OpenAI開源GPT-4 SAE，提供1600萬個解釋模式

　　6月7日凌晨，OpenAI在官網(wǎng)開源了GPT-4的稀疏自動編碼器(Sparse AutoEncoder，簡稱“SAE”)。

　　雖然現(xiàn)在大模型的功能越來越強(qiáng)，能生成文本、圖片、視頻、音頻等內(nèi)容，但是你無法控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成的內(nèi)容，例如，你問ChatGPT多個相同的問題，可能每一次回答的內(nèi)容都不相同。

　　就像我們睡覺做夢一樣，無論你怎么集中注意力還是很難精準(zhǔn)控制腦神經(jīng)形成的夢境。這就會出現(xiàn)很多無法控制的情況，例如，大模型生成的內(nèi)容帶有歧視性、錯誤、幻覺等。

　　SAE的主要作用是在訓(xùn)練過程中引入稀疏性約束，幫助大模型學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)的更有意義、更具解釋性的特征表示，使其輸出的內(nèi)容更精準(zhǔn)、安全。所以，SAE對于開發(fā)前沿、超強(qiáng)功能的大模型非常重要。

　　早在2023年10月，著名大模型平臺Anthropic發(fā)布了一篇《朝向單義性:通過詞典學(xué)習(xí)分解語言模型》的論文，深度解釋了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為的方法。

　　Anthropic在一個小型的Transformer架構(gòu)模型進(jìn)行了實驗，將512個神經(jīng)單元分解成4000多個特征，分別代表 DNA 序列、法律語言、HTTP 請求、營養(yǎng)說明等。

　　研究發(fā)現(xiàn)，單個特征的行為比神經(jīng)元行為更容易解釋、可控，同時每個特征在不同的AI模型中基本上都是通用的。

　　而本次OpenAI不僅公布了論文還開源了代碼，同時提供了一個在線體驗地址，與全球開發(fā)者分享他們的研究成果，同時讓用戶深度了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成的內(nèi)容流程，以便更精準(zhǔn)、安全地控制大模型輸出。

　　什么控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為很難

　　無論你用多么精準(zhǔn)的提示詞，都無法讓DALL·E3、Stable Difusion生成100%相吻合的圖片。這是因為，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出很大程度上依賴于它們所接受的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過大量的樣本數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)到復(fù)雜的模式和特征。但是，訓(xùn)練數(shù)據(jù)本身可能包含噪聲、偏差或者數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確等。這些因素會直接影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對輸入數(shù)據(jù)的響應(yīng)。

　　例如，讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成一張貓的圖片。如果訓(xùn)練數(shù)據(jù)中有一些不清晰或錯誤標(biāo)記的圖片，例如狗或其他動物的照片，模型可能會在生成貓的圖片時出現(xiàn)混亂，生成出一些看起來不像貓的圖像。同理，文本類的ChatGPT等產(chǎn)品也會出現(xiàn)一本正經(jīng)胡說八道的情況。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置極其復(fù)雜。隨著技術(shù)的迭代，目前隨便一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的參數(shù)都在幾十億甚至數(shù)百億，這些參數(shù)共同決定了模型的行為。

　　在訓(xùn)練過程中，我們通過優(yōu)化算法(如梯度下降法)對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但最終模型的表現(xiàn)是所有參數(shù)綜合作用的結(jié)果，而非單一參數(shù)所能決定的。

　　這種復(fù)雜性導(dǎo)致我們難以精確預(yù)測或控制任何特定的輸出。例如，如果你調(diào)整一個參數(shù)來讓生成的圖片更有細(xì)節(jié)，它可能導(dǎo)致其他部分的圖片出現(xiàn)失真或不自然的效果。

　　此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和訓(xùn)練目標(biāo)通常是為了優(yōu)化整體性能指標(biāo)(如準(zhǔn)確率、損失函數(shù)等)，而不是精確到每一個具體的輸出細(xì)節(jié)。例如，在圖像生成中，模型的目標(biāo)可能是生成總體上看起來真實的圖片，而不是控制每一個像素的具體值。

　　同樣，在文本生成中，模型的目標(biāo)是生成語法正確、語義連貫的句子，而不是控制每個單詞的具體選擇。例如，一個訓(xùn)練寫詩的模型，目標(biāo)是寫出富有詩意的句子，而不是精確到每一個詞的位置和使用頻率。

　　這也就是說，大模型的輸出通常是基于概率分布的采樣，輸出不可避免地帶有一定程度的不確定性。

　　OpenAI的SAE簡單介紹

　　SAE是一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，屬于自編碼器家族的一種，主要用來學(xué)習(xí)輸入數(shù)據(jù)的有效且稀疏的低維表示。在傳統(tǒng)的自編碼器中，數(shù)據(jù)被編碼成一個潛在的低維表示，然后再解碼回原始數(shù)據(jù)空間，目的是使重構(gòu)的數(shù)據(jù)盡可能接近原始輸入。

　　而SAE在此基礎(chǔ)上添加了一個關(guān)鍵特性，即對隱藏層的激活進(jìn)行稀疏性約束，這意味著在隱藏層中只有少量的神經(jīng)元會被激活(通常接近0)，而大部分神經(jīng)元則保持在非常低的激活水平或者完全不激活。

　　從OpenAI公布的論文來看，為了深度理解大模型的單個神經(jīng)元行為，OpenAI使用了一種N2G的方法。

　　N2G的核心思想是，如果一個潛在單元在給定的輸入模式下被激活，那么這個單元可能對輸入中的某些特定特征或模式特別敏感。

　　通過識別這些特征或模式，我們可以為每個潛在單元構(gòu)建一個圖表示，圖中的節(jié)點對應(yīng)于輸入序列中的特定位置，而邊則表示這些位置之間的依賴關(guān)系。這種圖表示可以揭示潛在單元激活的條件，從而提供對模型行為的直觀理解。

　　N2G的構(gòu)建過程開始于選擇一些能夠激活特定潛在單元的序列。對于每個序列，N2G尋找最短的后綴，這個后綴仍然能夠激活該潛在單元。這個過程是為了確定潛在單元激活的最小必要條件。

　　接著，N2G會檢查內(nèi)容是否可以被填充標(biāo)記替換，以插入通配符，從而允許在解釋中包含變化的部分。此外，N2G還會檢查解釋是否依賴于絕對位置，即在序列的開始處插入填充標(biāo)記是否會影響潛在單元的激活。

　　N2G還有一個非常大的技術(shù)優(yōu)勢就是對算力需求很低，與需要模擬整個模型行為的解釋方法相比，N2G只需要分析潛在單元的激活模式即可。

　　目前，OpenAI通過SAE在GPT-4模型中找到了1600萬個可解釋的模式和特征，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如果想通過SAE完整捕捉大模型的行為，大概需要10億或數(shù)萬億個特征才可以。