©作者 | 唐晨夏
单位 | 中国科学技术大学
研究方向 | 大模型推理
我们是否完全激发了大模型的所有性能？极简采样算法 让大模型推理性能再创新高，而其核心代码仅仅两行：threshold = logits.max(dim=-1, keepdim=True).values - n*logits.std(dim=-1, keepdim=True)
logits[logits'-inf')
论文题目:
Top-nσ: Not All Logits Are You Need
Chenxia Tang, Jianchun Liu, Hongli Xu, Liusheng Huang
University of Science and Technology of China
https://arxiv.org/abs/2411.07641
在大语言模型（LLM）应用中，解码策略直接决定了模型输出的质量。形式地说, 大模型接收一个字符串 ，输出一个 logits 向量 ，然后经过 softmax 得到概率分布 ，再从中采样。然而，从这个原始概率分布中直接采样往往会产生不连贯、质量欠佳的输出。另一种直观的做法是始终选择概率最高的 token（贪心解码），但这种策略会为了 51% 的概率而放弃 49% 的可能性，这违背了语言模型作为概率模型的本质。
OpenAI，Claude 等公司提供了许多流行的采样方法，例如 Top-k，Top-p，Min-p。这些方法经验地选择一个可行 token 集合（通常很小），而将其他 token 对应的概率设置为零。然而，这相当于直接修改了 LLM 的分布，开源项目 DRµGS（https://github.com/EGjoni/DRUGS）关于此有一个辛辣的评论：
问题在于：从更高层次来说，生成式建模的格局是这样的：首先花费数百万美元预训练一个庞大的模型，让它预测人类的所有作品集，然后将这些预测结果交给一个智商堪比石头的随机数生成器，让它作为最终仲裁者“好心地”考虑这些预测（而这个价值数百万美元的模型在下一轮预测时必须遵从这个结果）。
通常来说，大模型采样上的问题都可以归结为噪声：一些很小但不可忽略的概率值干扰了采样过程：
▲ https://medium.com/@aalokpatwa/llm-decoding-balancing-quality-and-latency-23632cc0277e这些噪声看上去毫无规律，往常的工作如 eta-sampling 因此假设它们服从均匀分布：
然而，本文作者通过检查 pre-softmax logits，发现 logits 被划分为两个区域，对应着噪声的左侧区域实际上是一个正态分布，因此混合的分布实际上是一个对数正态分布：
通常，由于大数定理，正态分布的出现都暗示某种纯粹的随机噪声。作者在文中指出该正态分布的出现并非偶然，它大致可以由三个因素导致：模型必须为每个 token 赋予一个有限值，无法输出负无穷。
作者指出，如果我们能将这个正态分布去除，那么余下的正是我们想要的真实分布。
本文提出的 Top- 方法巧妙地化解了这一矛盾。基于以上发现，Top- 通过设定 n 个标准差 () 作为阈值，高效过滤噪声：
突出优势
- 稳定性：即使在高温度下保持稳定的采样空间，不会引入额外噪声
- 性能：在多个推理任务数据集上超越现有采样方法，甚至优于贪婪解码
简洁：无需复杂概率计算和参数调优，实现极其优雅
在 AI 领域，富有洞见的简单方法往往比复杂的算法更有生命力。对于工程实践者而言，Top- 正是一个几乎零成本就能带来显著提升的优化方案。如果您正在处理 LLM 的解码问题，不妨尝试这个仅需两行代码的创新方法，也许会有意想不到的惊喜。
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