C-Eval: 構(gòu)造中文大模型的知識評估基準

這篇文章是把我們構(gòu)造 C-Eval 的過程記下來，與開發(fā)者們分享我們的思考和我們視角下的研發(fā)重點。我們的最重要目標是輔助模型開發(fā)，而不是打榜。一味地追求榜單排名高會帶來諸多不利后果，但如果能夠科學(xué)地使用 C-Eval 幫助模型迭代的話，則可以最大化地利用 C-Eval。因此我們推薦從模型研發(fā)的視角來對待 C-Eval 數(shù)據(jù)集和榜單。

首先，把一個模型調(diào)成一個對話機器人這件事情并不難，開源界已經(jīng)有了類似于 Alpaca, Vicuna, RWKV 這樣的對話機器人，跟它們隨便聊聊感覺都還不錯；但要真正希望這些模型成為生產(chǎn)力，隨便聊聊是不夠的。所以構(gòu)造評價基準的第一個問題是要找到區(qū)分度，弄明白什么樣的能力才是區(qū)分模型強弱的核心指標。我們考慮知識和推理這兩項核心。

為什么說知識性的能力是核心能力？有以下幾點論點：

• 我們希望模型可以通用，可以在不同領(lǐng)域都貢獻生產(chǎn)力，這自然需要模型知道各個領(lǐng)域的知識。
• 我們同時希望模型不要胡說八道，不知為不知，這也需要擴大模型的知識，讓它可以在更少的時候說它不知道。
• 斯坦福的 HELM 英文評價榜單中，一個重要的結(jié)論是，模型大小與知識密集型任務(wù)的效果顯著正相關(guān)，這是因為模型的參數(shù)量可以被用來儲存知識。
• 上文已經(jīng)提到，已有的重要模型，比如 DeepMind 的 Gopher / Chinchilla，在評價的時候幾乎只看 MMLU，MMLU 的核心就是測模型的知識覆蓋面。
• GPT-4 的發(fā)布博客中，首先就是列出模型在各個學(xué)科考試上的效果，作為模型能力的衡量標準。

因此，知識型能力可以很好地衡量底座模型的潛力。

推理能力是在知識的基礎(chǔ)上進一步上升的能力，它代表著模型是否能做很困難，很復(fù)雜的事情。一個模型要強，首先需要廣泛的知識，然后在知識的基礎(chǔ)上做推理。
推理很重要的論點是：

• GPT-4 的發(fā)布博客中，OpenAI 明確寫道 “The difference comes out when the complexity of the task reaches a sufficient threshold” (GPT-3.5 和 GPT-4 的區(qū)別只在任務(wù)復(fù)雜到一定程度之后才會顯現(xiàn))。這說明推理是很顯著的強的模型有，弱一點的模型不大有的能力。
• 在 PaLM-2 的 Tech Report 中，BBH 和 MATH 這兩個推理數(shù)據(jù)集被專門列出來討論劃重點。
• 如果希望模型成為新一代的計算平臺，并在上面孕育出全新的應(yīng)用生態(tài)的話，就需要讓模型能夠做足夠強的完成復(fù)雜任務(wù)的能力。

這里我們還需要厘清推理和知識的關(guān)系：

• 知識型的能力是模型能力的基礎(chǔ)，推理能力是進一步的升華 — 模型要推理也是基于現(xiàn)有的知識圖里。
• 知識性任務(wù)的榜單上，模型大小和模型分數(shù)一般是連續(xù)變化的，不大會因為模型小就出現(xiàn)斷崖式下跌 — 從這個角度來說知識型的任務(wù)更有區(qū)分度一點。
• 推理型任務(wù)的榜單上，模型大小和模型分數(shù)可能存在相變，只有當模型大到一定程度之后（大概是 50B 往上，也就是 LLaMA 65B 這個量級），模型推理能力才會上來。
• 對于知識性的任務(wù)，Chain-of-thought (CoT) prompting 和 Answer-only (AO) prompting 的效果是差不多的；對于推理型任務(wù)，CoT 顯著好于 AO.
• 所以這邊需要記住一下，CoT 只加推理效果不加知識效果。在 C-Eval 數(shù)據(jù)集中，我們也觀察到了這個現(xiàn)象。

