最新研究綜述——探索基礎(chǔ)模型中的“幻覺”現(xiàn)象

“幻覺”問題即模型生成的內(nèi)容可能包含虛構(gòu)的信息。它不僅在大語言模型(LLMs)中存在，也存在于圖像、視頻和音頻等其他一系列基礎(chǔ)模型中。

針對這一問題，一篇最近的綜述論文對目前所有基礎(chǔ)模型的“幻覺”問題進(jìn)行了第一次全面的調(diào)查，詳細(xì)分類了各類基礎(chǔ)模型中的幻覺現(xiàn)象，審視了現(xiàn)有的減輕幻覺問題的策略，并提出了一套用于評估幻覺程度的標(biāo)準(zhǔn)。

Paper:A Survey of Hallucination in “Large” Foundation Models
Link:https://arxiv.org/pdf/2309.05922.pdf

注：本篇解讀僅對部分文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，更多細(xì)節(jié)請進(jìn)一步閱讀原論文綜述。

前言

基礎(chǔ)模型Foundation Models(FMs)是通過自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，在大量未標(biāo)簽數(shù)據(jù)上訓(xùn)練得來的AI模型。這些模型不僅可以在圖像分類、自然語言處理和問答等多個(gè)領(lǐng)域中提供高精度的表現(xiàn)，還可以處理涉及創(chuàng)作和人際互動(dòng)的任務(wù)，比如制作營銷內(nèi)容或根據(jù)簡短提示創(chuàng)作復(fù)雜藝術(shù)品。

雖然基礎(chǔ)模型非常強(qiáng)大，但在將其適配到企業(yè)應(yīng)用時(shí)也會遇到一系列的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)重要的問題就是“幻覺”現(xiàn)象?！盎糜X”現(xiàn)象是指模型生成包含虛假信息或完全捏造的細(xì)節(jié)。這主要是因?yàn)槟Ｐ透鶕?jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)中學(xué)到的模式來創(chuàng)造看似合理的內(nèi)容，即便這樣的內(nèi)容與真實(shí)情況相去甚遠(yuǎn)。

這種“幻覺”現(xiàn)象可能是無意中產(chǎn)生的，它可以由多種因素導(dǎo)致，包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中存在的偏見、模型不能獲取最新的信息，或是其在理解和生成準(zhǔn)確回應(yīng)時(shí)的固有限制。為了確保我們可以安全、有效地利用基礎(chǔ)模型，特別是在新聞、醫(yī)療和法律等需要事實(shí)準(zhǔn)確的領(lǐng)域，我們必須認(rèn)真對待和解決“幻覺”問題。目前，研究人員正在努力探索各種方式來減少“幻覺”現(xiàn)象，從而提高模型的可靠性和信任度。

下圖展示了本篇綜述的一個(gè)基本框架，主要從文本、圖片、音頻和語音等領(lǐng)域來總結(jié)目前的研究。其中，文本又可以進(jìn)一步細(xì)分為LLMs，多語言LLMs和特定領(lǐng)域的LLMs(如新聞、醫(yī)療等領(lǐng)域)。

LLM的幻覺問題

幻覺檢測和修正方法

SELFCHECKGPT [1] 是一個(gè)用于監(jiān)控和糾正LLMs中的“幻覺”現(xiàn)象的工具，它能夠識別模型生成的不準(zhǔn)確或未驗(yàn)證的信息，無需額外資源或標(biāo)記數(shù)據(jù)。這種方法能夠在沒有外部指南或數(shù)據(jù)集的情況下提高LLMs的可靠性和可信度。

PURR [2] 則專注于編輯和糾正語言模型中的誤導(dǎo)信息，它通過利用去噪語言模型的損壞來識別和修正幻覺，目的是提升模型輸出的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。

幻覺檢測數(shù)據(jù)集

幻覺問題通常和知識缺口有關(guān)。但研究 [3] 提出，有時(shí)模型會嘗試合理化之前生成的錯(cuò)誤信息，從而產(chǎn)生更多的誤導(dǎo)內(nèi)容。為了深入研究這一現(xiàn)象，這項(xiàng)研究創(chuàng)建了三個(gè)問答數(shù)據(jù)集來收集模型產(chǎn)生錯(cuò)誤答案和附帶虛假斷言的實(shí)例。

