Generated Knowledge Prompting (TH)

From Systems analysis Wiki
Jump to navigation Jump to search

Generated Knowledge Prompting (GKP, การ prompt โดยการสร้างความรู้) — คือวิธีการของ prompt engineering ที่พัฒนาขึ้นเพื่อเสริมความสามารถของโมเดลภาษาขนาดใหญ่ (LLM) ในการแก้ปัญหาที่ต้องใช้การให้เหตุผลและอาศัยความรู้เชิงข้อเท็จจริง[1] แนวคิดหลักของ GKP คือการให้โมเดลทำงานเป็นสองขั้นตอน ได้แก่ สร้างชุดข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อของคำถามก่อน แล้วจึงอาศัยความรู้เหล่านั้นในการกำหนดคำตอบขั้นสุดท้าย[2]

แนวทางนี้ช่วยให้ LLM สามารถเปิดใช้งานและนำความรู้แบบ parametricภายในของตนมาใช้ ซึ่งถูกเข้ารหัสอย่างโดยนัยอยู่ในพารามิเตอร์หลายพันล้านตัว แต่มักไม่สามารถเข้าถึงได้เมื่อใช้คำถามมาตรฐาน GKP แก้ปัญหาที่โมเดล «ไม่รู้ว่าตนรู้อะไร» และช่วยให้โมเดลเชื่อมโยงข้อเท็จจริงที่กระจัดกระจายเพื่อสร้างข้อสรุปที่ถูกต้อง[2]

ประวัติและที่มา

วิธีการ Generated Knowledge Prompting ถูกนำเสนอครั้งแรกในบทความวิจัยชื่อ «Generated Knowledge Prompting for Commonsense Reasoning» ซึ่งจัดทำโดยกลุ่มนักวิจัยภายใต้การนำของ Jiacheng Liu เวอร์ชันแรกของงานวิจัยได้รับการเผยแพร่ในคลังบทความพิมพ์ล่วงหน้า arXiv เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 2021 และเวอร์ชันสมบูรณ์ได้รับการนำเสนอในการประชุมอันทรงเกียรติ Association for Computational Linguistics (ACL) ในปี 2022[1]

GKP กลายเป็นหนึ่งในวิธีการแรกและสำคัญที่สุดที่เสนอให้เปลี่ยนกระบวนทัศน์การโต้ตอบกับ LLM โดยเลื่อนจุดสนใจจากการสร้างคำตอบในทันทีไปสู่กระบวนการรับรู้สองขั้นตอน

กลไกการทำงานสองขั้นตอน

กลไกของ GKP แบ่งงานที่ซับซ้อนออกเป็นกระบวนการย่อยสองอย่างที่ง่ายกว่า ได้แก่ การดึงข้อมูลที่เกี่ยวข้องและการนำข้อมูลนั้นไปใช้ในการสรุป

ขั้นตอนที่ 1: การสร้างความรู้ (Knowledge Generation)

ในขั้นตอนแรก จะใช้โมเดลภาษา («ตัวสร้างความรู้») เพื่อสร้างชิ้นส่วนความรู้จำนวนหนึ่ง (M ชิ้น) ที่เกี่ยวข้องกับคำถามต้นฉบับ กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยเทคนิค few-shot prompting ซึ่งโมเดลจะได้รับตัวอย่างหลายรายการเพื่อเรียนรู้ «ในบริบท»

Prompt สำหรับการสร้างความรู้มีโครงสร้างที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน:

  1. คำสั่ง: คำแนะนำทั่วไป เช่น «สร้างข้อเท็จจริงหลายรายการในหัวข้อนี้»
  2. ตัวอย่างสาธิต: คู่ «คำถาม-ความรู้» หลายคู่ที่เขียนโดยมนุษย์ ตัวอย่างเหล่านี้มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากสอนให้โมเดลรู้ว่าข้อมูลประเภทใดถือว่ามีประโยชน์ ทั้งนี้ความรู้ที่สร้างขึ้นไม่ควรมีคำตอบอยู่โดยตรง
  3. คำถามใหม่: คำถามต้นฉบับของผู้ใช้ที่ต้องการสร้างความรู้สำหรับมัน

สำหรับคำถามหนึ่งข้อ จะสร้างความรู้จำนวน M รูปแบบ (ในงานวิจัยต้นฉบับ M=20) เพื่อให้ได้ชุดข้อเท็จจริงที่หลากหลายสำหรับขั้นตอนที่สอง[1]

ขั้นตอนที่ 2: การรวมความรู้และการสร้างคำตอบ (Knowledge Integration)

ในขั้นตอนที่สอง จะใช้โมเดลภาษาอีกตัวหนึ่ง («โมเดลสำหรับการสรุป») ซึ่งสามารถทำงานในโหมด zero-shot หรือได้รับการ fine-tuning สำหรับงานเฉพาะก็ได้

