Prompt自动化进阶之路：不会走也能飞

引言

提示工程是大模型使用的第一道坎，写出高质量的PE有一定门槛，偷懒的小白该怎么办？

大模型时代，提示工程（PE）成了重中之重。

（1）PE为什么重要

NLP四大范式

第一范式：非神经网络时代的完全监督学习 （特征工程）。大量任务相关的训练数据，借助特征工程和算法（朴素贝叶斯Naïve Bayes、支持向量机SVM、逻辑回归LR等）；
第二范式：基于神经网络的完全监督学习 （架构工程）。也要大量任务相关的训练数据，通过深度学习方法自动获取特征(表示学习)进行端到端分类学习；
第三范式：预训练-精调范式 （目标工程）：当前使用比较多的预训练+微调范式，通过预训练方式(比如掩码语言模型Masked Language Model)来学习海量的语言学知识，然后下游使用少量任务相关数据对预训练模型进行微调即可；
第四范式：预训练-提示-预测范式 （Prompt工程）：当前进入了Prompt Learning提示学习的新范式，使用Few shot或者Zero-shot即可完成下游任务。

第四范式（提示学习），相比上一代两阶段（pretrain+finetune）范式，不需要针对具体任务做领域微调，只需通过prompt提示词描述下游任务就行, 模型参数都不用更新。

提示学习让任务执行能力进一步收敛到基础模型(GPT系列大模型)，作为"纽带"的提示工程当然成了重中之重。

傅盛在极客公园演讲里说：

如果创业者只学习大模型的一个技术点, 应该是什么? Prompt!
BUT
投资人看不上Prompt ，嫌薄
工程师看不起Prompt ，嫌浅

自然语言的压缩性导致歧义性，加上行业专业属性，让prompt成为嫁接大模型逻辑能力和应用需求的桥梁。

（2）Prompt组成要素

prompt只是一串都能看懂的文字，包含上文、指令、输出要求等，但它面向机器（大模型），和人们日常沟通使用的语言有很大区别

prompt像说明书，精确而又全面描述需求，写满了详细性能指标参数。
把具体需求转述成为机器高效理解的优质prompt，反直觉、反人性

上一篇提示工程文章（Prompt提示工程编写指南）里介绍了Prompt的基本组成和编写建议。

Prompt 包含以下四个元素：

指令 Instructions：希望 LLM 执行什么任务；
上下文 （语境）Context：给 LLM 提供一些额外的信息，比如可以是垂直领域信息，从而引导 LLM 给出更好的回答；
输入数据 Input data：希望从 LLM 得到什么内容的回答；
输出格式 Output indicator：引导 LLM 给出指定格式的输出

除了以上元素，配合调试temperature和top_p两个超参。

如果希望答案更稳定，参数调低
如果想让答案更加多样化，参数调高

总结起来，好的prompt应该长这样：

清晰、明确、表述完整、包含语境、提供示例、明确输出格式

（3）PE不容易

提示工程（PE）师们需要不断尝试不同表述方式、微调、避免偏见和不合适的内容、边界案例、测试优化、选择合适的长度，以及相互协作，贡献点子等等。

甚至涉及心理学，把大模型当人！

起初，大家以为把大模型当"佣人"发布指令就行，但近期有人发现，把大模型当"大爷"的效果更好。

大模型也跟人一样，好好说话，更好办事儿。

为什么会这样？多半跟训练语料、方法有关，数据中不客气的表达被过滤，训练时多个维度对齐人类。

其实，不止是礼貌用语，提示词末尾强调重要性也能得到好效果，【2023-11-12】中科院一篇论文里提到：

大模型有一定情感智能，原始 prompt 上增加一些情绪刺激，指令遵循上会相对提升8%，通用领域能力会提升 10.9%

提示工程看起来越来越玄学了，写出高质量的提示词没那么容易

PEer既要懂任务背景，也要懂自然语言，还要懂计算机，还得有足够的耐心，不骄不躁，愈挫愈勇。

设计轮廓：任务、输出、示例
逐个雕刻：收集Bad Case，优化prompt，同时回归测试
动作要轻：修改prompt时，尽量增量修改，不易用力过猛
整体打磨：针对局部细节，预估各种情形
大众评审：让别人来交叉调试，吸纳不同意见

prompt编写规则有了，接下来开始"炼丹"，不停改进，直至达到预期效果

（4）可控性提升

如何提升prompt推理能力？

早期的Input-Output Prompting（简称IO）类似人的直觉思维（system 1），假设LLM完全理解prompt的要求，包括其中逻辑推理，而实际上LLM复杂推理能力不足。如简单的算术运算、逻辑题。

CoT 思维链（Chain of Thought Prompting）将"解题"的中间过程融入prompt示例，逐步演示，典型代表：

Zero-Shot CoT：2022年1月，Google Brain的Jason Wei的"Let's think step by step"一步步思考，2023年9月，DeepMind推出的 Let's work this out in a step by step way to be sure we have the right answer.深呼吸，进一步提升了LLM效果。
Few-Shot CoT：推理示例集成。人工提供几个示例，植入prompt中，让LLM学习到。

CoT虽然简单、有效，但依然有其局限性：模型不能太小，推理领域有限，推理能力依然不足（解不了小学数学题）

那么，如何改进？全球各地大拿们纷纷贡献自己的方案。

一张图总结CoT演化路线：

【CoT-SC】Self Consistency with CoT
【ToT】Tree of Thoughts
。。（略）。。

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（5）编写效率提升

如何提升Prompt编写效率？

OpenAI应用研究负责人翁丽莲博客 smart-prompt-design初步总结了prompt优化路线

① 当做可训练参数，在embedding空间上通过梯度下降直接优化
2020, AutoPrompt
2021, Prefix-Tuning 连续虚拟token提升效果
2021, P-tuning
2021, Prompt-Tuning
② LLM 生成候选指令，继续用LLM打分，选择最高的作为最佳Prompt
2022, APE (Automatic Prompt Engineer)

路线①可以根据下游任务，通过自动微调prompt来提升模型效果；

路线②则将prompt优化交给LLM。成本低，更容易推广，下面介绍了学术界和工业界的探索经验。

（6）学术界探索

自从2020年提示学习（Prompt Learning）诞生，学术圈便意识到其中的价值，纷纷发力探索Prompt自动化方法。

【2020-11-7】伯克利推出autoprompt，根据用户输入触发关键token，按照模板拼接成提示语
【2022-6-5】个人（Disha）发布prompt自动生成框架 Repo-Leval Prompt Generator，无需获取模型权重，当黑盒处理。
【2022-7-10】百度提出PromptGen，第一篇动态生成prompt的文章
【2022-11-3】多伦多大学发布APE(Auto Prompt Engineers)框架，仿照斯坦福的self-instruct思路，利用LLM生成prompt
【2023-5-4】微软首次将梯度下降优化方法应用到prompt生成上，提出APO
【2023-9-29】谷歌没用梯度下降，而是充分发挥LLM本身的推理能力，提出OPRO
【2023-10-4】清华引入进化算法，推出Evo-Prompt
【2023-10-20】MIT反过来，让LLM提问，用户作答，交互式生成Prompt
【2023-10-25】加州大学用智能体来自主探索优化Prompt