HaluEval [4] 提供了一個(gè)綜合基準(zhǔn)來評估LLMs中的幻覺問題，幫助研究人員和開發(fā)人員更好地理解和提高模型的可靠性。

利用外部知識來緩解幻覺問題

為了減輕LLM的幻覺問題，研究人員正在探索如何利用外部知識來提高模型的輸出質(zhì)量和準(zhǔn)確性。其中，[5] 提出了一種交互式問題-知識對齊方法,側(cè)重于將生成的文本與相關(guān)的事實(shí)知識對齊，使用戶能夠交互式地指導(dǎo)模型的回答，以產(chǎn)生更準(zhǔn)確和可靠的信息。類似地，[6] 提出了LLMAUGMENTER方法，結(jié)合外部知識來源和自動(dòng)化反饋機(jī)制來提高LLM輸出的準(zhǔn)確性和可靠性。而 [7] 提出了“知識鏈”框架來鏈接LLMs和結(jié)構(gòu)化知識庫。

此外，相比于其更大的對應(yīng)體，小型開源LLMs通常會遇到更嚴(yán)重的幻覺問題。為了解決這個(gè)問題，[8] 提出了一系列方法來評估和減輕BLOOM 7B這類弱小型開源LLMs的幻覺問題。

采用prompting來緩解幻覺問題

也有研究致力于通過prompting來減少LLMs生成的不準(zhǔn)確或幻覺信息。[9] 在2023年提出了一種由迭代提示指導(dǎo)的方法來去除LLMs的幻覺，提高輸出的準(zhǔn)確性和可靠性。

多語言LLM的幻覺問題

大型多語言機(jī)器翻譯系統(tǒng)在直接翻譯多種語言方面展示了令人印象深刻的能力。但是，這些模型可能會產(chǎn)生“幻覺翻譯”，在部署時(shí)會引發(fā)信任和安全問題。目前關(guān)于幻覺的研究主要集中在小型雙語模型和高資源語言上，這留下了一個(gè)空白：在多種翻譯場景中大規(guī)模多語言模型的幻覺理解。

為了解決這個(gè)問題，[10] 對傳統(tǒng)的神經(jīng)機(jī)器翻譯模型的M2M家族和ChatGPT進(jìn)行了全面的分析，后者可以用于提示翻譯。這項(xiàng)調(diào)查涵蓋了廣泛的語言背景，包括100多個(gè)翻譯方向。

特定領(lǐng)域LLM的幻覺問題

在諸如醫(yī)學(xué)、銀行、金融、法律等關(guān)鍵領(lǐng)域中，可靠性和準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的，任何形式的幻覺都可能對結(jié)果和操作產(chǎn)生重大和有害的影響。

醫(yī)學(xué)：LLMs中的幻覺問題，特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生成看似合理但不準(zhǔn)確的信息可能是有害的。為了解決這個(gè)問題，[11] 引入了一個(gè)名為Med-HALT（醫(yī)學(xué)領(lǐng)域幻覺測試）的新基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)集。它專門設(shè)計(jì)用于評估和減輕LLMs中的幻覺。它包括來自不同國家的醫(yī)學(xué)檢查的多元化的多國數(shù)據(jù)集，并包括創(chuàng)新的測試方法。Med-HALT包括兩類測試：基于推理和基于記憶的幻覺測試，旨在評估LLMs在醫(yī)學(xué)背景下的問題解決和信息檢索能力。

法律：ChatLaw [12]是一個(gè)專門用于法律領(lǐng)域的開源LLM。為了確保高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，作者們創(chuàng)建了一個(gè)精心設(shè)計(jì)的法律領(lǐng)域微調(diào)數(shù)據(jù)集。為了解決法律數(shù)據(jù)篩選過程中模型幻覺的問題，他們提出了一種將矢量數(shù)據(jù)庫檢索與關(guān)鍵字檢索相結(jié)合的方法。這種方法有效地減少了在法律背景下僅依賴矢量數(shù)據(jù)庫檢索來檢索參考數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)的不準(zhǔn)確性。

