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- 文献阅读：Chain-of-Thought Prompting Elicits Reasoning in Large Language Models
- 1. 文章简介
- 2. 具体方法
- 3. 实验结果
- 1. 数学推理
- 1. 实验设计
- 2. 实验结果
- 3. 消解实验
- 4. 鲁棒性考察
- 2. 常识推理
- 1. 实验设计
- 2. 实验结果
- 3. 符号推理
- 1. 实验设计
- 2. 实验结果
- 1. 数学推理
- 4. 结论 & 思考
- 文献链接：https://arxiv.org/abs/2201.11903
1. 文章简介
这篇文章还是一篇关于大模型的prompt调优的文章。
这里，主体的思路是使用Chain of Thought，也就是说把CoT的思路加入到prompt调优当中。和finetune当中使用的CoT方式相似，前者是将答案推导的推理链给出然后交给模型进行finetune，而这里，不在用于finetune，而是将其给出到few-shot learning当中，作为例子来指导模型进行生成推理，从而优化推理过程。
下面是一个具体的CoT prompt的例子：
而CoT Prompting效果的话，我们可以从下述GSM8K上的效果上一窥大概：
可以看到，在GSM8K测试集上，CoT Prompting的效果给LLM带来了显著的效果提升，且超过了当前的SOTA结果。
下面，我们就来看一下CoT Prompting的设计以及文中的实验考察。
2. 具体方法
关于CoT Prompting的具体方法设计，其实在上述的样例图中已经展示的比较清晰了，主旨来说，其实就是通过带有CoT的推理链的few shot例子的方式教给LLM推理的思路链，从而使得模型可以模仿其将问题进行拆分从而获得更加合理的回答。
更具体的，文中给出了CoT Prompting的4个主要的优点如下：
- CoT Prompting将问题进行了解构，从而将多步的问题拆分为了多个中间子问题，从而使得模型在推理过程中可以获得更多的计算，从而优化推理准确率；
- CoT由于解构了问题，从而在回答过程中存在了更多的可解释性，便于调试以及模型的自纠正；
- 可拓展性，CoT Prompting的方式可以广泛地用于数学问题，常识推理以及符号推理等问题当中；
- 使用上的便捷性，只需要通过几个简单的few shot的case，就能引导模型进行CoT的推理方式；
我们给出一些常见问题当中CoT Prompting使用的case如下：
下面，我们来看一下文中给出的一些具体的实验考察。
3. 实验结果
文中从数学推理，常识推理以及符号推理三个方面对CoT Prompting的效果进行了具体的考察。
下面，我们来看一下其各自的实验结果。
1. 数学推理
1. 实验设计
对于数学推理的问题，文中使用的测试数据主要包括：
- GSM8K
- SVAMP
- ASDiv
- AQuA
- MAWPS
而关于Prompt的设计，作为control，文中使用Brown et al.(2020)给出prompt，具体可以参考图一左侧的样例。而作为treatment，则是通过few-shot给出了CoT的样例，同样可以参考图一当中右侧的样例。
最后，关于实验中使用的LLM模型，具体包括以下一些：
- GPT-3
- LaMDA
- PaLM
- UL2 20B
- Codex
2. 实验结果
给出文中具体的实验结果如下：
可以看到：
- 和早期的CoT实验效果相仿，对于小模型，CoT Prompting不一定能够带来提升，但是对于大模型，CoT Prompting可以带来显著的效果提升。
3. 消解实验
对于数学推理问题，中文还给出了CoT Prompting的一些消解实验，具体考察了以下几方面的影响：
- 用公式替换文本描述
- 依然只给出公式，不过公式中用变量名替换掉纯数字
- 将CoT的解释放置到给出答案之后，而不是之前
得到的实验结果如下：
可以看到，普遍效果都不太好，而这些也都比较好理解：
- LLM显然对于语义的理解方面做的比公式的理解能力会强很多；
- 前置解释可以辅助语言模型对于后续答案概率的生成优化。
4. 鲁棒性考察
而除了上述实验之外，文中还对CoT Prompting的鲁棒性进行了考察，具体而言，通过：
- 给出不同的人写作的CoT Prompting进行考察
- 用不同的样例作为few-shot的case
得到的结果如下：
可以看到：
- 虽然存在一定的效果波动，不过整体而言CoT Prompting依然可以稳定地带来效果上的提升。
2. 常识推理
文中除了对于数学推理之外，还对常识推理进行了一些实验考察。
1. 实验设计
我们首先来看一下常识推理的一些实验设计。
在数据集选择方面，文中使用了如下一些测试数据集：
- CSQA
- StrategyQA
- Date
- Sports
- SayCan
而关于prompt以及模型的设计，则保持和前述数学推理相一致。
2. 实验结果
给出文中的实验结果如下：
可以看到：
- 除了在CSQA数据集上没有获得较大的提升之外，在其他数据集上，CoT Prompting都带来了很大的性能提升，甚至在Sports数据集上超出了人类的水平。
3. 符号推理
最后，我们来看一下文中对于符号推理的实验结果。
1. 实验设计
首先，在实验设计方面，其他方面同样和之前的两个实验保持一致，只有在数据集上存在区别。
具体而言，这里使用如下两个数据集：
- Last letter concatenation
- Coin flip
2. 实验结果
给出文中的实验结果如下：
同样可以看到：
- CoT可以稳定地带来效果提升。
4. 结论 & 思考
综上，我们基本可以得出结论：
- 通过在few-shot learning当中加入CoT的方式，可以使得模型在生成过程中模仿CoT的方式，从而优化生成的结果。
这个结论本身倒是还挺好理解的，易用且有效，在这个以优化prompt为王的时代里，倒是可以在工作当中帮上大忙了。
不过这里我个人觉得，更本质的特征还是如何诱导模型进行CoT推理，诚然，这里是使用了一个最直接的方式，就是在few-shot当中直接加入样例，但是对于一些context非常长的case，这不一定可行，但是核心思路依然是可以借鉴的，在后续的prompt调优当中，个人觉得不失为一种优化的思路。