综述 | 从“说出来”到“脑中算”:Latent Reasoning的范式跃迁与无限可能

大型语言模型(LLM)在推理任务上表现惊艳,尤其当它们使用显式思维链(Chain-of-Thought, CoT)时——即像人一样一步步写下中间思考过程。这种“说出来再回答”的方式显著提升了模型的性能和可理解性,成为当前顶尖推理模型(如Qwen3、DeepSeek-R1、Gemini 2.5)的核心策略。然而,CoT存在一个根本性限制:它强迫模型将所有思考都“塞进”有限的自然语言词汇和离散的令牌(Token)中,就像只用文字聊天来解复杂数学题,表达带宽严重受限(见图1,显式CoT传输约15比特/令牌,而潜在CoT传输约4万比特/隐藏状态,相差2700倍!)。这不仅约束了模型的表达能力,还可能引入冗余计算。

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潜在思维链(Latent Chain-of-Thought, Latent CoT) 正是为了突破这一瓶颈而生。它的核心思想直白有力:让模型直接在连续的“脑海”(即隐藏状态)里进行多步推理,完全跳过生成中间文字令牌的步骤。 想象一下,解数学题时你不需要把每一步都写在草稿纸上,而是在大脑里默默推演完成,最后直接写出答案。Latent CoT让AI也能这样“默默思考”。这释放了模型的潜力:不受词汇限制,它能探索更高效、甚至无法用语言精确描述的推理路径,有望解锁更高性能和新能力。

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  • 论文:A Survey on Latent Reasoning
  • 链接:https://arxiv.org/pdf/2507.06203

本综述论文首次系统梳理了这一新兴领域的全貌。它深入探讨了潜在推理的计算基础(神经网络层如何成为推理的“硬件”)、多样化实现方法(如何设计或训练模型进行“脑海推演”)、背后的工作机制(层堆叠如何像隐式CoT),并前瞻性地展望了“无限深度推理”这一激动人心的前沿(让模型想多久就多久)。接下来,我们将跟随论文的脉络,揭开潜在推理的神秘面纱。

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潜在推理的基础框架

要理解五花八门的潜在推理方法,首先需要一个统一的“坐标系”。论文构建了一个通用的数学框架,将Transformer模型在时间步 (处理第t个令牌) 和层 的信息处理形式化:

  • 核心状态变量:

    • 标准Transformer: Key-Value (KV) 缓存 (),随序列增长而变大。
    • 线性注意力模型: 固定大小的状态矩阵 。
    • 类RNN模型: 单个状态向量 ,压缩所有过去信息。
    • : 第 层、时间步 的激活值(当前“想法”的向量表示)。
    • 隐藏状态,承载历史信息。它的具体形式因架构而异:

在这个框架下,潜在推理的核心操作可分解为两个维度的变换:

  1. 空间变换 (Spatial Transformation - 层间垂直流动): 在**同一时间步 **,信息如何从低层 流向高层 。

    • : 层变换函数(如Transformer块),利用当前层输入 和历史上下文 计算下一层的激活。它代表模型处理单步信息的“计算单元”。
    • : 历史状态更新函数。它定义了如何结合新输入 来更新历史状态 (例如,把新信息加入KV缓存,或按规则更新矩阵/向量状态)。 的具体实现取决于 的形式。
    • 重要性: 这个公式描述了模型在“思考”当前令牌时,信息如何在网络深度方向上逐层提炼和抽象。 确保了每一层在做计算时,都能“记住”并利用之前处理过的信息。
  2. 时间变换 (Temporal Transformation - 时间步水平流动):同一层 **,信息如何从*前一个时间步 流向*当前时间步 **。这主要体现在 的更新上(例如,将新令牌的KV对加入缓存,或按递归规则更新状态矩阵/向量)。

