Meta浙大校友让评估模型「自学成才」，数据全合成无需人工标注，训练Llama 3 70B超过405B

 LLM在开发周期的每个阶段都依赖强大的评估模型，比如训练阶段用于对齐人类偏好或迭代自我改进的奖励模型，以及推理阶段作为人类评估的替代方案。

构建评估模型往往依赖大量的高质量人类偏好数据，不仅耗时长、成本高，而且在模型扩展到新任务或评估标准时造成了阻碍。

此外，随着新模型不断迭代改进时，现有的标注数据往往会过时，因为其中的评估是基于旧有的、性能较差的模型相应。这意味着需要不断重复上述的数据标注和收集流程。

最近，Meta FAIR发表的一篇研究就尝试使用合成数据的方法来解决这个问题。他们提出了一种迭代的自我训练方法，在训练循环中完全不使用人类标注的偏好数据，而是纯粹依赖合成数据。

论文地址：https://arxiv.org/abs/2408.02666

实验中，这种方法将Llama-3-70B-Instruct在RewardBench上的准确率从75.4提升至88.7，超过了使用人类标注数据的方法。

arXiv页面显示，这篇论文最后修订于8月8日，目前作者还没有公开相关代码。

方法概述

整个pipeline的流程大致如下（图1）：

- 初始化：收集大量人类编写的用户指令，这在生产系统中较为常见，以及初始的种子LLM

- 指令选择：用LLM从数据集中选择出具有挑战性的、平衡的用户指令分布

- 响应对构建：对每个用户指令，通过提示创建LLM模型响应偏好对，让其中一个的质量（被拒绝响应）略低于另一个（被选择响应）

- 迭代训练：每次迭代包括两个步骤，判断标注和模型微调。

(i) 对每条数据采样N个LLM-as-a-Judge生成的推理链和判断结果。如果其中包含正确判断，则将该数据加入训练集，否则丢弃这条数据。

(ii) 在本次迭代构建的训练集上微调模型

值得注意的是，每次训练迭代中，训练集大小取决于当前模型的质量。预计随着模型能力的提升，能够生成更多正确的判断，训练集大小也会逐步增加，从而构成了一个自学过程。

指令选择

之所以要进行指令选择，是因为生产系统中收集的用户数据可能存在大量噪音，模型响应的主题、多样性、难度和能力都有很大程度的不平衡。

因此，这一步骤的目标是筛选出特定分布的指令子集，用于生成高质量的响应和判断结果。

如图7所示，先给出精确的提示让LLM对每个输入进行分类，构建数据集时就可以在这些类别中「按需取用」。

响应对构建

经过前两步我们得到了一个精心构建的训练数据池。这一步骤就是要对其中每个输入x_i，生成涉及到两个响应y_i^w、y_i^l的偏好数据，其中前者y^w（winning）的质量预计会优于后者y^l（losing）。

但这一步完全使用合成数据而非依赖人工标注，那么如何保证y^w和y^l的响应质量差异？

论文提出了一种比较巧妙的方法，即先让LLM根据指令x_i生成基线响应y_i^w；然后指示模型生成一个「嘈杂」版本的指令x_i′=ϕ⁢(x_i) 。x_i'与x_i语义高度相关但不完全相同，之后生成对应x_i'的模型高质量响应y_i^l。

对于同一个指令x_i而言，y_i^l的质量预计会低于y_i^w。由此，我们构建出了一条完整的训练数据：

e_i := x_i, y_i^A, y_i^B

其中，w=A或w=B是随机分布的，且在最后的训练集构建中保证两种情况出现次数均衡，这对消除LLM-as-a-Judge的位置偏见非常重要。

判断标注

对于每条训练数据e_i，LLM-as-a-Judge模型都会生成N个多样化的评价 𝒥:={j_i¹, …, j_i^N}，然后应用拒绝采样过滤掉𝒥中与事实标签不一致的判断结果。实验中，N被设置为15。

若𝒥过滤后为空，该条数据在本次迭代中直接被丢弃。

若𝒥不为空，则从正确判决中随机选择一个，构建最终用于微调的训练数据：

(x_i, y_i^A, y_i^B, j_i)

实验中还尝试使用多数投票机制代替单个模型进行LLM-as-a-Judge判断，根据之前的研究结论，这可以带来性能改进。

实验及评估

初始模型M₀从Llama-3-70B-Instruct进行初始化，每轮迭代i=1,…T中，使用M_i-1生成偏好数据并作为LLM-as-a-Judge模型进行判断，然后再次微调M₀模型（即Llama-3-70B-Instruct）。

其中，指令微调利用了fairseq2库，并使用vLLM进行推理。

大量人类编写的指令数据{x_i}来自WildChat数据集，指令选择步骤中使用Mixtral 22B×8进行分类，共筛选出了20,582个有挑战性的指令。响应生成步骤同样使用Mixtral 22B×8模型。

评估结果

在RewardBench上的分数如表1所示。与种子模型相比，总分从75.4显著提升至88.7，超过了GPT-4和Gemini 1.5 Pro，甚至也超过了405B参数的Llama模型，而且好于使用人类标注数据集HelpSteer2的85.6分。

4个类别分别来看，Chat Hard和Safety的分数随着每轮迭代都有稳步上升，但Reasoing和Chat类别较为波动。Chat类别在训练后的分数甚至低于种子模型，作者推测，这是由于筛选的合成数据过于偏重困难任务。

此外可以发现，在LLM-as-a-Judge模型生成判断时使用32个样本进行多数投票的确可以提升整体性能。

HelpSteer2由英伟达和ScaleAI合作创建，是一个帮助模型响应变得更加事实正确且连贯的开源数据集。

仓库地址：https://huggingface.co/datasets/nvidia/HelpSteer2

在MT-Bench上的评估结果如表2所示。虽然分数在第4轮迭代出现一些波动，但训练后的分数依旧有小幅度提升，与GPT-4相当。

根据在HelpSteer2上的评估结果（表3），在合成数据上的训练也提升了模型作为judge进行判断时的平均精度和位置一致精度，但似乎最佳结果出现在第4轮迭代，多一轮迭代后反而降低了性能。

结论

总体来看，本文提出了一种可扩展的方法，在不使用任何人工标注数据的情况下构建响应偏好对，在此基础上训练的「自学评估模型」相比种子模型有显著的性能提升。

作者提出，该研究还存在一些未讨论的问题和局限：

- 第一轮训练迭代时，直接使用种子模型生成第一批偏好数据，但这背后的假设是Llama-3-70B-Instruct已经有生成合理评估的能力；论文并没有验证该假设是否成立

- 只使用了Llama-3-70B-Instruct作为种子模型进行实验，没有探究该方法对较小模型的适用性

- 在LLM-as-a-Judge的判断中，只研究了成对评估这一种模式；其实模型也可以直接评估单个响应的指令的质量

- 相比只输出分数的奖励模型，生成式的LLM-as-a-Judge还需要输出推理链，更长的输出会提升推理成本

作者介绍

Tianlu是Meta FAIR的一名研究科学家，她本科毕业于浙江大学计算机科学专业，博士毕业于弗吉尼亚大学。Tianlu的研究主要关注机器学习模型中有关公平性、稳健性和问责制的主题，特别是在计算机视觉和自然语言处理系统中。