、Levenshtein算法

Levenshtein算法,也稱編輯距離算法,是一種用於計算兩個字串之間差異度的動態規劃算法。它以俄羅斯科學家Vladimir Levenshtein的名字命名。

Levenshtein距離定義為,將一個字串轉換為另一個字串所需的最少編輯操作次數。編輯操作包括:

1. 插入一個字元

2. 刪除一個字元

3. 替換一個字元

Levenshtein算法使用一個二維矩陣來計算兩個字串之間的編輯距離。設輸入字串為 s1 和 s2,長度分別為 m 和 n,則矩陣 dp 的維度為 (m+1) × (n+1)。矩陣中的元素 dp[i][j] 表示將 s1 的前 i 個字元轉換為 s2 的前 j 個字元所需的最少編輯次數。

矩陣的計算過程如下:

1. 初始化: dp[i][0] = i, dp[0][j] = j,表示將一個字串轉換為空字串需要的編輯次數。

2. 遞迴計算: 對於 i = 1, 2, ..., m 和 j = 1, 2, ..., n,有:

   - 如果 s1[i-1] = s2[j-1],則 dp[i][j] = dp[i-1][j-1]

   - 否則, dp[i][j] = min(dp[i-1][j], dp[i][j-1], dp[i-1][j-1]) + 1

3. 最終結果: dp[m][n] 即為 s1 和 s2 之間的 Levenshtein 距離。

Levenshtein算法的時間複雜度為 O(mn),空間複雜度為 O(min(m,n))。

在自然語言處理中,Levenshtein距離常用於以下任務:

1. 拼寫校正:找到與錯誤拼寫單詞編輯距離最小的正確單詞。

2. 詞形還原:將變形詞轉換為其原形,如 "running" 還原為 "run"。

3. 字串相似度:衡量兩個字串在字元層面的相似程度,如重複檢測、模糊匹配等。

4. 機器翻譯評估:計算機器翻譯輸出與參考譯文之間的編輯距離,作為翻譯品質的評估指標之一。

除了標準的Levenshtein算法外,還有其他變體如Damerau-Levenshtein距離(允許相鄰字元交換)、歸一化編輯距離(考慮字串長度)等,以適應不同的應用場景。

有限狀態自動機、有限狀態約束和Levenshtein算法在自然語言處理中扮演著重要的角色。FSA和FST提供了一種靈活、高效的方式來表示和操作字串序列,可以用於various序列處理任務。Levenshtein算法提供了一種衡量字串差異度的標準方法,在字串匹配、校正、評估等方面有廣泛應用。深入理解這些概念和工具,對於設計和實現各類自然語言處理系統至關重要。