核心方法论分类: 基于上述框架,论文将潜在推理技术分为两大范式:img

  • 基于激活的方法 (Vertical Recurrence): 核心是加深计算深度。方法是在同一时间步 **,让信息**反复循环通过同一组或少量层(公式2)。就像对同一个问题反复琢磨好几遍(每次循环相当于增加一层“虚拟深度”),逐步精炼“想法” 。目标是让模型“想得更深”。
  • 基于隐藏状态的方法 (Horizontal Recurrence): 核心是扩展序列容量。方法是让隐藏状态 随着时间步 推进而演化。 像一个不断更新的“记忆本”,汇总了到目前为止的所有关键信息。模型在计算当前步时,可以同时查看这个记忆本里多个时间步或空间位置的信息。目标是让模型“记住更多、联系更广”。

与显式CoT的本质区别:

  • 显式CoT:。模型先计算连续表示 ,然后必须解码 () 成离散令牌 作为输出。
  • 潜在CoT:。推理过程完全在连续空间 中进行,没有解码步骤。 就是模型内部的“连续念头”。
  • 关键优势: 潜在CoT摆脱了词汇表限制,能探索非语言或更高效的推理路径。
  • 关键挑战: 可解释性降低(中间“念头”不直观),训练更复杂。

**扩散模型的独特更新:**扩散模型(如文本扩散)是潜在推理的重要实现者,但其更新机制与传统Transformer不同:

  • 纯时间更新 (传统扩散): 只有时间步 的迭代(去噪),没有空间层 的堆叠。更新要么是局部的(基于掩码,公式6),要么是全局的(统一去噪)。

  • 集成KV缓存的扩散 (新进展): 将Transformer的空间处理能力引入扩散模型。例如:

    • 在每次去噪迭代中,使用双向Transformer块 (τ) 基于当前KV缓存 () 精炼所有令牌表示(空间变换)。
    • 只更新置信度高的令牌的KV缓存,提高效率。
    • 结合空间精炼和选择性时间缓存更新。
  • 核心差异 vs. 自回归(AR): AR模型只能向前生成,一旦输出令牌就固定不变,无法全局修正。扩散模型可以并行扫描整个序列,反复精炼任何令牌的表示(借助双向上下文),实现全局一致和可逆的推理过程。

垂直递归:基于激活的深度扩展

这一部分的核心是:如何让模型在有限的物理层数下,“想”得更深、更久? 答案是让信息在层间循环流动,反复加工。

架构驱动循环

  • 奠基者 - 通用Transformer (UT): 首次在架构层面引入层间循环。同一个Transformer块可以运行多次(动态深度),通过自适应计算时间 (ACT) 机制决定何时停止循环。核心是把网络深度从固定超参数变成了动态分配的计算资源。

  • 演进趋势 - Pre/Loop/Coda 结构: 后期模型(如Recursive Transformer, AlgoFormer, Recurrent-Depth)普遍采用模块化设计:

    • (前奏): 初始编码输入。
    • (循环块): 核心推理区,同一组层反复执行多次,迭代精炼表示。
    • (尾声): 输出解码。
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    • 优势: 结构清晰、模块化、易于注入先验知识(如迭代约束、算法模板)。
  • 输入与状态管理:

    • 输入 (): 不同模型策略不同,可能包含前一层输出、深度嵌入、甚至初始输入。趋势是简化。
    • 隐藏状态 (, 通常是KV缓存): 大多标准展开。创新点如的共享/重填机制和的模复用,通过周期性缓存回收显著提升内存效率。img
  • 深度嵌入 () 的衰落: UT引入的正弦/可学习深度嵌入,在后续模型(Recursive, AlgoFormer)中被完全抛弃,Recurrent-Depth尝试后也放弃。这表明当架构本身通过状态演化编码迭代次数时,显式的深度位置编码变得冗余。

  • 动态停止机制简化: UT复杂的ACT机制(累积概率阈值)让位于更简单的策略:CoTFormer的MoR路由器、Recursive Transformer基于变化幅度的提前退出 (ε)、AlgoFormer的固定迭代、Recurrent-Depth的定点准则。复杂自适应机制的性价比不高,稳定简单的设计更受青睐。

