人工智能一個(gè)重要的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)泛化能力強(qiáng)的模型。在自然語(yǔ)言處理（NLP）領(lǐng)域中，預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型在這方面取得了重大進(jìn)展。這類(lèi)模型往往通過(guò)微調(diào)來(lái)適應(yīng)新的任務(wù)。

近日，來(lái)自谷歌的研究者分析了多種指令微調(diào)方法，包括擴(kuò)展對(duì)指令微調(diào)的影響。實(shí)驗(yàn)表明，指令微調(diào)確實(shí)可以根據(jù)任務(wù)數(shù)量和模型大小實(shí)現(xiàn)良好的擴(kuò)展，最大到 5400 億參數(shù)的模型都能明顯受益，未來(lái)的研究應(yīng)該進(jìn)一步擴(kuò)大任務(wù)的數(shù)量和模型的大小。此外，該研究還分析了微調(diào)對(duì)模型執(zhí)行推理能力的影響，結(jié)果都是很吸引人的。

由此產(chǎn)生的 Flan-T5 對(duì) 1800 余種語(yǔ)言任務(wù)進(jìn)行了指令微調(diào)，明顯提高了提示和多步推理能力，30 億參數(shù)跑基準(zhǔn)就能超過(guò) GPT-3 的 1750 億參數(shù)。

看起來(lái)谷歌又為大模型找到了一個(gè)能力提升的方向。不過(guò)這一研究不僅引來(lái)了機(jī)器學(xué)習(xí)社區(qū)的歡迎，也有 Gary Marcus 的吐槽：

谷歌的模型為什么把谷歌自己的著名科學(xué)家 Geoffrey Hinton 的出生日期搞錯(cuò)了？人家明明是 1947 年出生的老前輩。

論文作者之一的谷歌大腦首席科學(xué)家 Quoc Le 趕緊出來(lái)圓場(chǎng)：是臨時(shí)工圖片做錯(cuò)了，在論文里 Flan-T5 模型其實(shí)沒(méi)有把 Geoff 的出生年月搞錯(cuò)，有圖為證。

順便說(shuō)一句，出生于 1963 年的著名 AI 學(xué)者是 Jürgen Schmidhuber。

既然出錯(cuò)的不是 AI 模型，讓我們看看谷歌的新方法究竟能夠?yàn)轭A(yù)訓(xùn)練模型帶來(lái)哪些改變吧。

論文：Scaling Instruction-Finetuned Language Models 

• 論文地址：https://arxiv.org/abs/2210.11416
• 公開(kāi)模型：https://github.com/google-research/t5x/blob/main/docs/models.md#flan-t5-checkpoints

該研究使用 540B 參數(shù)模型訓(xùn)練 Flan-PaLM，將微調(diào)任務(wù)的數(shù)量增加到 1800 個(gè)以上，并包含思維鏈（CoT；Wei et al., 2022b）數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后的 Flan-PaLM 優(yōu)于 PaLM，在多個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中達(dá)到了新的 SOTA。在推理能力方面，F(xiàn)lan-PaLM 能夠利用 CoT 和自洽性（self-consistency；Wang et al., 2022c）在大規(guī)模多任務(wù)語(yǔ)言理解（MMLU; Hendrycks et al., 2020）上實(shí)現(xiàn) 75.2% 的準(zhǔn)確率。

此外，在一組具有挑戰(zhàn)性的開(kāi)放式生成問(wèn)題上，F(xiàn)lan-PaLM 的表現(xiàn)明顯優(yōu)于 PaLM，可用性大幅提高。

總體而言，谷歌的這項(xiàng)研究闡明了使用指令微調(diào)來(lái)提高模型性能的具體方法。

方法

具體來(lái)說(shuō)，該研究主要關(guān)注影響指令微調(diào)的幾個(gè)方面，包括：（1）擴(kuò)展任務(wù)數(shù)量，（2）擴(kuò)展模型大小，以及（3）對(duì)思維鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)。

該研究發(fā)現(xiàn)具有上述方面的指令微調(diào)顯著改進(jìn)了各種模型類(lèi)（PaLM、T5、U-PaLM）、prompting 設(shè)置（零樣本、少樣本、CoT）和評(píng)估基準(zhǔn)（MMLU、BBH、 TyDiQA、MGSM、開(kāi)放式生成）。例如，在 1.8K 任務(wù)上進(jìn)行指令微調(diào)的 Flan-PaLM 540B 大大優(yōu)于 PALM 540B（平均 + 9.4%）。Flan-PaLM 540B 在幾個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的性能，例如在五次 MMLU 上達(dá)到 75.2%。

研究者還公開(kāi)了 Flan-T5 檢查點(diǎn)，即使與更大的模型（例如 PaLM 62B）相比，它也能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的少樣本性能?？傮w而言，指令微調(diào)是提高預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型的性能和可用性的通用方法。

圖 1. 研究人員在 1800 余個(gè)任務(wù)中對(duì)各種語(yǔ)言模型進(jìn)行了微調(diào)，在有 / 缺乏樣本（零樣本和少樣本）以及有 / 沒(méi)有思維鏈的情況下進(jìn)行微調(diào)，從而能夠在一系列評(píng)估場(chǎng)景中進(jìn)行泛化。

圖 2. 微調(diào)數(shù)據(jù)包括 473 個(gè)數(shù)據(jù)集、146 個(gè)任務(wù)類(lèi)別和共計(jì) 1836 個(gè)任務(wù)。

