OpenAI官宣開源Transformer Debugger！不用寫程式碼，人人可以破解LLM黑箱
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- 2024-03-12 15:16:191137瀏覽
AGI真的越來越近了！
為了確保人類不會被AI殺死，在解密神經網路/Transfomer黑箱這一方面，OpenAI從未停下腳步。
去年5月，OpenAI團隊發布了一個令人震驚的發現：GPT-4竟可以解釋GPT-2的三十萬神經元！
網友紛紛驚呼，智慧原來是這個樣子。
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而就在剛剛，OpenAI超級對齊團隊負責人又正式官宣，要開源內部一直使用的大殺器－Transformer調試器（Transformer Debugger）。
簡之，研究者可以用TDB工具分析Transformer的內部結構，以便對小模型的特定行為進行調查。
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也就是說，有了這個TDB工具，未來它就可以幫我們剖析和分析AGI了！
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Transformer偵錯器將稀疏自動編碼器，與OpenAI開發的「自動可解釋性」—即用大模型自動解釋小模型，技術結合。
連結：OpenAI炸裂新作：GPT-4破解GPT-2腦！ 30萬神經元全被看穿
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#論文網址：https://openaipublic.blob.core.windows. net/neuron-explainer/paper/index.html#sec-intro
#值得一提的是，研究者不用寫程式碼，就能快速探索LLM的內部建構。
例如，它可以回答「為什麼模型會輸出token A而不是token B」，「為什麼注意力頭H會關注token T」之類的問題。
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因為TDB能支持神經元和注意力頭，所以就可以讓研究人員透過消融單一神經元來介入前向傳遞，並觀察發生的具體變化。
不過根據Jan Leike的說法，這個工具現在還只是一個早期的版本，OpenAI放出來是希望更多的研究人員能夠用上，並且在現有基礎上進一步改進。
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專案網址：https://github.com/openai/transformer-debugger
工作原理
要理解這個Transformer Debugger的工作原理，需要回顧OpenAI在2023年5月放出的一份和對齊有關的研究。
TDB工具是基於先前發布的兩項研究，不會發布論文
簡單來說，OpenAI希望用參數更大能力更強的模型（GPT-4）去自動分析小模型（GPT-2）的行為，解釋它的運作機制。
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當時OpenAI研究的初步結果是，參數比較少的模型容易被理解，但隨著模型參數變大，層數增加，解釋的效果會暴降。
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當時OpenAI在研究中稱，限於GPT-4本身設計就不是用來解釋小模型行為的，所以整體上對於GPT -2的解釋成果還很差。
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未來需要發展出能夠更好地解釋模型行為的演算法和工具。
而現在開源的Transformer Debugger，就是OpenAI在之後這一年的階段性成果。
而這個「更好的工具」－Transformer Debugger，就是將「稀疏自動編碼器」結合進這個「用大模型解釋小模型」的技術線路中去。
然後再將先前OpenAI在可解釋性研究中用GPT-4解釋小模型的過程零程式化，從而大大降低了研究人員上手的門檻。
GPT-2 Small被看穿了
在GitHub專案主頁，OpenAI團隊成員透過視頻介紹了最新Transformer調試器工具。
與Python調試器類似，TDB可以讓你逐步查看語言模型輸出、追蹤重要激活並分析上游激活。
進入TDB主頁，首先是「提示」一欄輸入－提示與感興趣的token：
Mary and Johon went to the store, Johon gave a drink to....