大圖像模型中的幻覺問題

對比學(xué)習(xí)模型利用Siamese結(jié)構(gòu)在自監(jiān)督學(xué)習(xí)中展示了令人印象深刻的表現(xiàn)。它們的成功依賴于兩個(gè)關(guān)鍵條件：存在足夠數(shù)量的正樣本對，并在它們之間存在充足的變化。如果不滿足這些條件，這些框架可能缺乏有意義的語義區(qū)別并容易過擬合。為了解決這些挑戰(zhàn)，[13] 引入了Hallucinator，它可以高效地生成額外的正樣本來增強(qiáng)對比。Hallucinator是可微分的，在特征空間中運(yùn)作，使其適合直接在預(yù)訓(xùn)練任務(wù)中進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)帶來最小的計(jì)算開銷。

受LLMs的啟發(fā)，為復(fù)雜的多模態(tài)任務(wù)加強(qiáng)LVLMs面臨一個(gè)重大的挑戰(zhàn)：對象幻覺，其中LVLMs在描述中生成不一致的對象。[14] 系統(tǒng)地研究了指令調(diào)整的大視覺語言模型(LVLMs)中的對象幻覺問題，并發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)常見問題。視覺指令，特別是經(jīng)常出現(xiàn)或共同出現(xiàn)的對象，影響了這個(gè)問題?，F(xiàn)有的評估方法也受到輸入指令和LVLM生成樣式的影響。為了解決這個(gè)問題，該研究引入了一種改進(jìn)的評估方法，稱為POPE，為LVLMs中的對象幻覺提供了更穩(wěn)定和靈活的評估。

LVLMs在處理各種多模態(tài)任務(wù)方面取得了重大進(jìn)展，包括視覺問題回答（VQA）。然而，為這些模型生成詳細(xì)和視覺上準(zhǔn)確的回答仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。即使是最先進(jìn)的LVLMs，如InstructBLIP，也存在高幻覺文本率，包括30%的不存在的對象、不準(zhǔn)確的描述和錯(cuò)誤的關(guān)系。為了解決這個(gè)問題，[15] 引入了MHalDetect1，這是一個(gè)多模態(tài)幻覺檢測數(shù)據(jù)集，專為訓(xùn)練和評估旨在檢測和預(yù)防幻覺的模型而設(shè)計(jì)。MHalDetect包含16000個(gè)關(guān)于VQA示例的精細(xì)詳細(xì)注釋，使其成為檢測詳細(xì)圖像描述中幻覺的首個(gè)全面數(shù)據(jù)集。

大視頻模型中的幻覺問題

幻覺可能發(fā)生在模型對視頻幀做出錯(cuò)誤或富有想象的假設(shè)時(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)生人工或錯(cuò)誤的視覺信息，如下圖所示。

一個(gè)解決方法是通過一種能夠生動(dòng)地將人插入場景的方法來理解場景可供性的挑戰(zhàn)。[16] 使用標(biāo)有區(qū)域的場景圖像和一個(gè)人的圖像，該模型無縫地將人集成到場景中，同時(shí)考慮場景的特點(diǎn)。該模型能夠根據(jù)場景環(huán)境推斷出現(xiàn)實(shí)的姿勢，相應(yīng)地調(diào)整人的姿勢，并確保視覺上令人愉悅的構(gòu)圖。自我監(jiān)督訓(xùn)練使模型能夠在尊重場景環(huán)境的同時(shí)生成各種可能的姿勢。此外，該模型還可以自行生成逼真的人和場景，允許進(jìn)行交互式編輯。

