【GPT入门】第9课 思维树概念与原理

【GPT入门】第9课 思维树概念与原理

1.思维树概念与原理

思维树(Tree of Thought,ToT )是一种大模型推理框架,旨在解决更加复杂的多步骤推理任务,让大模型能够探索多种可能的解决方案路径 ,并选出最优解。以下为你详细介绍:

  • 起源与背景:由普林斯顿和谷歌DeepMind联合提出。在大模型发展中,前谷歌大脑华人科学家Jason Wei提出的思维链(CoT)能增强大模型推理能力,但存在局限性。现有使用大模型解决通用问题的方法,局部上未充分探索思维过程的不同延续,总体上缺乏计划、前瞻或回溯机制。为解决这些问题,研究者提出了思维树框架。
  • 核心原理 :将问题解决视为在一棵思维树上进行搜索,每个节点都是一个状态,代表输入和思维序列的部分解。具体执行任务时需回答4个关键问题:
    • 思维分解:根据问题属性,将中间过程分解为合适的思维步骤。想法的粒度要恰当,既不能过大导致大模型难以连贯生成,也不能过小而无法评估其对解决问题的作用。
    • 思维生成器:基于树的当前状态,通过从思维链提示采样思维,或直接提出不同想法这两种策略,为下一个思维步骤生成多个候选者。
    • 状态求值器:评估不同状态在解决问题上的进展情况,以此作为搜索算法的启发式算法,来判断哪些状态值得继续探索以及探索的先后顺序。可以对每个状态独立赋值,也可以跨状态投票。
    • 搜索算法:根据思维树的结构,选用合适的搜索算法,如广度优先搜索(BFS)和深度优先搜索(DFS) 。BFS每一步维护一组最有希望的状态;DFS先探索最有希望的状态,必要时回溯到父状态继续探索。
  • 与思维链的关系:思维链是让大模型生成一系列中间推理步骤来增强逻辑推理,而思维树是在思维链基础上的进一步发展。思维链是线性的推理路径,思维树则允许模型尝试多种不同的推理思路,进行自我评估、选择下一步行动方案,还能在必要时回溯,使大模型思维更加灵活和全面。
  • 应用案例 :
    • 24点游戏:将模型的思维过程分解为3个步骤,每个步骤是一个中间方程。利用思维树进行宽度优先搜索,每一步保留最好的若干候选项,并让大模型评估每个思维候选项达成目标的可能性,基于常识消除不可能的部分,最终大幅提升问题解决成功率。
    • 创意写作:对于给定多个随机句子,要求输出连贯段落的任务。构建深度为2的思维树,大模型先生成中间思维步骤,探索不同写作思路,然后基于这些思路生成最终的连贯段落,激发创造性思维以及高级规划能力。
    • 迷你填字游戏 :思维树可以帮助大模型在填字过程中,探索不同的单词选择和填写顺序,通过评估每个状态来逐步完成填字任务,提高填字的准确率和效率。

2. 算24游戏的方法

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