The Life Cycle of Large Language Models: A Review of Biases in Education

本文是LLM系列文章,针对《The Life Cycle of Large Language Models: A Review of Biases in Education》的翻译。

大型语言模型的生命周期:教育偏见综述

摘要

大型语言模型 (LLM) 越来越多地用于教育环境,为学生和教师提供个性化支持。基于 LLM 的应用程序理解和生成自然语言的空前能力可能会提高教学效率和学习成果,但 LLM 与教育技术的整合再次引发了对算法偏见的担忧,这可能会加剧教育不平等。在这篇综述中,基于先前绘制传统机器学习生命周期的工作,我们提供了 LLM 生命周期的整体地图,从 LLM 的初始开发到为教育环境中的各种应用定制预训练模型。我们解释了LLM生命周期中的每一个步骤,并确定了在教育背景下可能出现的潜在偏见来源。我们讨论了为什么当前传统机器学习的偏见测量无法转移到 LLM 生成的教育内容中,例如辅导对话,因为文本是高维的,可以有多个正确的回答,并且定制回答在教学上可能是可取的,而不是不公平的。本综述旨在阐明 LLM 申请中偏见的复杂性质,并为其评估提供实用指导,以促进教育公平。

1 引言

2 LLM在教育领域的应用

3 从开发到部署的 LLM 生命周期

4 讨论

传统的机器学习应用程序的生命周期,专注于预测标签,已经得到了很好的理解。众所周知,偏见会在这个生命周期的不同阶段进入,并且已经开发和测试了衡量和减轻这些偏见的方法,包括在教育的背景下。然而,随着 LLM 和其他形式的生成式 AI 在教育中的日益普及,目前的评估方法并不能充分满足支持教育目标的特定需求。这篇综述提供了 LLM 生命周期的整体视角,使用教育中特定领域的示例来强调将 NLU 和 NLG 支持纳入教育技术应用的机遇和

### 数据集和度量标准 对于评估开放性语言生成中的偏见,多个数据集和度量已经被开发出来以确保模型输出的公平性和无偏性。具体来说: #### 常用的数据集 为了检测不同类型的偏差,研究人员创建了专门针对这一目的设计的数据集。例如,Winogender Corpus 是一种广泛使用的资源,它包含了性别刻板印象的例子[^1]。另一个例子是 StereoSet,该数据集中含有涉及职业、外貌等多个维度的社会群体描述,旨在测试模型是否会强化负面或不准确的社会成见。 #### 度量标准 衡量偏见的程度通常依赖于一系列定量分析工具和技术。其中一些方法包括但不限于: - **Demographic Parity (DP)**:此度量关注的是特定属性组之间的分布差异,比如性别或种族,在给定条件下产生的概率应该相等。 - **Equal Opportunity Difference (EOD)**:这种度量侧重于正类别的条件独立性,即如果两个个体属于不同的受保护类别但在其他方面相同,则他们获得有利结果的机会应该是相同的。 - **Disparate Impact (DI)**:这是一种统计学上的概念,用来识别是否存在不成比例的影响,特别是在就业等领域中可能存在的间接歧视现象。 除了上述传统机器学习领域内的评价指标之外,还有一些专门为自然语言处理定制的新颖方案被提出。例如,通过计算某些敏感词出现频率的变化来量化潜在的文化倾向;或者利用对抗验证框架自动发现并修正隐藏模式下的不公平待遇。 ```python def calculate_demographic_parity(predictions, protected_attribute): """ 计算人口统计学平等. 参数: predictions (list): 模型预测的结果列表. protected_attribute (list): 受保护特征对应的标签列表. 返回: float: DP值. """ from collections import Counter pred_by_group = {} for pred, attr in zip(predictions, protected_attribute): if attr not in pred_by_group: pred_by_group[attr] = [] pred_by_group[attr].append(pred) group_counts = {k: sum(v)/len(v) for k, v in pred_by_group.items()} max_count = max(group_counts.values()) min_count = min(group_counts.values()) return abs(max_count - min_count) # 使用样例 predictions = ['positive', 'negative', ... ] # 替换为实际预测结果 protected_attributes = ['male', 'female', ... ] # 替换为对应的人口统计数据 dp_value = calculate_demographic_parity(predictions, protected_attributes) print(f'Demographic parity value is {dp_value:.4f}') ```
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