那麼接下來，就是做一個「下一個字」的預測，需要輸入目標token，以及幹擾性的token。
最後提交後，便可以看到系統給出的預測下一字候選的對數。
下面的「節點表」是TDB的核心部分。這裡的每一行都對應一個節點，也就是啟動一個模型元件。
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如果要了解對某個特定提示中非常重要的注意力頭的功能，直接點擊組件的名稱。
然後TDB會開啟「神經元瀏覽器 」頁面，頂部會顯示先前的提示詞。
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這裡可以看到淺藍色和粉紅色的token。每個對應顏色的token之下，從後續標記到這個token的注意力會讓一個大範數向量（large norm vector）被寫入後續token中。
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在另外兩個影片中，研究人員介紹了TDB的概念，以及在理解迴路中的應用。同時，他也示範了TDB如何定性地再現論文中的一個發現。
OpenAI自動可解釋性研究
簡單來說，OpenAI自動可解釋性研究的想法是讓GPT-4對神經元的行為進行自然語言解釋，然後把這個過程應用在GPT-2。
這何以成為可能？首先，我們要「解剖」一下LLM。
就像大腦一樣，它們由「神經元」組成，它們會觀察文本中的某些特定模式，這就會決定整個模型接下來要說什麼。
例如，如果給出這麼一個prompt，「哪些漫威超級英雄擁有最有用的超能力？」「漫威超級英雄神經元」可能會增加模型命名漫威電影中特定超級英雄的機率。
OpenAI的工具就是利用這個設定，把模型分解成單獨的部分。
第一步：使用GPT-4產生解釋
#首先，找一個GPT-2的神經元，並向GPT-4展示相關的文字序列和活化。
然後，讓GPT-4根據這些行為，產生一個可能的解釋。
例如，在下面的例子中GPT-4就認為，這個神經元與電影、角色和娛樂有關。
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#接著，讓GPT-4根據自己產生的解釋，模擬以此活化的神經元會做什麼。
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步驟三：對比打分
#最後，將模擬神經元（GPT-4）的行為與實際神經元（GPT-2）的行為進行比較，看看GPT-4究竟猜得有多準。
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還有限制
透過評分，OpenAI的研究者衡量了這項技術在神經網路的不同部分都是怎樣的效果。對於較大的模型，這項技術的解釋效果不佳，可能是因為後面的層更難解釋。
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目前，絕大多數解釋分數都很低，但研究者也發現，可以透過迭代解釋、使用更大的模型、更改所解釋模型的體系結構等方法，來提高分數。
現在，OpenAI正在開源「用GPT-4來解釋GPT-2中全部307,200個神經元」結果的資料集和視覺化工具，也透過OpenAI API公開了市面上現有模型的解釋和評分的代碼，並且呼籲學界開發出更好的技術，產生得分更高的解釋。
此外，團隊也發現，越大的模型，解釋的一致率也越高。其中，GPT-4最接近人類，但仍有不小的差距。 
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稀疏自動編碼器設定
OpenAI使用的的稀疏自動編碼器是一個在輸入端具有偏移的模型，還包括一個用於編碼器的具有偏置和ReLU的線性層，以及另一個用於解碼器的線性層和偏壓。
研究人員發現偏壓項對自動編碼器的性能非常重要，他們將輸入和輸出中應用的偏差聯繫起來，結果相當於從所有激活中減去固定偏差。
研究人員使用Adam優化器訓練自動編碼器，以使用MSE重建Transformer的MLP啟動。使用MSE損耗可以避免多語意性的挑戰，用損失加上L1懲罰項來鼓勵稀疏性。
在訓練自動編碼器時，有幾個原則非常重要。
首先是規模。在更多資料上訓練自動編碼器會使特徵主觀上「更清晰」且更具可解釋性。所以OpenAI為自動編碼器使用了80億個訓練點。
其次，在訓練過程中，有些神經元會停止激活，即使在大量資料點上也是如此。
研究人員於是在訓練期間「重採樣」這些死神經元，允許模型代表給定的自動編碼器隱藏層維度的更多特徵，從而產生更好的結果。
判斷指標
怎麼判斷自己的方法是否有效？在機器學習中可以簡單地用loss作為標準，但在這裡就不太容易找到類似的參考。
例如尋找一個基於資訊的指標，這樣可以在某種意義上說，最好的分解是最小化自動編碼器和資料總資訊的分解。
——但事實上，總資訊通常與主觀特徵可解釋性或活化稀疏性無關。
最終，研究人員使用了幾個附加指標的組合：
- 手動檢查：特徵是否看起來可以解釋？
- 特徵密度：即時特徵數量和觸發它們的token的百分比是一個非常有用的指導。
- 重建損失：衡量自動編碼器重建MLP啟動的程度。最終目標是解釋MLP層的功能，因此MSE損耗應該很低。
- 玩具模型：使用一個已經非常了解的模型，可以清楚評估自動編碼器的效能。
不過研究人員也表示，希望從Transformer上訓練的稀疏自動編碼器中，為字典學習解決方案確定更好的指標。
參考資料：
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