显式状态反馈

这类模型(Coconut, CoTFormer)在循环时,不仅复用层,还把上一步的最终隐藏状态作为新“输入令牌”插回序列

  • Coconut: 将上一步解码的最后一层隐藏状态(“连续念头”)作为一个特殊位置插入当前输入序列开头。模型在潜在空间“琢磨”,不产生文本,支持广度优先探索。

  • CoTFormer: 前向传播计算初步嵌入,然后将这些激活交错插回序列,再次执行共享层栈。提前退出的令牌能“看到”自身表示更深层次的精炼。

  • 共同特点与优势:

    • 桥接垂直与水平: 显式状态令牌融合了循环和记忆。
    • 零参膨胀: 复用相同层,参数恒定,深度动态增长。
    • 内部推理: 避免生成显式CoT令牌的延迟。
    • 核心: 在共享权重循环的效率下,通过跨循环步传递状态,解锁更强推理。

训练诱导循环

核心洞见:无需改架构,仅靠特殊训练,也能让标准Transformer学会“在脑子里循环思考”! 这极大提升了实用性。

  1. 连续循环:

    • Coconut: 将上一步的最终隐藏状态直接作为下一步的输入,形成连续念头循环。在逻辑推理任务上实现潜在空间的广度优先搜索。
    • CODI: 通过自蒸馏对齐循环状态。对齐教师模型(有完整CoT)和学生模型(压缩推理)在最终答案前的隐藏激活,学习激活空间的定点迭代。比Coconut的课程学习更稳定,首次在GSM8K数学题上达到显式CoT水平。
    • CCOT: 训练模型生成变长连续嵌入序列来近似完整推理轨迹。这些嵌入是循环计算步的压缩表示。可选择解码回文本以保持可解释性。
    • System-1.5 Reasoning: 引入“深度”和“步骤”快捷方式,动态分配层深度和推理步骤,在GSM8K上实现20倍以上加速,保持CoT精度,不改Transformer主干
  2. 压缩状态循环:

    • Su et al.: 用VQ-VAE学习离散潜在令牌替代早期CoT片段,形成混合了压缩抽象步骤和详细推理的“拼盘式”推理。创建分层循环,抽象令牌触发后续层的扩展计算。
    • Zhang et al.: 使用Gist Tokens作为隐藏空间的压缩锚点(本身无语义)。作为循环检查点,模型在此聚合和重分配计算状态。注意力掩码强制后续推理依赖这些压缩状态,形成隐式循环结构。
    • 核心: 将水平(序列级)推理转化为垂直(深度级)计算,为每个逻辑步骤提供更多可用的循环深度。
  3. 迭代扩展(战略令牌): 认识到即使无明确语义的额外令牌,也能为内部计算提供更多“思考步数”。

    • Pfau et al.: 证明无意义的填充令牌 (如”…”) 通过提供更多注意力步数也能改善推理。
    • Goyal et al.: 使用可学习的令牌明确标记计算步骤,创建可训练的循环点。
    • 更高级: 注入结构化令牌组织循环模式。如的规划令牌创建分层循环结构;的和令牌为不同类型认知操作创建专门循环模式。

训练策略: 有效训练循环模型需要特殊方法:

  • 架构循环 (如Loop Transformer): MIDAS提出渐进堆叠框架:逐步增加模型深度,用前一阶段模型初始化更深模型,稳定训练循环模式。
  • 训练诱导循环: Stepwise Internalization开创课程式压缩:在微调中逐步移除CoT令牌,让模型将推理模式内化到参数中(Coconut也采用)。RELAY通过两步对齐:先用对齐CoT的监督训练循环Transformer (λ),然后在生成的推理链上微调自回归模型。

应用与能力: 垂直递归在复杂任务中展现出强大能力:

