隨著大語(yǔ)?模型（LLMs）在各類任務(wù)中展現(xiàn)出令人矚目的能力，如何確保它們?成的回復(fù)既符合預(yù)期又安全，始終是?項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的偏好對(duì)??法，如基于?類反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RLHF）和直接偏好優(yōu)化（DPO），依賴于訓(xùn)練過(guò)程中的模型參數(shù)更新，但在?對(duì)不斷變化的數(shù)據(jù)和需求時(shí)，缺乏?夠的靈活性來(lái)適應(yīng)這些變化。

為了突破這?瓶頸，上海人工智能實(shí)驗(yàn)室、香港中文大學(xué)等聯(lián)合提出了推理時(shí)偏好優(yōu)化（TPO）方法，通過(guò)在推理階段與獎(jiǎng)勵(lì)模型交互，借助可解釋的文本反饋，迭代優(yōu)化模型輸出，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)的模型對(duì)?，??需重新訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TPO能夠有效提升未對(duì)?模型的表現(xiàn)，甚?超越經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的對(duì)?模型，為模型偏好對(duì)?提供了?種全新的思路。

△訓(xùn)練時(shí)偏好優(yōu)化VS推理時(shí)偏好優(yōu)化

TPO特點(diǎn)

（1）推理時(shí)對(duì)?、?需訓(xùn)練：TPO通過(guò)與獎(jiǎng)勵(lì)模型的推理階段交互，實(shí)現(xiàn)即時(shí)對(duì)?偏好，無(wú)需更新模型參數(shù)。

（2）基于?本反饋：TPO使?可解釋的文本反饋（而非純數(shù)值梯度）來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化，讓模型“理解?并“執(zhí)行”文本評(píng)價(jià)。

（3）優(yōu)于傳統(tǒng)?法：在推理階段，未對(duì)?的模型（例如Llama-3.1-70B-SFT）經(jīng)過(guò)數(shù)次TPO迭代，能夠持續(xù)逼近獎(jiǎng)勵(lì)模型的偏好。在多個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中，其表現(xiàn)甚至超越了已在訓(xùn)練時(shí)對(duì)?的版本（例如Llama-3.1-70B-Instruct）。

（4）靈活適應(yīng)性：TPO能夠靈活應(yīng)對(duì)不斷變化的數(shù)據(jù)和需求，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并且能夠在資源有限的環(huán)境下?效運(yùn)?。

研究方法

為實(shí)現(xiàn)這??標(biāo)，已有多種方法用來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)分函數(shù)，如RLHF和DPO通過(guò)訓(xùn)練時(shí)偏好優(yōu)化來(lái)對(duì)??類偏好。這些?法通過(guò)基于梯度的?法（如隨機(jī)梯度下降，SGD）優(yōu)化模型參數(shù)（如神經(jīng)?絡(luò)中的權(quán)重θ），使得?成符合?類偏好的輸出概率更?。每次更新的步驟如下：

TPO通過(guò)解釋和執(zhí)行文本損失和文本梯度，為模型生成的回復(fù)提供可解釋的優(yōu)化信號(hào)。

如圖所示，TPO包含四個(gè)關(guān)鍵組件，類似于標(biāo)準(zhǔn)的梯度優(yōu)化?法：變量定義、損失計(jì)算、梯度計(jì)算和變量?jī)?yōu)化。

研究人員使用獎(jiǎng)勵(lì)模型R作為人類偏好的代理，提供生成回復(fù)質(zhì)量的反饋。在推理時(shí)對(duì)?過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)迭代調(diào)整輸出，使其逐步更符合獎(jiǎng)勵(lì)模型的偏好。

△測(cè)試時(shí)間偏好優(yōu)化(TPO)框架(AlpacaEval2的真實(shí)示例)

該過(guò)程最多進(jìn)行D次迭代，類似于訓(xùn)練過(guò)程，稱為推理時(shí)訓(xùn)練（test-time training）。最終，選擇緩存中評(píng)分最高的回復(fù)作為最終輸出。

實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

策略模型

• 未對(duì)齊模型：Llama-3.1-70B-SFT
• 已對(duì)齊模型：
  -Llama-3.1-70B-Instruct
  -Llama-3.1-70B-DPO（UltraFeedback訓(xùn)練得來(lái)）

獎(jiǎng)勵(lì)模型

• FsfairX-LLaMA3-RM-v0.1
• Llama-3.1-Tulu-3-8B-RM

benchmark與評(píng)價(jià)指標(biāo)