VideoChat [17] 是一個(gè)全面的系統(tǒng)，采用面向聊天的方法來理解視頻。VideoChat將基礎(chǔ)視頻模型與LLMs結(jié)合，使用一個(gè)可適應(yīng)的神經(jīng)界面，展示出在理解空間、時(shí)間、事件定位和推斷因果關(guān)系方面的卓越能力。為了有效地微調(diào)這個(gè)系統(tǒng)，他們引入了一個(gè)專門為基于視頻的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，包括成千上萬的與詳細(xì)描述和對話配對的視頻。這個(gè)數(shù)據(jù)集強(qiáng)調(diào)了時(shí)空推理和因果關(guān)系等技能，使其成為訓(xùn)練面向聊天的視頻理解系統(tǒng)的有價(jià)值的資源。

最近在視頻修復(fù)方面取得了顯著的進(jìn)步，特別是在光流這樣的顯式指導(dǎo)可以幫助將缺失的像素傳播到各個(gè)幀的情況下。然而，當(dāng)跨幀信息缺失時(shí)，就會出現(xiàn)挑戰(zhàn)。因此，模型集中解決逆向問題，而不是從其他幀借用像素。[18] 引入了一個(gè)雙模態(tài)兼容的修復(fù)框架，稱為Deficiency-aware Masked Transformer（DMT）。預(yù)訓(xùn)練一個(gè)圖像修復(fù)模型來作為訓(xùn)練視頻模型的先驗(yàn)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以改善處理信息不足的情況。

視頻字幕的目標(biāo)是使用自然語言來描述視頻事件，但它經(jīng)常引入事實(shí)錯(cuò)誤，降低了文本質(zhì)量。盡管在文本到文本的任務(wù)中已經(jīng)廣泛研究了事實(shí)一致性，但在基于視覺的文本生成中卻受到了較少的關(guān)注。[19] 對視頻字幕中的事實(shí)進(jìn)行了詳細(xì)的人類評估，揭示了57.0%的模型生成的句子包含事實(shí)錯(cuò)誤?，F(xiàn)有的評估指標(biāo)主要基于n-gram匹配，與人類評估不太一致。為了解決這個(gè)問題，他們引入了一個(gè)基于模型的事實(shí)度量稱為FactVC，它在評估視頻字幕中的事實(shí)度方面優(yōu)于之前的指標(biāo)。

大型音頻模型中的幻覺

自動(dòng)音樂字幕，即為音樂曲目生成文本描述，有可能增強(qiáng)對龐大音樂數(shù)據(jù)的組織?，F(xiàn)有音樂語言數(shù)據(jù)集的大小有限，收集過程昂貴。為了解決這種稀缺，[20] 使用了LLMs從廣泛的標(biāo)簽數(shù)據(jù)集生成描述。他們創(chuàng)建了一個(gè)名為LP-MusicCaps的數(shù)據(jù)集，包含約220萬個(gè)與50萬個(gè)音頻剪輯配對的字幕。他們還使用各種量化自然語言處理指標(biāo)和人類評估對這個(gè)大規(guī)模音樂字幕數(shù)據(jù)集進(jìn)行了全面評估。他們在這個(gè)數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練了一個(gè)基于變換器的音樂字幕模型，并在零射擊和遷移學(xué)習(xí)場景中評估了其性能。

理想情況下，視頻應(yīng)該增強(qiáng)音頻，[21]使用了一個(gè)先進(jìn)的語言模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)充，而不需要人工標(biāo)注。此外，他們利用音頻編碼模型有效地適應(yīng)了一個(gè)預(yù)訓(xùn)練的文本到圖像生成模型，用于文本到音頻生成。

幻覺并非總是有害

從一個(gè)不同的角度來看，[22]討論了幻覺模型如何可以提供創(chuàng)意，提供可能不完全基于事實(shí)但仍然提供有價(jià)值線索來探索的輸出。創(chuàng)意地利用幻覺可以帶來不容易被大多數(shù)人想到的結(jié)果或新奇的創(chuàng)意組合?！盎糜X”變得有害是當(dāng)生成的陳述事實(shí)上不準(zhǔn)確或違反普遍的人類、社會或特定文化規(guī)范時(shí)。這在一個(gè)人依賴LLM來提供專家知識的情況下尤其關(guān)鍵。然而，在需要?jiǎng)?chuàng)意或藝術(shù)的背景下，產(chǎn)生不可預(yù)見結(jié)果的能力可能相當(dāng)有利。對查詢的意外響應(yīng)可以驚喜人類并激發(fā)發(fā)現(xiàn)新奇想法聯(lián)系的可能性。