  • 算法泛化: 循环架构能通过在测试时延长循环步数,从小问题实例泛化到极难问题(静态深度Transformer无法做到)。类似地,Coconut的连续念头循环能解决逻辑推理任务,压缩状态方法在数学推理 (GSM8K) 上匹敌显式CoT。
  • 符号推理与图算法: 带图特定注意力头的循环Transformer能在有限内存内模拟经典算法 (BFS, DFS, 最短路径)。带规划令牌的模型通过创建分层计算结构,在多跳推理上表现更优。分解增强了检索+逻辑推理任务。
  • 优化与元学习: 循环模型被证明隐式实现了多步梯度下降,揭示了循环与优化的深层联系。这解释了架构循环和训练诱导连续念头为何收敛到相似计算模式:都在做类似于优化算法的迭代精炼。

水平递归:基于隐藏状态的容量扩展

这部分解决:如何让模型处理超长序列(百万令牌级),并有效利用其中的信息进行推理? 核心是高效管理随序列增长的隐藏状态 。

线性状态循环

目标:将历史信息压缩到固定大小的矩阵 中,类似RNN,避免KV缓存随序列线性膨胀。

  • 代表模型: Mamba-2, GLA, RWKV-6, HGRN2。

  • **统一框架 (关联递归神经网络):**●状态更新关联操作外积记忆读取

    • : 矩阵值隐藏状态。
    • ●: 关联操作符 (如逐元素乘、矩阵乘),支持高效并行扫描计算 ( 到 )。
    • : 当前输入 的函数。

上半部分 - Linear-State Recurrence上半部分 - Linear-State Recurrence

  • 优化视角 (深刻洞见): 状态演化可视为在线优化梯度步!例如 DeltaNet 的更新规则在数学上等价于对在线回归目标 应用一步梯度下降。意义: 这统一了隐藏状态模型的“时间”循环与基于激活模型的“深度”循环——两者本质上都是通过迭代处理 ( 如同被在线训练的“快速权重”层) 来实现潜在推理。

梯度状态循环

更激进:将隐藏矩阵 视为“快速适应参数”,由可学习的优化器更新! 每个新令牌触发一个轻量级梯度下降步,调整 以匹配当前键值目标。

  • 代表模型: TTT (类似SGD), Titans (类似Adam), Atlas (类似Muon二阶优化)。

  • **通用更新规则:**αη

    • α: 控制旧状态保留的门控(类似动量衰减)。
    • η: 学习率。
    • : 损失函数关于状态 的梯度。
  • 挑战: 梯度 依赖于前一步状态 ,导致严格的序列依赖,难以并行计算。模型块复杂(含LayerNorm, 残差连接)也阻碍硬件高效融合。

  • 解决方案 - 分块并行化 (Chunk-wise Parallelization):

    1. 块内并行: 在固定小分块内,所有令牌相对于同一初始状态(上一分块的最终状态)并行计算梯度。打破块内序列依赖。
    2. 块间循环: 分块之间按序列顺序传递状态(一分块的最终状态是下一分块的初始状态)。在分块级别保持序列性。
  • 优化视角扩展 (Soft Reasoning): Zhu et al. 将首个令牌嵌入视为可控隐变量。通过注入噪声和贝叶斯优化最大化期望改进目标,在隐藏空间动态搜索推理轨迹。

训练诱导转换

核心:如何将训练好的庞大Transformer,高效“转换”成基于隐藏状态(RNN/SSM)的轻量级模型? 保持性能,获得恒定内存推理优势。

  • 跨架构蒸馏:

    • 早期T2R: 替换Softmax为可学习线性核,但需繁重重训练。
    • SUPRA: 从强LLaMA-2/Mistral检查点出发,将注意力替换为GroupNorm稳定的线性核,在约200亿令牌上微调,仅需从头训练循环模型5%的成本即达竞争性精度。
    • MCHAWK: 三阶段流程(矩阵定向隐状态对齐知识蒸馏),仅用30亿令牌将预训练Transformer转换为Mamba-2状态空间模型(如Phi-Mamba),超越所有同规模开源循环LM。可扩展到10-80亿模型 (Llamba)。
  • 低秩线性化 (LoLCATs): 无需全模型更新。先通过注意力迁移匹配每个注意力头与滑动窗口线性混合器,然后用仅触及0.2%权重的LoRA适配器恢复残差损失。在80亿模型上MMLU差距≤1%,单日内可扩展到700-4050亿参数。

  • 门控转换 (Liger): 复用预训练的键矩阵构建逐通道遗忘门,生成门控循环学生模型,仅用原始令牌预算的0.02%且无LoRA外参数,恢复教师93%性能。

机制可解释性:层堆叠即潜在推理?