在數(shù)據(jù)微調(diào)和程序微調(diào)過(guò)程完成后，研究者根據(jù)模型大小對(duì)任務(wù)的性能來(lái)對(duì)比規(guī)模擴(kuò)展的影響。首先，對(duì)于所有三種模型大小，多任務(wù)指令微調(diào)與沒(méi)有微調(diào)相比性能有很大提高，增益范圍從 9.4% 到 15.5%。其次，增加微調(diào)任務(wù)的數(shù)量可以提高性能。

最后，我們可以看到將模型規(guī)模增加一個(gè)數(shù)量級(jí)（8B → 62B 或 62B → 540B）可以明顯提高微調(diào)和未微調(diào)模型的性能。

多任務(wù)指令微調(diào)相對(duì)于模型大?。▍?shù)量）和微調(diào)任務(wù)數(shù)量及規(guī)模擴(kuò)展對(duì)準(zhǔn)確率的影響。

增加微調(diào)數(shù)據(jù)中的任務(wù)數(shù)量可以提高 Flan-PaLM 在大多數(shù)評(píng)估基準(zhǔn)上的性能。

研究人員證明了在微調(diào)混合中包含九個(gè)帶有思維鏈 (CoT) 注釋的數(shù)據(jù)集可以提高推理能力。下表顯示 Flan-PaLM 的 CoT 提示能力在四個(gè)保留的評(píng)估基準(zhǔn)上優(yōu)于 PaLM。

該研究發(fā)現(xiàn)對(duì) CoT 數(shù)據(jù)進(jìn)行指令微調(diào)的另外一個(gè)好處是可以實(shí)現(xiàn)零樣本（zero-shot）推理，模型在沒(méi)有針對(duì) CoT 的少量樣本的情況下就自行產(chǎn)生了推理能力，這可能需要大量工程調(diào)教才能正確實(shí)現(xiàn)。

圖 6：PaLM 和 Flan-PaLM 在一組 23 個(gè)具有挑戰(zhàn)性的 BIG-Bench 任務(wù) (BBH) 上的 zero-shot 性能。Flan-PaLM 需要通過(guò)「讓我們一步一步思考」指令激活的思想鏈 (CoT) 生成。

為了展示新方法的通用性，谷歌訓(xùn)練了 T5、PaLM 和 U-PaLM，涵蓋了從 8000 萬(wàn)到 5400 億參數(shù)的模型體量范圍，發(fā)現(xiàn)所有模型都能大幅提升性能。

表 5. 指令微調(diào) (Flan) 在其他持續(xù)預(yù)訓(xùn)練方法之上提高了性能。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，指令微調(diào)大大提高了所有模型類(lèi)型的歸一化平均性能，與非微調(diào)模型相比，T5 模型從指令微調(diào)中受益最多。這些結(jié)果對(duì)于某些基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)說(shuō)是相當(dāng)強(qiáng)的——例如，F(xiàn)lan-T5-XL 只有 30 億參數(shù)，就達(dá)到了 47.6% 的 MMLU 分?jǐn)?shù)，超過(guò)了 GPT-3 1750 億參數(shù)的 43.9% 分?jǐn)?shù)。

除了 NLP 基準(zhǔn)之外，語(yǔ)言模型還能夠?yàn)殚_(kāi)放式問(wèn)題請(qǐng)求生成長(zhǎng)格式答案。在這一方面，標(biāo)準(zhǔn)的 NLP 基準(zhǔn)和用于評(píng)估它們的自動(dòng)指標(biāo)不足以衡量人類(lèi)的偏好。研究人員對(duì)此進(jìn)行了評(píng)估，創(chuàng)建了一個(gè)包含 190 個(gè)示例的評(píng)估集。該評(píng)估集包括以零樣本方式向模型提出的問(wèn)題，涉及五個(gè)具有挑戰(zhàn)性的類(lèi)別，每個(gè)類(lèi)別 20 個(gè)問(wèn)題：創(chuàng)造力、上下文推理、復(fù)雜推理、計(jì)劃和解釋。

對(duì)于其中的 60 個(gè)示例（來(lái)自復(fù)雜的推理、計(jì)劃和解釋類(lèi)別），該研究創(chuàng)建了一個(gè)帶有思維鏈觸發(fā)短語(yǔ)（例如，「讓我們一步一步思考」）的變體，作為微調(diào)是否進(jìn)行的另一個(gè)評(píng)估在 CoT 上啟用 zero-shot。除了上述 160 個(gè)零樣本輸入之外，研究中還包括 30 個(gè)用于測(cè)試少樣本能力的輸入，這些沒(méi)有指令微調(diào)的強(qiáng)語(yǔ)言模型已被證明在這些方面表現(xiàn)良好。

研究人員認(rèn)為，指令微調(diào)和規(guī)模擴(kuò)展均可以持續(xù)提升大語(yǔ)言模型性能，而微調(diào)對(duì)于推理能力至關(guān)重要，其還能泛化模型能力。通過(guò)指令微調(diào)與其他模型適應(yīng)技術(shù)（例如 UL2R）結(jié)合，谷歌在這項(xiàng)工作中提出了最強(qiáng)模型 Flan-U-PaLM。

重要的是，指令微調(diào)并不像模型規(guī)模擴(kuò)展一樣會(huì)大幅增加計(jì)算成本，例如對(duì)于 PaLM 540B，指令微調(diào)只需要 0.2% 的預(yù)訓(xùn)練計(jì)算，但卻可以將跨評(píng)估基準(zhǔn)的歸一化平均值提高 9.4%。使用指令微調(diào)的小型模型有時(shí)可以勝過(guò)沒(méi)有微調(diào)的大模型。

出于這些原因，研究人員建議對(duì)幾乎所有預(yù)訓(xùn)練的語(yǔ)言模型都進(jìn)行指令微調(diào)。