大语言模型事实性幻象的实验性分析

作者｜李军毅 陈杰 机构｜中国人民大学

研究方向｜自然语言处理

来自 | RUC AI Box

尽管大语言模型能力不断提升，但一个持续存在的挑战是它们具有产生幻象的倾向。本文构建了幻象评测基准HaluEval 2.0，并基于该评测框架从预训练/有监督微调/提示设计/推理四个方面探索幻象来源。另外，还通过一系列技术深入研究了减轻LLM幻象的方法。

引言

大语言模型（LLM）在自然语言处理（NLP）的广泛领域中展现出巨大的潜力。然而，尽管模型能力有所提升，但一个持续存在的挑战在于它们具有产生幻象的倾向，即生成看似合理但事实上不准确的内容。这一问题严重限制了LLM在现实世界应用（如临床诊断）中的部署，在这些应用中，生成值得信赖的可靠文本至关重要。

在 LLM 时代，幻象相关的研究显著增加，这些研究主要围绕三个问题展开，即 LLM 为何产生幻象（source），如何检测幻象（detection）以及如何减轻幻象（mitigation）。现有的工作大多集中于分析或解决个别挑战，仍然缺乏系统而深入的对 LLM 幻象的实验分析。为此，我们针对事实性幻象，从幻象的检测、来源和缓解三个方面进行了全面系统的实验性分析。我们的贡献包括：

构建了幻象评测基准 HaluEval 2.0，提出了一个简单有效的幻象自动评估框架。

基于上述评测框架，我们从预训练（pre-training）、有监督微调（supervised fine-tuning）、提示设计（prompt design）和推理（inference）四个方面探索幻象的来源。

我们还通过一系列广泛使用的技术，包括基于人类反馈的强化学习（RLHF）、检索增强（retrieval augmentation）、反思（self-reflexion）、提示改进（prompt improvement）等，深入研究了减轻 LLM 幻象的方法。

总的来说，我们的工作带来了一系列关于 LLM 幻象的来源和缓解的重要实证发现，构建的幻象评测基准可用于进一步的研究。

幻象评测基准HaluEval 2.0

HaluEval 2.0包括五个领域的 8770 个问题，其中生物医学、金融、科学、教育和开放域的问题数量分别为1535、1125、1409、1701 和 3000。基于 HaluEval 2.0，我们在一些具有代表性的开源和闭源 LLM 上进行了实验：

开源模型：Alpaca (7B), Vicuna (7B and 13B), YuLan-Chat (13B), Llama 2-Chat (7B and 13B)

闭源模型：text-davinci-002/003, ChatGPT, Claude, Claude 2

幻象的检测

我们提出了一个简单而有效的评测框架，用于检测 LLM 回答中的事实性错误。我们将具有挑战性的幻象检测任务分解为两个较简单的子任务：1）从回答中提取多个事实性陈述；2）确定每个陈述是否包含幻象。基于该检测方法，我们可以在 HaluEval 2.0 上对各种 LLM 进行评估。我们设计了两个不同级别的指标来衡量 LLM 回答中包含幻象的程度。

微观幻象率（MiHR）衡量每个回答中幻象陈述的比例：

宏观幻象率（MaHR）计算含有幻象陈述的回答比例：

我们在 HaluEval 2.0 上衡量了各种 LLM 产生幻象的倾向，实验结果如下表所示：

我们可以看到，开源模型和闭源模型之间存在着明显的性能差距。在开源模型中，我们可以发现扩大模型规模可以有效降低产生幻象的倾向。另外我们发现，MaHR 和 MiHR 的正相关性并不强，这是因为有些模型倾向于用较少的事实生成较短的回答，从而减少幻象的发生，但同时也减少了回答中信息的丰富性。更多的实验结论与分析详见论文。

幻象的来源和缓解

我们进行了广泛的实验，从预训练（pre-training）、有监督微调（supervised fine-tuning）、提示设计（prompt design）和推理（inference）四个方面探索可能诱发 LLM 幻象的因素：

我们研究了基于人类反馈的强化学习（RLHF）、检索增强（retrieval augmentation）、反思（self-reflexion）、提示改进（prompt improvement）等广泛使用的方法减轻 LLM 幻象的有效性：

下面是各部分的实验结论，更多的实验细节、结果和分析详见论文。

预训练：在更多 tokens 上进行预训练对减少 LLM 幻象的影响较小，而将专业数据（如科学文本）纳入预训练则可以极大地减轻特定领域的幻象。预训练知识的频率对幻象的来源有很大影响，即频率越低，幻象越多。

微调：通过改进指令对 LLM 进行有监督微调有助于减轻幻象。平衡指令的复杂性有利于减少幻象，而使用过于复杂的指令则会导致更高水平的幻象。RLHF 是减轻 LLM 幻象的有效方法，但其效果依赖于所在领域。

推理：在专业领域如医学，以多样性为导向的解码方法会诱发更多幻象，而在开放领域，贪心搜索会加剧幻象。逐个 token 生成的方式可能会让 LLM 在先前生成错误的基础上继续出现错误，从而导致幻象。量化虽然加快了推理速度，但在很大程度上也会导致 LLM 幻象的产生。

提示设计：在任务描述中加入更多细节并利用上下文学习可以减少幻象的产生。改写问题或将任务描述放在问题之后会诱发更多幻象。对于更易读和表达更正式、更具体的问题，LLM 产生幻象的倾向较低。

审核编辑：汤梓红