核心问题:神经网络的层堆叠,本身是否构成了一种隐式的思维链(Latent CoT)? 论文通过可解释性研究给出了有力证据。

宏观证据:层深即瓶颈

  • 强相关性: 多项研究表明模型推理能力严格受限于网络层数 ()。

    • 对于 步推理任务,若 ,即使中间结果在某些层出现,最终推理结果也可能因层数不足而无法涌现。
    • 形成完整的两步推理链至少需要2-3层。后续层深度不足会阻碍多跳推理。
  • 表征能力: Saunshi et al. 证明:任何执行 步CoT推理的 层Transformer,可通过 次迭代前向传递被一个 层Transformer模拟。Merrill et al. 证明增加Transformer深度显著增强推理能力(如语言识别、图连通性)。定理支撑:层深是潜在推理能力的首要瓶颈,可达CoT步长与层数线性相关。

微观机制:层专业化与信息流

  • 层专业化理论: Transformer不同层在推理中扮演专门角色,形成隐式计算管道,类似显式CoT的步骤。

    • 训练效果差、功能有限、表征学习能力下降。
    • 原因: Pre-LN的输出方差指数增长、注意力矩阵退化(常坍缩为近似秩1)。
    • 未来方向: 提升深层有效性是增强模型推理能力的关键。
    • 包含专用推理子电路: 注意力头与MLP模块协同工作,负责特定推理子任务(如实体追踪、代词消解、数学运算)。这些电路是模型从数据中自发学习到的高效计算模式。
    • 卓越的表征能力: 中层嵌入在文本嵌入任务中性能可超过最终层嵌入16%,且在不同架构和规模上表现一致。可能源于预训练目标(自回归)在模型中层形成信息瓶颈,迫使模型提炼最核心信息。
    • 对结果的因果影响: 增强中层激活显著提升推理性能,抑制则导致下降。中层表示作为桥接实体,在多步推理结果中起关键因果作用。其正确激活对最终结果至关重要。
    • 浅层 () - 基础处理器: 处理局部信息、句法结构、表面模式、初始数据转换、存储事实知识、桥接实体解析(多跳推理关键)。负责基础信息处理和事实奠基。
    • *中层 () - 核心引擎:*至关重要!
    • 深层 () - 输出优化器: 接收中层信息,执行针对下游任务的语义转换、复杂逻辑整合和最终决策。然而,研究表明深层可能面临:
  • 信息流理论: 层间信息流动对推理过程至关重要。

    • 量化研究: Stolfo et al. 量化MLP和注意力模块在算术任务中的间接贡献,突出注意力机制在层间信息流(将早期计算信息传递至最终令牌)中的核心作用
    • “泛化电路”: Wang et al. 发现在“顿悟”(grokking)过程中涌现的电路支持跨层信息流:低层提取桥接实体,高层进行推理。
    • 后向注意力: Yu et al. 发现后向注意力机制能有效将高层隐藏信息传回低层,增强模型推理能力。

图灵完备性

问题:基于层的潜在推理系统,能否实现通用计算(图灵完备)?

