Self-Play Fine-Tuning Converts Weak Language Models to Strong Language Models

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本文介绍了自玩微调(SPIN)方法,该方法允许弱语言模型(LLM)在没有额外人工注释数据的情况下进化为强LLM。通过与自身实例对弈,LLM生成训练数据并优化策略。理论和实验表明,SPIN能显著提高LLM在多种基准测试中的性能,甚至超越了直接优化方法。

本文是LLM系列文章,针对《Self-Play Fine-Tuning Converts Weak Language Models to Strong Language Models》的翻译。

摘要

通过监督微调(SFT)利用人工注释数据的能力对于推进大型语言模型(LLM)至关重要。在本文中,我们深入研究了在不需要获取额外的人工注释数据的情况下,从弱LLM中发展出强LLM的前景。我们提出了一种新的微调方法,称为自玩微调(SPIN),它从有监督的微调模型开始。SPIN的核心是一种自玩机制,LLM通过与自身实例进行游戏来改进其能力。更具体地说,LLM从之前的迭代中生成自己的训练数据,通过从人工注释数据中识别这些自生成的响应来完善其策略。我们的方法将LLM从一个新生的模型逐步提升为一个强大的模型,释放了SFT的人类注释演示数据的全部潜力。理论上,我们证明了只有当LLM策略与目标数据分布一致时,才能实现我们方法的训练目标函数的全局最优。根据经验,我们在几个基准数据集上评估了我们的方法,包括HuggingFace Open LLM排行榜、MT Bench和Big Bench的数据集。我们的结果表明,SPIN可以显著提高LLM在各种基准测试中的性能,甚至优于通过补充额外GPT-4偏好数据的直接偏好优化(DPO)训练的模型。这揭示了自我游戏的前景,使LLM在不需要专业对手的情况下实现人类水平的表现。

1 引言

2 相关工作

3 问题设置和前言

4 方法

5 理论分析

6 实验

7 结论和讨论

本文介绍了一种

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### Self-Play Fine-Tuning 的概念与实现 #### 概念概述 Self-Play Fine-Tuning (SPIN) 是一种用于增强语言模型能力的技术,其核心思想是通过自我对弈的方式逐步改进弱语言模型的性能[^3]。这种方法不需要额外的人工标注数据即可完成优化过程。 SPIN 基于一个假设:如果能够构建一个机制使得模型可以自己生成高质量的数据并从中学习,则可以通过这种方式显著提高模型的表现。具体而言,SPIN 利用了两种角色——主玩家(Main Player)和对手玩家(Opponent Player),并通过两者的交互不断调整模型参数[^3]。 --- #### SPIN 的实现方法 ##### 1. 主玩家与对手玩家的角色定义 在 SPIN 中: - **主玩家**的任务是区分由语言模型生成的响应和由人类生成的真实响应。 - **对手玩家**则负责生成尽可能接近人类行为的响应。 初始阶段,主玩家基于一个经过监督微调的语言模型开始工作;而对手玩家则是该模型的一个较早版本副本[^3]。 ##### 2. 迭代更新流程 SPIN 的迭代过程主要包括以下两个步骤: - **(1) 训练主玩家** 主玩家被训练以最大化其辨别能力,即准确地区分来自对手玩家生成的内容和真实人工数据之间的差异。这一过程通常涉及二元分类任务,目标是最小化交叉熵损失函数[^3]。 - **(2) 更新对手玩家** 对手玩家的目标是对抗主玩家的进步,努力使自己的输出更加难以辨认。这一步骤中,对手玩家尝试最小化主玩家对其生成样本的信心得分,从而促使生成内容更贴近实际人类表达方式[^3]。 每次迭代完成后,新得到的主玩家成为下一轮循环中的基础模型,并重复上述操作直到满足收敛条件为止。 ##### 3. 收敛准则 理论上,在理想情况下,当模型分布 \(p_\theta\) 完全匹配真实数据分布 \(p_{\text{data}}\) 时,SPIN 达到全局最优状态。此时,主玩家无法再有效区分手动生成品与真人创作作品之间区别,整个算法终止运行[^5]。 --- #### 使用场景及优势 SPIN 提供了一种新颖途径来解决传统迁移学习面临的挑战之一—缺乏足够的标记语料库资源问题。相比于常规 fine-tuning 技术需依赖大量特定领域标签指导调整权重矩阵不同之处在于,它仅依靠已有初步训练成果以及内部竞争驱动机制就能取得良好效果[^4]。 此外,由于避免了昂贵的手动标注成本投入,因此非常适合应用于那些获取充足高质量反馈较为困难或者费用高昂的应用场合之中[^1]。 ```python # 示例伪代码展示 SPIN 流程简化版 def spin_training(model, num_iterations): main_player = model.copy() opponent_player = model for _ in range(num_iterations): # Step 1: Train Main Player to distinguish between human and synthetic responses train_main_player(main_player, opponent_player) # Step 2: Update Opponent Player to fool the Main Player update_opponent_player(opponent_player, main_player) # Optional convergence check can be added here return main_player ``` --- #### 总结 通过对 self-play fine-tuning 的深入探讨可以看出,这是一种极具创造性的技术方案,能够在减少对外部资源需求的同时大幅提升现有语言模型的质量水平。随着研究进一步推进及相关工具包不断完善,相信未来会有更多应用场景受益于此项突破性进展。
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