• 指令跟隨：Alpaca Eval 2（原始勝率WR和長(zhǎng)度控制勝率LC）和ArenaHard（勝率WR）
• 偏好對(duì)齊：HH-RLHF（采樣500條，F(xiàn)sfairX-LLaMA3-RM-v0.1的平均獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)）
• 安全：BeaverTails-Evaluation（FsfairX-LLaMA3-RM-v0.1的平均獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)）XSTest（WildGuard的準(zhǔn)確率）
• 數(shù)學(xué)能力：MATH-500（使用0-shot配置和CoT提示，pass@1準(zhǔn)確率）

推理時(shí)訓(xùn)練效果

TPO在推理時(shí)對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)少量的迭代步數(shù)逐漸擬合獎(jiǎng)勵(lì)模型偏好，顯著提升未對(duì)齊模型的性能，使其達(dá)到與對(duì)齊模型相當(dāng)?shù)乃?；在已?duì)齊模型上，TPO進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)齊效果，而Revision版本（迭代優(yōu)化選定回復(fù)而不參考被拒絕回復(fù)）的提升有限。

benchmark性能

TPO能夠顯著提升模型性能指標(biāo)，未對(duì)齊模型通過(guò)TPO超越了訓(xùn)練時(shí)對(duì)齊的模型，而對(duì)齊模型在經(jīng)過(guò)TPO迭代后也獲得了進(jìn)一步的優(yōu)化。D和N分別表示最大迭代次數(shù)和樣本數(shù)量。

* 表示使用獎(jiǎng)勵(lì)模型FsfairX-LLaMA3-RM-v0.1優(yōu)化的模型，而?表示Llama-3.1-Tulu-3-8B-RM。

推理穩(wěn)定性

TPO能夠有效地根據(jù)獎(jiǎng)勵(lì)模型的反饋調(diào)整模型輸出，顯著改善推理穩(wěn)定性，表現(xiàn)為采樣樣本的獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)差的降低。

TPO的特性分析

TPO的寬度：增加TPO的搜索寬度（即每次TPO迭代中采樣的回復(fù)數(shù)量）能夠顯著提升性能，直到達(dá)到飽和。

TPO的深度：增加TPO的搜索深度比單純?cè)黾訕颖緮?shù)量更有效地發(fā)現(xiàn)更高質(zhì)量的回復(fù)。

TPO的計(jì)算成本：TPO無(wú)需更改模型參數(shù)，與訓(xùn)練時(shí)偏好優(yōu)化相比，在計(jì)算成本上具有顯著優(yōu)勢(shì)。TPO的計(jì)算成本（FLOPs）僅為一輪DPO訓(xùn)練（64,000條數(shù)據(jù)）所需開(kāi)銷的0.01%。而Instruct模型通常在百萬(wàn)級(jí)語(yǔ)料上多輪迭代，訓(xùn)練成本遠(yuǎn)高于DPO，進(jìn)一步凸顯了TPO在相對(duì)計(jì)算成本方面的優(yōu)勢(shì)。

TPO的指令跟隨前提：TPO的成功依賴于策略模型具備基礎(chǔ)的指令跟隨能力，因?yàn)槟Ｐ捅仨殰?zhǔn)確解釋和響應(yīng)數(shù)值形式的獎(jiǎng)勵(lì)模型偏好。

總結(jié)

提出推理時(shí)偏好優(yōu)化（TPO）方法，通過(guò)在推理過(guò)程中與獎(jiǎng)勵(lì)模型交互，將獎(jiǎng)勵(lì)模型信號(hào)轉(zhuǎn)化為”文本損失”和”文本梯度”，以此迭代優(yōu)化模型輸出。

無(wú)需重新訓(xùn)練，即可讓大語(yǔ)言模型與人類偏好對(duì)齊。TPO為訓(xùn)練時(shí)偏好優(yōu)化提供了輕量、高效且可解釋的替代方案，充分利用了大語(yǔ)言模型在推理時(shí)的固有能力。

推理時(shí)優(yōu)化的靈活性：TPO通過(guò)即時(shí)文本反饋實(shí)現(xiàn)推理時(shí)對(duì)?，增強(qiáng)了模型在多樣化場(chǎng)景中的適應(yīng)能力，能快速響應(yīng)變化的需求和任務(wù)的變化。此外，TPO充分利用大語(yǔ)言模型在推理、指令跟隨等方面的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，從?實(shí)現(xiàn)了更靈活的偏好對(duì)?。

未來(lái)研究?向：未來(lái)的研究可聚焦于優(yōu)化文本交互?法，使其能夠適應(yīng)更多專門任務(wù)，探索更魯棒的獎(jiǎng)勵(lì)模型以提升偏好捕捉能?，并研究如何提升較弱模型在TPO中的表現(xiàn)，從而進(jìn)一步拓展其應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)化效果。

論?鏈接：https://arxiv.org/abs/2501.12895
Github鏈接：https://github.com/yafuly/TPO
Huggingface鏈接：https://huggingface.co/papers/2501.12895