  • 架构证明:

    • 基础: RNN因递归本质早被证明图灵完备。
    • Transformer: Perez et al. 首次证明Transformer架构图灵完备(需假设:无限精度、特定位置编码、Hard-Max注意力)。Li et al. 进一步证明在常数数值精度下也能达到图灵完备,更接近现实约束。
  • CoT证明:

    • Qiu et al. 提出 “提示即图灵完备”:一个有限大小的Transformer,只要给予合适构建的提示,就能计算任何可计算函数。
    • Li et al. 证明:允许进行 步CoT推理的固定深度Transformer,可以模拟大小为 的布尔电路。
    • 意义: 通用性不必内嵌于模型架构中,也可通过固定深度模型+交互范式(CoT)实现。CoT将有限上下文窗口扩展为动态计算纸带。
  • 架构增强: 为接近理论极限,研究引入循环机制(见第3章)或外部记忆增强Transformer的表达能力。

  • 统一视角: Transformer的推理可视为思想在两个维度的展开:

    • 水平(序列维度): 显式CoT,产生可见推理步骤。
    • *垂直(深度维度):*层堆叠即潜在CoT,每层代表一个隐式推理步,逐步优化下一个令牌的预测。两者都是计算扩展的形式,本质区别在于展开的维度(序列 vs 深度)。
  • 边界融合尝试: Universal Transformers (UT) 通过自适应深度接近图灵完备。Zelikman et al. 整合层间CoT和令牌间CoT (Fast Quiet-Star)。Dong et al. 将下一令牌预测重构为用强化学习的推理任务。img

迈向无限深度推理

终极目标:赋予模型“想多久就多久”的能力,用无限计算步数精炼解决方案,不受输出长度限制。 论文聚焦两大范式:

空间无限:文本扩散模型

img扩散模型颠覆了传统自回归(AR)生成,通过并行迭代全局精炼整个输出序列实现空间无限推理。它像画家先勾勒全局草图再逐步细化,而非AR一笔一划不可修改。

  • 核心优势: 全局规划、跨远距离段落的逻辑一致性、迭代自修正。推理深度(去噪步数)在推断时可调(速度换深度)。
  • 分类:
  1. 掩码扩散模型 (MDM):

    • 操作: 起始于完全掩码或噪声的完整输出草稿。每次迭代基于双向上下文预测所有掩码令牌。
    • *统一更新:纯时间MDM: (局部令牌更新)。*带缓存MDM:*τ (空间精炼) + τ (选择性时间缓存更新 - 置信度阈值)。
    • 演进与能力: D3PM, SEDD (EBLO损失), RADD, MD4, Simple-MDM 简化训练。MMaDA 支持多模态推理对齐。IRED 将推理建模为扩散实现的能量最小化。LLaDA 支持离散随机掩码和反序推理。dKV-Cache, dLLM-Cache 显著加速。DoT-SEDD 将CoT引入MDM框架,利用自然自修正提升连贯性。MGDM 优先处理困难子目标。d1-LLaDA (diffu-GRPO), LLaDA 1.5 (VRPO), DCoLT 应用强化学习优化整个推理轨迹。
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  2. 基于嵌入的扩散模型 (EDM):

    • 操作: 先将离散令牌序列映射到连续令牌嵌入空间,添加高斯噪声,然后在此空间进行全局去噪精炼。
    • *统一更新:*ε (全局序列嵌入迭代精炼)。
    • 演进: Diffusion-LM (可控生成), CDCD (Seq2Seq), Plaid (推导缩放定律,将算力效率差距缩小至64倍), DoT-Plaid (将CoT引入EDM框架)。
  3. 混合自回归-扩散模型:

    • 核心: 结合AR的序列连贯性优势和扩散的双向全局优化优势。
    • *统一更新:*τ (空间精炼) + τ (缓存更新) + AR前缀缓存 (引入已生成文本的前向上下文对齐)。
    • 代表: DiffuLLaMA (将AR模型转为扩散模型), L2D (模块化整合), Dream (AR初始化稳定训练), Gemini Diffusion, Mercury (商业应用,加速代码处理)。

时间无限:基于优化的视角

核心洞见:处理更长序列的时间 ≈ 运行更深层的优化迭代。 当隐藏状态 按类梯度规则 η 更新时,每个额外令牌相当于对某个隐式层多执行了一步(随机)优化。⇒ 处理更长序列 ≈ 更深推理层,且不增加参数!