有了上述對于知識和推理的闡述，我們決定從知識型的任務(wù)出發(fā)，構(gòu)造數(shù)據(jù)集測試模型的知識能力，相當于對標一下 MMLU 這個數(shù)據(jù)集；同時，我們也希望帶一點推理相關(guān)的內(nèi)容，進一步衡量模型的高階能力，所以我們把 C-Eval 中需要強推理的學(xué)科（微積分，線性代數(shù)，概率 …）專門抽出來，命名為 C-Eval Hard 子集，用來衡量模型的推理能力，相當于對標一下 MATH 這個數(shù)據(jù)集。在 C-Eval Hard 上面，模型首先需要有數(shù)學(xué)相關(guān)知識，然后需要有逐步解題的思路，然后需要在解題過程中調(diào)用 Wolfram Alpha/ Mathematica/ Matlab 進行數(shù)值和符號 / 微分和積分計算的能力，并把計算過程和結(jié)果以 Latex 的格式表示出來，這部分的題目非常難。
C-Eval 希望可以在整體上對標 MMLU (這個數(shù)據(jù)集被用于 GPT-3.5, GPT-4, PaLM, PaLM-2, Gopher, Chinchilla 的研發(fā))，希望在 Hard 的部分對標 MATH (這個數(shù)據(jù)集被用于 GPT-4, PaLM-2, Minerva, Galactica 的研發(fā))。
這里需要注意的是，我們的最重要目標是輔助模型開發(fā)，而不是打榜。一味地追求榜單排名高會帶來諸多不利后果，這個我們馬上會闡述；但如果能夠科學(xué)地使用 C-Eval 幫助模型迭代的話，則會得到巨大收益。我們推薦從模型研發(fā)地視角來對待 C-Eval 數(shù)據(jù)集和榜單。

在實際研發(fā)的過程中，很多時候我們需要知道某種方案的好壞或者某種模型的好壞，這個時候我們需要一個數(shù)據(jù)集幫助我們測試。以下是兩個經(jīng)典場景：

• 場景1，輔助超參數(shù)搜索：我們有多種預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)混合方案，不確定哪種更好，于是我們在 C-Eval 上相互比較一下，來確定最優(yōu)預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)混合方案。
• 場景2，比較模型的訓(xùn)練階段：我有一個預(yù)訓(xùn)練的 checkpoint ，也有一個 instruction-tuned checkpoint，然后我想要衡量我的 instruction-tuning 的效果如何，這樣可以把兩個 checkpoint 在 C-Eval 上相互比較，來衡量預(yù)訓(xùn)練和 instruction-tuning 的相對質(zhì)量。

我們需要強調(diào)一下為什么不應(yīng)該以榜單排名作為目標：

• 如果把打榜作為目標，則容易為了高分而過擬合榜單，反而丟失通用性 — 這是 GPT-3.5 之前 NLP 學(xué)術(shù)界在 finetune Bert 上學(xué)到的一個重要教訓(xùn)。
• 榜單本身只測模型潛力，不測真實用戶感受 — 要模型真的被用戶喜好，還是需要大量的人工評價的
• 如果目標是排名，則容易為了高分想走捷徑，失去了踏實科研的品質(zhì)與精神。

因此，如果把 C-Eval 作為輔助開發(fā)的工具，那么可以最大程度上的發(fā)揮它的積極作用；但是如果把它作為一個榜單排名，則存在極大的誤用 C-Eval 的風(fēng)險，最終也大概率不會有很好的結(jié)果。
所以再一次，我們推薦從模型研發(fā)地視角來對待 C-Eval 數(shù)據(jù)集和榜單。

因為我們希望模型可以最大程度的支持開發(fā)者，所以我們選擇直接跟開發(fā)者交流，從開發(fā)者的反饋中持續(xù)學(xué)習(xí)迭代 — 這也讓我們學(xué)到了很多東西；就像大模型是 Reinforcement Learning from Human Feedback 一樣，C-Eval 的開發(fā)團隊是 Continue Learning from Developers’ Feedback.
具體來說，我們在研發(fā)的過程中，邀請了字節(jié)跳動，商湯，深言等企業(yè)將 C-Eval 接入到他們自己的工作流中做測試，然后相互溝通測試過程中存在哪些比較有挑戰(zhàn)的點。這個過程讓我們學(xué)習(xí)到很多開始時沒想到的內(nèi)容：

• 很多測試團隊，即使是在同一個公司，也無法知道被測試模型的任何相關(guān)信息（黑盒測試），甚至不知道這個模型有沒有經(jīng)過 instruction-tuning ，所以我們需要同時支持 in-context learning 和 zero-shot prompting.
• 因為有些模型是黑盒測試，沒辦法拿到 logits，但是小模型沒有 logits 就比較難確定答案，所以我們需要確定一套小模型定答案的方案。
• 模型的測試模型有多種，比如in-context learning 和 zero-shot prompting；prompt 的格式有多種，比如 answer-only 和 chain-of-thought；模型本身有多種類型，比如 pretrained checkpoint 和 instruction-finetuned checkpoint，因此我們需要明確這些因素各自的影響以及相互作用。
• 模型的對于 prompt 的敏感度很高，是否需要做 prompt engineering，以及 prompt engineering 是否有礙公平。
• GPT-3.5 / GPT-4 / Claude / PaLM 的 prompt engineering 應(yīng)該怎么做，然后如果從中學(xué)習(xí)到他們的經(jīng)驗。

