InstructGPT方法簡讀

引言

僅僅通過增大模型規(guī)模和數(shù)據(jù)規(guī)模來訓(xùn)練更大的模型并不能使得大模型更好地理解用戶意圖。由于數(shù)據(jù)的噪聲極大，并且現(xiàn)在的大多數(shù)大型語言模型均為基于深度學(xué)習(xí)的“黑箱模型”，幾乎不具有可解釋性和可控性，因此，大模型很可能會(huì)輸出虛構(gòu)的、有害的，或者對(duì)用戶無用的結(jié)果。換句話說，大模型并沒有與用戶對(duì)齊（aligned）。本文提出了一種通過微調(diào)人類反饋來調(diào)整語言模型和用戶在廣泛任務(wù)中的意圖的方法。從一組標(biāo)注員編寫的 prompt 和通過 OpenAI API 提交的 prompt 開始，本文收集了人類標(biāo)注的所需模型行為的數(shù)據(jù)集，使用該數(shù)據(jù)集通過有監(jiān)督學(xué)習(xí)來微調(diào) GPT-3。然后，由標(biāo)注員對(duì)模型輸出的回答質(zhì)量進(jìn)行排序，得到一個(gè)問答質(zhì)量排序數(shù)據(jù)集。使用該數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練一個(gè)評(píng)分模型，為回答質(zhì)量進(jìn)行打分。最后結(jié)合評(píng)分模型，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來進(jìn)一步微調(diào)第一步有監(jiān)督微調(diào)過的模型。得到的模型稱為InstructGPT。

從 GPT 到 InstructGPT/ChatGPT：對(duì)齊（align），不僅僅是簡單的語言模型（LM），而能夠進(jìn)行對(duì)話。

優(yōu)化目標(biāo)：3H：Helpful、Honest、Harmless。三點(diǎn)優(yōu)化目標(biāo)要求模型輸出人類想要的信息，分別是有用、誠實(shí)和無害。

方法

如圖 1 所示，由 GPT 到 InstructGPT 的訓(xùn)練共有三個(gè)步驟，分別是第一階段有監(jiān)督微調(diào)、第二階段獎(jiǎng)勵(lì)模型訓(xùn)練、第三階段根據(jù) PPO 近端算法進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練。接下來將分別從三個(gè)階段的數(shù)據(jù)集、模型和訓(xùn)練目標(biāo)出發(fā)，介紹 InstructGPT 的完整訓(xùn)練過程。

InstructGPT的三個(gè)訓(xùn)練步驟

數(shù)據(jù)集

數(shù)據(jù)集的收集過程如下。首先使用初步模型，發(fā)布內(nèi)測版接口給用戶使用，收集問題（prompt）。根據(jù)這些問題構(gòu)建數(shù)據(jù)集：

1. 請(qǐng)標(biāo)注工直接寫問題的答案，用于微調(diào)訓(xùn)練 SFT 模型，~13k；
2. 將問題輸入 LM，生成多個(gè)答案，請(qǐng)標(biāo)注工對(duì)這些答案的質(zhì)量進(jìn)行排序，用于訓(xùn)練 RM 模型，~33k；
3. 不需要標(biāo)注工，RM 模型對(duì) LM 進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練，~31k；

模型與訓(xùn)練目標(biāo)

SFT（Supervised Fine-Tuned）

16ep，雖然 ep1 就過擬合了，但是由于是用于后續(xù)的訓(xùn)練步驟，而非最終模型，因此不怕過擬合。

RM（Reward Model）

在 SFT 模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，輸出層改為 FC，最后輸出一個(gè)標(biāo)量值，表示問答質(zhì)量得分（reward）。

該模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)是標(biāo)注工標(biāo)注的回答質(zhì)量排序，而非具體的標(biāo)量得分，損失函數(shù)為成對(duì)排序損失（pairwise ranking loss）：
$$\text{loss}(\theta )=?\frac{1}{\left(\begin{array}{c}K\\ 2\end{array}\right)}{E}_{(x,y_w,y_l)～D}[\log (\sigma (r_{\theta }(x,y_w)?r_{\theta }(x,y_l)))]$$
其中 $r_{\theta }(x,y)$ 是參數(shù)為 $\theta$ 的 RM 模型對(duì)于問答對(duì) $(x,y)$ 的評(píng)分，$y_w,y_l$ 是一對(duì)回答，其中 $y_w$ 的質(zhì)量相對(duì)更好，$D$ 是標(biāo)注員標(biāo)注的問答質(zhì)量排序數(shù)據(jù)集。該損失函數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)就是 RM 需要對(duì)較好的回答給出更高的評(píng)分。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練最終的 LM 模型

該階段強(qiáng)化學(xué)習(xí)的目標(biāo)函數(shù)為
$$\text{objective}(?)=E_{(x,y)～D_{{\pi }_{?}^{RL}}}[r_{\theta }(x,y)?\beta \log ({\pi }_{?}^{RL}(y|x)/{\pi }^{SFT}(y|x))]+\gamma E_{x～D_{\text{pretrain}}}[\log ({\pi }_{?}^{RL}(x))]$$
其中 ${\pi }_{?}^{RL}$ 是要學(xué)習(xí)的 RL 策略（即最終的 InstructGPT 模型），${\pi }^{SFT}$ 是經(jīng)過第一步有監(jiān)督訓(xùn)練之后的模型，$D_{\text{pretrain}}$ 是預(yù)訓(xùn)練時(shí)的數(shù)據(jù)分布。式中二三兩項(xiàng)分別是 KL 懲罰項(xiàng)和語言建模預(yù)訓(xùn)練正則項(xiàng)，分別用來約束模型參數(shù)不要與 ${\pi }^{SFT}$ 差距太大，重新使用預(yù)訓(xùn)練階段的語言建模作為優(yōu)化目標(biāo)，保證模型的通用 NLP 能力。$\beta$ 和 $\gamma$ 分別是控制這兩項(xiàng)的權(quán)重參數(shù)。

LM 模型對(duì)給定問題生成答案。目標(biāo)函數(shù)共有三項(xiàng)，分別是

1. 最大化 RM 評(píng)分值
2. KL 散度正則項(xiàng)，使得模型與 SFT 模型的輸出接近
3. LM 預(yù)訓(xùn)練（原 GPT 訓(xùn)練） 正則項(xiàng)

Ref

• Training language models to follow instructions with human feedback

• InstructGPT 論文精讀【論文精讀·48】

• ChatGPT/InstructGPT詳解

• 關(guān)于Instruct GPT復(fù)現(xiàn)的一些細(xì)節(jié)與想法