  • 关键问题: 如何实例化一个可训练且高效的“无限深”网络?

  • 实现策略:

    1. 无限注意力 (Infini-Attention): Munkhdalai et al. 为每个Transformer块附加一个压缩记忆。新片段通过一个线性Delta规则更新该记忆(渐近逼近关联数组的定点),允许模型以 内存流式处理无限长输入。优化视角:在线回归步匹配过去键值,门控聚合+局部因果注意力保持短程精度。
    2. 测试时训练 (TTT) 及其演进: Sun et al. 开创在推断时对隐藏状态执行几步SGD。Titans, OmegaNet, Atlas 用类Adam/Muon优化器替代一阶更新,引入分块并行化处理百万令牌流。实证:Titans-S (~2.5亿参数) 仅约100万优化步后,在1-shot召回上即匹敌13亿Transformer。证明“通过时间加深”可替代“通过层数加深”
    3. 隐式定点RNN: Schone et al. 从隐式层视角审视经典RNN。将状态空间块迭代至收敛,产生非线性、非对角转移,恢复通用RNN表达能力,同时保持训练并行性。实践中仅运行少量自适应自迭代 (),在精炼无关时停止,提供另一条通往无限深度的路。
  • 统一观点: 所有三种策略体现同一原则 - 深度源于时间上的优化 (Depth emerges from optimization over time)**。隐藏状态扮演“快速权重”层,其参数通过*显式 (TTT, Titans, Atlas)、隐式 (定点RNN) 或关联缓存* (Infini-Attention) 方式被精炼。更长序列 ⇒ 更深推理。 分块扫描和并行定点求解器保持耗时近线性,单GPU即可实验百万令牌上下文。

讨论与结论

本综述系统梳理了AI推理的新范式——潜在思维链(Latent CoT)。它直面显式思维链(CoT)的核心局限:依赖自然语言表达中间步骤,严重约束了模型的表达带宽和计算效率。Latent CoT的突破在于将整个推理过程移入模型的连续隐藏状态空间,让模型能“默默思考”,摆脱有限词汇表的桎梏,探索更高效、非语言的推理路径,旨在提升表达力与性能天花板。

核心贡献与见解:

  1. 系统化范式: 首次全面概述Latent CoT领域,建立统一数学框架,厘清基于激活(垂直递归/加深)和基于隐藏状态(水平递归/扩容)两大核心方法论及其子类(架构驱动、训练诱导)。
  2. 揭示机制: 通过机制可解释性研究,强有力论证了神经网络层堆叠本身构成了一种隐式思维链(Layer-based Latent CoT),提出层专业化理论(浅层奠基、中层核心、深层优化)和信息流机制,并探讨了其图灵完备性。
  3. 探索前沿: 深入剖析“无限深度推理”这一激动人心的方向,重点阐述文本扩散模型(MDM, EDM, Hybrid)如何通过并行全局迭代精炼实现空间无限,以及基于优化的视角(Infini-Attention, TTT, 隐式RNN)如何将时间转化为深度。
  4. 统一洞见: 揭示了计算扩展的统一性——无论是序列维度的显式CoT(水平扩展),还是深度维度的层堆叠/循环(垂直扩展),或是时间维度的长序列处理(优化即深度),本质都是为模型提供更多“思考”资源。扩散模型的时空机制和优化视角进一步弥合了不同范式。

价值与挑战:

  • 价值: 突破语言带宽瓶颈,释放模型推理潜力;提供更高效推理的可能路径(如内部循环、状态压缩、扩散并行);深化对LLM内部计算机制的理解;为构建更强大、灵活的AI系统(如能“深思熟虑”的Agent)奠定基础。
  • 挑战:**可解释性难题(黑盒“念头”难以追踪和调试);训练复杂性(诱导循环、对齐、蒸馏需精巧设计);深度层功能退化问题;最关键的是标准化评估的缺失**——不同模型训练条件迥异(从头预训练 vs. 持续预训练适配),且大多与非推理基线比较,缺乏在统一框架下的公平对比 (Apples-to-Apples Comparison),难以准确衡量各方法相对优劣。