以上的這些問題都是我們在跟開發(fā)者的交互過程中，從開發(fā)者反饋里發(fā)現(xiàn)的。在現(xiàn)在 C-Eval 的公開版本的文檔和 github 代碼中，這些問題都有解決。
上面的這些過程也證明了，從模型研發(fā)的視角來對待 C-Eval 數(shù)據(jù)集和榜單，可以非常好地幫助大家開發(fā)中文大模型。
我們歡迎所有的開發(fā)者們給我們的 GitHub 提 issue 和 pull request，讓我們知道如何更好地幫助你，我們希望可以更好地幫助你 :)

這個章節(jié)我們討論在制作的過程中，我們用了哪些方法來保證數(shù)據(jù)集的質(zhì)量。這里我們最重要的參考是 MMLU 和 MATH 這兩個數(shù)據(jù)集，因為 OpenAI, Google, DeepMind, Anthropic 這四個最重要的大模型團隊都重點參考了 MMLU 和 MATH，所以我們希望可以向這兩個數(shù)據(jù)集看齊。在我們初步的調(diào)研和一系列的討論之后，我們做了兩個重要的決策，一個是從頭開始手工制做數(shù)據(jù)集，另一個是在此過程中重點防止題目被爬蟲爬到訓(xùn)練集里。

GPT 的開發(fā)過程的一個重要啟發(fā)是，人工智能這行，有多少人工就有多少智能，這個在我們建立 C-Eval 的過程中也有很好地體現(xiàn)，具體來說，從題目來源看：

• C-Eval里面的題目大多是來源于pdf和word格式的文件，這類題目需要額外的處理和（人工）清洗才能使用。這是因為網(wǎng)上各種題目太多了，直接是網(wǎng)頁文本形式存在的題目很可能已經(jīng)被用于模型的預(yù)訓(xùn)練中

然后是處理題目：

• 收集到題目之后，先把pdf文件做 OCR 來電子化，然后把格式統(tǒng)一成 Markdown，其中數(shù)理的部分統(tǒng)一用 Latex 格式來表示；
• 公式的處理是一件麻煩的事情：首先 OCR 不一定能識別對，然后 OCR 也不能直接識別成 Latex；這里我們的做法是能自動轉(zhuǎn) Latex 就自動轉(zhuǎn)，不能自動轉(zhuǎn)就同學(xué)自己手動敲；
• 最終的結(jié)果是，13000多 道題目里面所有跟符號相關(guān)的內(nèi)容（包括數(shù)學(xué)公式和化學(xué)式，H2O 這種）都是被我們項目組的同學(xué)一一驗證過的，我們大概有十來位同學(xué)花了將近兩周的時間做這個事情；
• 所以現(xiàn)在我們的題目可以非常漂亮地用 markdown 的形式呈現(xiàn)，這里我們給一個微積分的例子，這個例子可以直接在我們的網(wǎng)站中，explore 的部分看到：

• 接下來的難點就是如何構(gòu)造官方的 chain-of-thought prompt ，這個地方的重點在于，我們需要保證我們的 CoT 是對的。我們一開始的做法是對于每個 in-context example ，我們讓 GPT-4 生成一個 Chain-of-thought，但后來發(fā)現(xiàn)這個不大行，一來是生成的太長了 (超過 2048 個 token)，有些模型的輸入長度不一定支持；另一個是錯誤率太高了，一個個檢查不如自己做一遍
• 所以我們的同學(xué)們就基于GPT-4生成的CoT，把微積分，線代，概率，離散這些 prompt 的題目（每個科目5道題作為in-context examples），真的自己做了一遍，以下是一個例子：

左邊是同學(xué)自己做的，然后寫成了 Markdown - Latex 格式；右邊是渲染出來的效果

為了評測的科學(xué)性，我們考慮了一系列機制來防止我們的題目被混入訓(xùn)練集

• 首先，我們的測試集只公開題目不公開答案，大家可以拿自己的模型在本地把答案跑出來然后在網(wǎng)站提交，然后后臺會給出分數(shù)；
• 然后，C-Eval的所有題目都是模擬題，從中學(xué)到考研到職業(yè)考試我們都沒有用過任何真題，這是因為全國性考試的真題廣泛存在于網(wǎng)上，非常容易被爬取到模型訓(xùn)練集里。

當然，盡管我們做出了這些努力，但可能也會不可避免的發(fā)生某個網(wǎng)頁里能搜到題庫里的題目，但我們相信這種情況應(yīng)該不多。且從我們已有的結(jié)果看，C-Eval 的題目還是有足夠區(qū)分度的，特別是 Hard 的部分。