結(jié)論與未來方向

這篇綜述對現(xiàn)有關(guān)于基礎(chǔ)模型內(nèi)部的幻覺問題進(jìn)行了簡單的分類和分析，研究涵蓋了幻覺檢測，緩解，數(shù)據(jù)集，以及評估標(biāo)準(zhǔn)。以下是一些可能的未來研究方向。

對幻覺的自動(dòng)評估

幻覺指的是AI模型生成的不正確或捏造的信息。在像文本生成這樣的應(yīng)用中，這可能是一個(gè)重大的問題，因?yàn)槟繕?biāo)是提供準(zhǔn)確和可靠的信息。以下是對錯(cuò)覺自動(dòng)評估的潛在未來方向：

評估指標(biāo)的開發(fā)：研究者可以努力創(chuàng)建能夠檢測生成內(nèi)容中的幻覺的專門的評估指標(biāo)。這些指標(biāo)可能會考慮事實(shí)的準(zhǔn)確性、連貫性和一致性?？梢杂?xùn)練高級機(jī)器學(xué)習(xí)模型根據(jù)這些指標(biāo)評估生成的文本。

人工智能合作：將人類判斷與自動(dòng)評估系統(tǒng)結(jié)合是一個(gè)有前景的方向。眾包平臺可以用來收集人類對AI生成內(nèi)容的評估，然后用于訓(xùn)練自動(dòng)評估的模型。這種混合方法可以幫助捕捉對自動(dòng)系統(tǒng)來說具有挑戰(zhàn)性的細(xì)微差別。

對抗性測試：研究者可以開發(fā)對抗性測試方法，其中AI系統(tǒng)被暴露于專門設(shè)計(jì)的輸入，以觸發(fā)幻覺。這有助于識別AI模型的弱點(diǎn)并提高其抵抗錯(cuò)覺的魯棒性。

微調(diào)策略：特別為減少幻覺而微調(diào)預(yù)訓(xùn)練的語言模型是另一個(gè)潛在的方向。模型可以在強(qiáng)調(diào)事實(shí)檢查和準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行微調(diào)，以鼓勵(lì)生成更可靠的內(nèi)容。

改進(jìn)檢測和緩解幻覺的策略

檢測和緩解AI生成文本中的偏見、錯(cuò)誤信息和低質(zhì)量內(nèi)容對于負(fù)責(zé)任的AI開發(fā)至關(guān)重要。策劃的知識來源在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)中可以起到重要作用。以下是一些未來的方向：

知識圖譜集成：將知識圖譜和策劃的知識庫集成到AI模型中可以增強(qiáng)它們對事實(shí)信息和概念之間關(guān)系的理解。這既可以幫助生成內(nèi)容，也可以幫助事實(shí)檢查。

事實(shí)檢查和驗(yàn)證模型：開發(fā)專門的模型，專注于事實(shí)檢查和內(nèi)容驗(yàn)證。這些模型可以使用策劃的知識來源來交叉引用生成的內(nèi)容，識別不準(zhǔn)確或不一致之處。

偏見檢測和緩解：策劃的知識來源可以用來訓(xùn)練AI模型識別和減少生成內(nèi)容中的偏見。AI系統(tǒng)可以被編程來檢查內(nèi)容是否存在潛在的偏見，并提議更加平衡的替代方案。

主動(dòng)學(xué)習(xí)：通過主動(dòng)學(xué)習(xí)不斷更新和完善策劃的知識來源。AI系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)為尋求人類對模糊或新信息的輸入和驗(yàn)證，從而提高策劃知識的質(zhì)量。

道德指導(dǎo)和監(jiān)管：未來的方向還可能包括為AI開發(fā)中使用外部知識來源制定道德指南和監(jiān)管框架。這可以確保負(fù)責(zé)任和透明地使用策劃知識來緩解潛在風(fēng)險(xiǎn)。