กระบวนการรวมความรู้เกิดขึ้นดังนี้:

  1. การเสริมคำถาม: คำถามต้นฉบับ (q) จะถูกรวมเข้ากับชิ้นส่วนความรู้ที่สร้างขึ้นแต่ละชิ้น (km) ตามลำดับ ผลลัพธ์คือคำถามที่ถูกเสริมจำนวน M+1 รายการ (รวมถึงคำถามต้นฉบับที่ไม่มีความรู้ประกอบ)
  2. การประเมินและการเลือกคำตอบ: โมเดลสำหรับการสรุปจะประเมินความน่าจะเป็นเชิงเงื่อนไขของตัวเลือกคำตอบ (a) ที่เป็นไปได้แต่ละรายการสำหรับคำถามที่ถูกเสริมแต่ละข้อ คำตอบสุดท้ายคือตัวเลือกที่ได้คะแนนความน่าจะเป็นสูงสุดจากคำถามอย่างน้อยหนึ่งข้อ

กลไกสองขั้นตอนนี้นำเสนอกระบวนการ metacognitive ในแบบหนึ่ง: «ก่อนตอบ จงคิดและกำหนดว่าคุณรู้อะไรในหัวข้อนี้»

ประสิทธิภาพและผลการทดสอบ

ประสิทธิภาพของ GKP ได้รับการตรวจสอบบน benchmark ทางวิชาการหลายรายการสำหรับการประเมินการให้เหตุผลบนพื้นฐานของสามัญสำนึก วิธีการนี้แสดงให้เห็นการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับแนวทางพื้นฐาน

สรุปผลลัพธ์ของ GKP บน benchmark หลัก (ข้อมูลจาก Liu et al., 2022)[1]
ชื่อ benchmark งาน ความแม่นยำของโมเดลพื้นฐาน (%) ความแม่นยำด้วย GKP (%) การเพิ่มขึ้น (%)
NumerSense สามัญสำนึกเชิงตัวเลข 64.05 72.47 +8.42
CommonsenseQA สามัญสำนึกทั่วไป 39.89 47.26 +7.37
CommonsenseQA 2.0 สามัญสำนึกทั่วไป 70.20 73.03 +2.83
QASC สามัญสำนึกเชิงวิทยาศาสตร์ 76.74 80.33 +3.59

การเพิ่มขึ้นสูงสุดพบในโหมด zero-shot ซึ่งพิสูจน์ความสามารถของ GKP ในการเปิดใช้งานความรู้ภายในของโมเดลได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องมีการ fine-tuning เพิ่มเติม

การวิเคราะห์เปรียบเทียบกับเทคนิคอื่น

GKP vs. Chain-of-Thought (CoT)

ความแตกต่างหลักระหว่าง GKP และ Chain-of-Thought (CoT) อยู่ที่ประเภทของข้อมูลที่สร้างขึ้น:

  • GKP สร้างความรู้เชิงประกาศ — ข้อเท็จจริง คำจำกัดความ ข้อความเกี่ยวกับโลก («อะไร») โดยให้บริบทเพิ่มเติมแก่โมเดล
  • CoT สร้างความรู้เชิงกระบวนการ — ขั้นตอนเชิงตรรกะ การคำนวณ ลำดับของการสรุป («อย่างไร») โดยให้เส้นทางการให้เหตุผลแก่โมเดล

ดังนั้น GKP ให้ฐานข้อเท็จจริง ในขณะที่ CoT ให้โครงสร้างเชิงตรรกะของการสรุป[3]

GKP vs. Retrieval-Augmented Generation (RAG)

ต่างจาก GKP วิธีการ Retrieval-Augmented Generation (RAG) ใช้แหล่งความรู้ภายนอกแบบ non-parametric

  • GKP ใช้ความรู้ภายในที่โมเดลเรียนรู้มาระหว่างการฝึก โดยให้โมเดล «จำ» สิ่งที่ตนรู้อยู่แล้ว
  • RAG ใช้ความรู้ภายนอกจากฐานข้อมูล เอกสาร หรืออินเทอร์เน็ต โดยให้โมเดล «ค้นหา» ข้อมูลจากโลกภายนอก

การเลือกระหว่าง GKP และ RAG ขึ้นอยู่กับงาน: GKP มีประสิทธิภาพหากความรู้ที่ต้องการเป็นที่รู้จักกันทั่วไปและมีการนำเสนออย่างดีในข้อมูลการฝึก ในขณะที่ RAG ขาดไม่ได้สำหรับข้อมูลที่เฉพาะทางสูง ข้อมูลใหม่ หรือข้อมูลที่เป็นกรรมสิทธิ์