接下來我們分析有哪些方法可以提升模型的排名。我們先把捷徑給大家列出來，包括使用不能商用的 LLaMA 和使用 GPT 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及這些方法的壞處；然后我們討論什么是困難但正確的路。

以下是可以走的捷徑：

• 使用 LLaMA 作為基座模型：在我們另一個相關(guān)的英文模型評測項目 Chain-of-thought Hub 中，我們指出了 65B 的 LLaMA 模型是一個稍弱于 GPT-3.5 的基礎(chǔ)模型，它有著很大的潛力，如果把它用中文的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，其強大的英文能力可以自動遷移到中文。
• 但這樣做的壞處，一來是研發(fā)能力的上限被 LLaMA 65B 鎖死，不可能超過 GPT-3.5，更何況 GPT-4 了，另一方面是 LLaMA 不可商用，使用它商業(yè)化會直接違反條例
• 使用 GPT-4 生成的數(shù)據(jù)：特別是 C-Eval Hard 的部分，直接讓 GPT-4 做一遍，然后 GPT-4 的答案喂給自己的模型就可以了
• 但這樣做的壞處，一來是赤裸裸作弊，得到的結(jié)果并不能泛化，不能代表模型真實能力；二來是如果商業(yè)化，就直接違反了 OpenAI 的使用條例；三來是從 GPT-4 做蒸餾會加劇模型胡說八道的現(xiàn)象，這是因為 RLHF 在微調(diào)模型拒絕能力的時候，是鼓勵模型知之為知之，不知為不知；但是直接抄 GPT-4 的話，GPT-4 知道的東西，其他的模型不一定知道，這樣反而鼓勵模型胡說八道。這個現(xiàn)象在 John Schulman 近期在伯克利的一個演講中被重點討論了。

很多時候，看似是捷徑的道路，其實在暗中標好了價格。

最好的方法是自立自強，從頭研發(fā)。這件事情很難，需要時間，需要耐心，但這是正確的路。
具體來說，需要重點關(guān)注以下機構(gòu)的論文

• OpenAI - 這個毋庸置疑，所有文章都要全文背誦
• Anthropic - OpenAI 不告訴你的東西，Anthropic 會告訴你
• Google DeepMind - Google 比較冤大頭，什么技術(shù)都老實告訴你，不像 OpenAI 藏著掖著

如果讀者在里經(jīng)驗不足，那么可以先不要看其他的地方的文章。先培養(yǎng)判斷力，再去讀其他地方的文章，這樣才能分清好壞。在學(xué)術(shù)上，要分清好壞，而不是不加判斷一味接受。
在研發(fā)的過程中，建議關(guān)注以下內(nèi)容：

• 如何組 pretraining 的數(shù)據(jù)，比如 DoReMi 這個方法
• 如何增加 pretraining 的穩(wěn)定性，比如 BLOOM 的方法
• 如何組 instruction tuning 的數(shù)據(jù)，比如 The Flan Collection
• 如何做 instruction tuning ，比如 Self-instruct
• 如何做 RL，比如 Constitutional AI
• 如何增加 reasoning 的能力，比如我們先前的博客
• 如何增加 coding 能力，比如 StarCoder
• 如何增加工具使用的能力 (C-Eval Hard 需要模型能調(diào)用工具做科學(xué)計算)，比如 toolformer

大模型就是一件花時間的事情，它是對人工智能工業(yè)能力的全方位大考：

• OpenAI 的 GPT 系列從 GPT-3 走到 GPT-4，從 2019 到 2023，一共花了四年的時間。
• Anthropic 原班人馬從 OpenAI 剝離之后，即使有 GPT-3 的經(jīng)驗，重新做一遍 Claude 也花了一年的時間。
• LLaMA 的團隊，即使有 OPT 和 BLOOM 的教訓(xùn)，也花了六個月的時間。
• GLM-130B 從立項到發(fā)布，花了兩年的時間。
• MOSS 的 alignment 的部分，在 RL 之前的內(nèi)容，也花了將近半年的時間，這還是沒算 RL 的。

因此，不用著急打榜，不用明天就看結(jié)果，不用后天上線 — 慢慢來，一步一步來。很多時候，困難但正確的路，反而是最快的路。

在這篇文章中，我們介紹了 C-Eval 的開發(fā)目標，過程，和重點考量的因素。我們的目標是幫助開發(fā)者更好地開發(fā)中文大模型，促進學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界科學(xué)地使用 C-Eval 幫助模型迭代。我們不著急看結(jié)果，因為大模型本身就是一件非常困難的事情。我們知道有哪些捷徑可以走，但也知道困難但正確的路反而是最快的路。我們希望這份工作可以促進中文大模型的研發(fā)生態(tài)，讓人們早一點體驗到這項技術(shù)帶來的便利。