Jina AI将LLM Reranker延迟打下来了：21秒变3秒！

继Jina Reranker v2之后，Jina AI又开源了PE-Rank，一种新的基于LLM的重新排序器，用于高效的列表式段落重新排序。不是将原始文本输入到LLM的上下文窗口，而是使用嵌入模型将每个段落表示为一个特殊标记，然后将[指令]+[查询]+[特殊标记]输入到LLM中。在推理时，PE-Rank将输出空间限制在这些特殊标记上，从而实现更高效的解码。PE-Rank将重新排序100个文档的延迟从21秒大幅减少到3秒。

RankGPT（上）与PE-Rank（下）的比较。RankGPT将整个段落作为输入，并输出有序数字，而PE-Rank将特殊标记列表作为输入和输出。在右侧，展示了使用不同形式的输入在DL19上重新排序的结果。

PE-Rank背景

使用大型语言模型（LLM）作为重新排序器有什么吸引人的地方？

• 新任务的灵活指令
• 零样本能力
• 上下文推理​

但在实践中，是什么阻止人们使用LLM作为重新排序器？

• 上下文长度：重新排序100个文档，每个文档有1000个标记，基本上需要一个10万标记的上下文长度。
• 大海捞针：由于重要信息可能在长上下文中丢失，性能可能会波动。
• 容易受到提示注入的影响：指令和查询可能会被候选文档覆盖。
• 输出格式问题：很难确保输出以正确的顺序格式，即d1 > d3 > d2 > d7。有时你会得到语法错误或过于冗长的结果。

PE-Rank原理

使用PE-Rank，LLM的输入基本上是指令+查询+嵌入的段落，每个都作为一个特殊标记，如下所示：

用于学习排名阶段训练的数据格式

其次，使用特殊段落标记来表示原始文本的想法类似于软提示。但在PE-Rank中，使用像Jina/BGE这样的外部嵌入模型来编码文档。这在外部嵌入和主干LLM自己的标记嵌入之间引入了一些差异，这意味着需要学习一个映射函数。为了做到这一点，冻结了嵌入模型和LLM，并仅训练了一个2层的多层感知器（MLP）来转换嵌入空间。

在两阶段排名范式下的 PE-Rank 概览。(a) 是检索阶段，检索 n 个段落嵌入；(b) 是大型语言模型（LLM）的前向传递过程；(c) 展示了列表式解码过程。

但是，如何微调一个大型语言模型（LLM）呢？经典的监督式微调（SFT）方法在这里有用吗？实际上，并不是特别有用。因为解码空间仅限于特殊的段落嵌入标记，应用标准的SFT并不直接。在PE-Rank中，结合了两种损失：ListMLE，它最大化生成下一个最相关段落标记的概率；以及上下文ListMLE，它进一步基于原始内容本身进行条件化。这种方法提高了模型利用查询和段落之间标记级交互的能力，并有助于在仅使用嵌入进行排名时转移这种能力。

两种类型的训练数据和学习排名的训练过程的说明

PE-Rank效果评测

使用 Mistral-7B-Instruct-v0.2 作为 PE-Rank 的大型语言模型（LLM）的基础模型，以及 Jina-embeddings-v2/BGE-v1.5 作为外部嵌入。通过这种设置，实现了与将原始文档投入 GPT-4（表中的 RankGPT4）相当的性能，但延迟仅为其六分之一，将总时间成本从20秒减少到3秒。如果只重新排序前20个候选项，单个查询的延迟可以进一步降低到0.5秒，使其在现实世界的应用中变得相当实用。

在TREC DL和BEIR上重新排序前100个段落的结果（NDCG@10）。Ret表示第一阶段使用的检索模型。

在推理过程中重新排序前100名候选者在不同阶段的延迟

在 Jina 嵌入和 BGE 嵌入之间切换时，发现 PE-Rank 可以一致地改进基础检索器的性能，无论是 BM25、Jina 还是 BGE。一个有趣的点是，尽管 BGE 在 MTEB 上的得分高于 Jina，但使用 BGE 嵌入重新排序 BM25 检索结果的性能在三个不同的数据集上始终低于使用 Jina 嵌入。这表明在像 MTEB 这样的通用嵌入基准测试中表现出色的模型，在这个特定上下文中可能不一定表现良好，而 Jina 嵌入在这里显示出更好的扩展性。

https://github.com/liuqi6777/pe_rank
https://arxiv.org/pdf/2406.14848
Leveraging Passage Embeddings for Efficient Listwise Reranking with Large Language Mo

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