ข้อจำกัดและความเสี่ยง

  • ปัญหา «การหลอน» (Hallucination): ความเสี่ยงหลักของ GKP คือความเป็นไปได้ในการสร้างข้อเท็จจริงที่ไม่ถูกต้อง หากในขั้นตอนแรกโมเดลสร้างข้อความเท็จ ในขั้นตอนที่สองข้อความนั้นจะถูกยอมรับว่าเป็นความจริง ซึ่งนำไปสู่คำตอบที่มั่นใจแต่ผิดอย่างสิ้นเชิง
  • ต้นทุนการคำนวณ: วิธีการนี้ต้องเรียกใช้ LLM หลายครั้ง (M+1 ครั้งต่อคำถามหนึ่งข้อ) ซึ่งเพิ่มเวลาตอบสนอง (latency) และต้นทุนการใช้งานอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับการ prompt แบบมาตรฐาน
  • ความซับซ้อนในการพัฒนา prompt: ประสิทธิภาพของ GKP ขึ้นอยู่กับคุณภาพของตัวอย่าง few-shot อย่างมาก ซึ่งการสร้างตัวอย่างเหล่านี้เป็นงานที่ไม่ง่ายและใช้เวลามาก

วิวัฒนาการและแนวทางไฮบริด

แนวคิดที่ฝังอยู่ใน GKP ได้กลายเป็นตัวเร่งในการพัฒนาเทคนิค prompt ที่ซับซ้อนและเชื่อถือได้มากขึ้น เช่น:

  • Hint-before-Solving (HSP): ผู้สืบทอดแนวคิดโดยตรงของ GKP ซึ่งนำหลักการสองขั้นตอน («ความรู้ก่อน แล้วจึงดำเนินการ») ไปใช้ไม่ใช่กับคำตอบง่ายๆ แต่กับกระบวนการให้เหตุผลที่ซับซ้อนกว่าใน CoT[4]
  • Verify-and-Edit (VE): framework แบบไฮบริดที่เป็นคำตอบต่อปัญหา «การหลอน» ใน GKP และ CoT โดย VE จะสร้างห่วงโซ่การให้เหตุผลก่อน (แบบ CoT) จากนั้นตรวจสอบข้อเท็จจริงสำคัญโดยอัตโนมัติด้วยการค้นหาภายนอก (แบบ RAG) และแก้ไขการให้เหตุผลก่อนสร้างคำตอบสุดท้าย[5]

ลิงก์

  • Generated Knowledge Prompting ใน Prompt Engineering Guide

บรรณานุกรม

  • Liu, J. et al. (2021). Generated Knowledge Prompting for Commonsense Reasoning. arXiv:2110.08387
  • Liu, J. et al. (2022). Generated Knowledge Prompting for Commonsense Reasoning. In *Proc. ACL 2022*. ACL:2022
  • Wei, J. et al. (2022). Chain-of-Thought Prompting Elicits Reasoning in Large Language Models. arXiv:2201.11903
  • Wang, X. et al. (2022). Self-Consistency Improves Chain-of-Thought Reasoning in Language Models. arXiv:2203.11171
  • Fu, J. et al. (2024). Hint-before-Solving Prompting: Guiding LLMs to Effectively Utilize Encoded Knowledge. arXiv:2402.14310
  • Zhao, R. et al. (2023). Verify-and-Edit: A Knowledge-Enhanced Chain-of-Thought Framework. arXiv:2305.03268
  • Lin, B. et al. (2020). NumerSense: Probing Numerical Commonsense Knowledge of Pre-trained Language Models. Dataset page
  • Talmor, A. et al. (2019). CommonsenseQA: A Question-Answering Challenge Targeting Commonsense Knowledge. ACL paper
  • Khot, T. et al. (2019). QASC: A Dataset for Question Answering via Sentence Composition. arXiv:1910.11473
  • Mu, J. et al. (2023). Learning to Compress Prompts with Gist Tokens. arXiv:2304.08467

หมายเหตุ

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Liu, J., Liu, A., Lu, X., et al. (2022). «Generated Knowledge Prompting for Commonsense Reasoning». Proceedings of the 60th Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics. [1]
  2. 2.0 2.1 Liu, J., Liu, A., Lu, X., et al. (2021). «Generated Knowledge Prompting for Commonsense Reasoning». arXiv preprint arXiv:2110.08387. [2]
  3. Wei, J., Wang, X., Schuurmans, D., et al. (2022). «Chain-of-Thought Prompting Elicits Reasoning in Large Language Models». arXiv preprint arXiv:2201.11903. [3]
  4. Katz, O., Maman, Y., et al. (2024). «Hint-before-Solving Prompting: Guiding LLMs to Effectively Utilize Scaffolding». arXiv preprint arXiv:2402.14310. [4]
  5. Zhao, R., Zhang, J., et al. (2023). «Verify-and-Edit: A Knowledge-Enhanced Chain-of-Thought Framework». arXiv preprint arXiv:2305.03268. [5]