未来展望:

  1. 混合范式: 结合架构循环、训练诱导循环、扩散模型和优化视角的优势,设计更强大高效的混合推理引擎。
  2. 增强深度层: 解决深层网络退化问题,提升其表征和推理能力,释放层堆叠的全部潜力。
  3. 统一评估框架: 建立涵盖不同推理类型(数学、逻辑、多跳、规划)、复杂度、效率和可解释性的标准基准,推动公平比较与健康发展。
  4. 深化理论理解: 进一步形式化潜在推理的计算理论、泛化边界和涌现机制。
  5. 新型应用探索: 在复杂决策、科学发现、编程创新等领域挖掘Latent CoT和无限深度推理的应用潜力。

Latent CoT代表了对LLM认知能力边界的一次重要拓展。它让我们超越“语言即思想”的直观认知,深入探索连续潜空间中更高效、更强大的推理形式。随着可解释性、训练方法和评估体系的不断完善,这一领域有望成为下一代AI推理的核心支柱。

如何学习大模型 AI ?

由于新岗位的生产效率,要优于被取代岗位的生产效率,所以实际上整个社会的生产效率是提升的。

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第一阶段(10天):初阶应用

该阶段让大家对大模型 AI有一个最前沿的认识,对大模型 AI 的理解超过 95% 的人,可以在相关讨论时发表高级、不跟风、又接地气的见解,别人只会和 AI 聊天,而你能调教 AI,并能用代码将大模型和业务衔接。

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  • 大模型应用技术架构
  • 代码示例:向 GPT-3.5 灌入新知识
  • 提示工程的意义和核心思想
  • Prompt 典型构成
  • 指令调优方法论
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  • 为什么要做 RAG
  • 搭建一个简单的 ChatPDF
  • 检索的基础概念
  • 什么是向量表示(Embeddings)
  • 向量数据库与向量检索
  • 基于向量检索的 RAG
  • 搭建 RAG 系统的扩展知识
  • 混合检索与 RAG-Fusion 简介
  • 向量模型本地部署

第三阶段(30天):模型训练

恭喜你,如果学到这里,你基本可以找到一份大模型 AI相关的工作,自己也能训练 GPT 了!通过微调,训练自己的垂直大模型,能独立训练开源多模态大模型,掌握更多技术方案。

到此为止,大概2个月的时间。你已经成为了一名“AI小子”。那么你还想往下探索吗?

  • 为什么要做 RAG
  • 什么是模型
  • 什么是模型训练
  • 求解器 & 损失函数简介
  • 小实验2:手写一个简单的神经网络并训练它
  • 什么是训练/预训练/微调/轻量化微调
  • Transformer结构简介
  • 轻量化微调
  • 实验数据集的构建

第四阶段(20天):商业闭环

对全球大模型从性能、吞吐量、成本等方面有一定的认知,可以在云端和本地等多种环境下部署大模型,找到适合自己的项目/创业方向,做一名被 AI 武装的产品经理。

  • 硬件选型
  • 带你了解全球大模型
  • 使用国产大模型服务
  • 搭建 OpenAI 代理
  • 热身:基于阿里云 PAI 部署 Stable Diffusion
  • 在本地计算机运行大模型
  • 大模型的私有化部署
  • 基于 vLLM 部署大模型
  • 案例:如何优雅地在阿里云私有部署开源大模型
  • 部署一套开源 LLM 项目
  • 内容安全
  • 互联网信息服务算法备案

学习是一个过程,只要学习就会有挑战。天道酬勤,你越努力,就会成为越优秀的自己。

如果你能在15天内完成所有的任务,那你堪称天才。然而,如果你能完成 60-70% 的内容,你就已经开始具备成为一名大模型 AI 的正确特征了。

这份完整版的大模型 AI 学习资料已经上传优快云,朋友们如果需要可以微信扫描下方优快云官方认证二维码免费领取【保证100%免费

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