【大模型】解码策略:Greedy Search、Beam Search、Top-k/Top-p、Temperature Sampling等

解码策略:从Beam Search到Top-k/Top-p采样

在自然语言处理(NLP)的生成任务中,例如机器翻译、文本摘要、对话系统等,模型会输出一系列表示下一个词++概率的分布++解码策略Decoding Strategy )就是如何从这些概率分布中选择词语,最终生成一个连贯且高质量的序列。

一个好的解码策略不仅能让模型输出通顺的句子,还能兼顾多样性和创造性。本文将介绍几种常见的解码策略,从经典的贪心搜索到更先进的采样方法。

文章目录

  • [解码策略:从Beam Search到Top-k/Top-p采样](#解码策略:从Beam Search到Top-k/Top-p采样)
    • [1. 贪心搜索 (Greedy Search)](#1. 贪心搜索 (Greedy Search))
    • [2. Beam Search (集束搜索)](#2. Beam Search (集束搜索))
    • [3. 采样策略 (Sampling Strategies)](#3. 采样策略 (Sampling Strategies))
      • [3.1. 随机采样 (Random Sampling)](#3.1. 随机采样 (Random Sampling))
      • [3.2. Top-k 采样 (Top-k Sampling)](#3.2. Top-k 采样 (Top-k Sampling))
      • [3.3. Top-p 采样 (Nucleus Sampling)](#3.3. Top-p 采样 (Nucleus Sampling))
    • [4. 结合策略](#4. 结合策略)
    • 总结

1. 贪心搜索 (Greedy Search)

贪心搜索 是最简单直接的解码策略。在每一步,它都选择当前所有词汇中概率最高的那个词作为下一个词,直到生成结束符或者达到最大长度。

优点:

  • 简单高效: 计算成本最低,生成速度快。

缺点:

  • 局部最优: 由于每一步都只关注当前最优,可能会错过全局最优解。一旦某个词的选择是错误的,后续的生成就会受到影响,导致最终结果不理想。
  • 缺乏多样性: 每次都会生成最"安全"的句子,使得生成文本的重复性高,缺乏新意。

适用场景:

  • 对生成质量要求不高,或追求极致生成速度的场景。

Beam Search 是贪心搜索的改进版,它在每一步会保留 k 个(kbeam width ,集束宽度)当前概率最高的序列,而不是只保留一个。在每一步生成时,它会考虑这 k 个序列的扩展,并从所有扩展中选择概率最高的 k 个序列进入下一步。

**优点:

  • 比贪心搜索更优: 有效地缓解了贪心搜索的局部最优问题,因为保留了多个路径,增加了找到高质量序列的可能性。
  • 生成质量较高: 在机器翻译等任务中表现优异。

缺点:

  • 计算成本更高: 需要维护和计算 k 个序列的概率,生成速度比贪心搜索慢。
  • 缺乏多样性: 虽然比贪心搜索有所改善,但由于仍然倾向于选择高概率的序列,生成的文本多样性仍然不足,容易出现重复或"通用"的回答。
  • 重复问题: 在某些情况下,Beam Search 可能会倾向于生成重复的短语或序列。

适用场景:

  • 对生成质量要求较高,但对多样性要求不那么严格的场景,例如机器翻译。

3. 采样策略 (Sampling Strategies)

为了解决贪心搜索和Beam Search在多样性上的不足,研究者们提出了各种采样策略。这些策略不再总是选择概率最高的词,而是根据概率分布进行随机采样,从而引入更多随机性,增加生成文本的多样性。

3.1. 随机采样 (Random Sampling)

随机采样直接根据模型给出的概率分布进行采样。例如,如果词A的概率是0.7,词B的概率是0.3,那么有70%的概率选择词A,30%的概率选择词B。

优点:

  • 多样性好: 能生成很多不同的文本。

缺点:

  • 质量不稳定: 有时会采样到概率很低但语义上不合理的词,导致生成质量下降。

3.2. Top-k 采样 (Top-k Sampling)

为了缓解随机采样中生成低质量词的问题,Top-k 采样 只在概率最高的 k 个词中进行采样。模型会先将词汇表中的词按照概率从高到低排序,然后只保留前 k 个词,并对这 k 个词的概率进行重新归一化,再进行采样。

优点:

  • 平衡质量与多样性: 既保证了生成文本的一定质量,又引入了随机性,增加了多样性。

缺点:

  • k 值选择困难: k 的选择对生成结果影响很大。k 太小可能导致多样性不足,k 太大则可能引入低质量的词。k 值的固定性使其无法自适应不同上下文的概率分布。

3.3. Top-p 采样 (Nucleus Sampling)

Top-p 采样 (也称为 Nucleus Sampling ) 是一种更灵活的采样策略。它不再固定采样数量 k,而是选择概率累积和达到 p 的最小词汇集合进行采样。例如,如果 p=0.9,模型会从那些累积概率达到90%的词中进行采样。

优点:

  • 自适应性强: 能够根据当前概率分布的形状(平坦或尖锐)自适应地选择采样词汇的数量,更智能地平衡质量与多样性。
  • 生成质量高: 通常能生成更流畅、更自然的文本。

缺点:

  • 计算稍复杂: 需要对词汇进行排序和累积概率计算。

适用场景:

  • 对生成文本的多样性和质量都有较高要求的场景,例如创意写作、对话生成等。

4. 结合策略

在实际应用中,有时还会将不同的解码策略结合起来使用,例如:

  • Temperature Sampling (温度采样): 在采样之前,通过调整"温度"参数来平滑或锐化概率分布。高温度会使分布更平坦,增加采样多样性;低温度会使分布更尖锐,更接近贪心搜索。温度采样可以与Top-k或Top-p采样结合使用。
  • 带有惩罚项的解码: 为了避免生成重复的短语或单词,可以在解码过程中引入惩罚项,降低已生成单词的概率。

总结

选择合适的解码策略对于生成任务的最终效果至关重要。

  • 如果你追求速度和局部最优贪心搜索是一个选择。
  • 如果你追求更高的质量和较好的表现Beam Search 是一个常用的选择。
  • 如果你追求文本的多样性和创造性 ,同时保持一定的质量,那么Top-k 采样Top-p 采样(尤其是Top-p采样)会是更好的选择。

随着生成模型的不断发展,未来可能会有更多高效且智能的解码策略涌现,它们将进一步提升模型的生成能力。理解这些解码策略的原理和优缺点,能帮助我们更好地利用生成模型,创造出更丰富、更自然的文本。

相关推荐
在美的苦命程序员1 分钟前
中文语境下的视频生成革命:百度 MuseSteamer 的“产品级落地”启示录
人工智能·百度
kngines17 分钟前
【字节跳动】数据挖掘面试题0007:Kmeans原理,何时停止迭代
人工智能·数据挖掘·kmeans
Kali_0721 分钟前
使用 Mathematical_Expression 从零开始实现数学题目的作答小游戏【可复制代码】
java·人工智能·免费
贾全27 分钟前
第十章:HIL-SERL 真实机器人训练实战
人工智能·深度学习·算法·机器学习·机器人
每日摸鱼大王32 分钟前
互联网摸鱼日报(2025-07-01)
人工智能
GIS小天42 分钟前
AI+预测3D新模型百十个定位预测+胆码预测+去和尾2025年7月4日第128弹
人工智能·算法·机器学习·彩票
我是小哪吒2.01 小时前
书籍推荐-《对抗机器学习:攻击面、防御机制与人工智能中的学习理论》
人工智能·深度学习·学习·机器学习·ai·语言模型·大模型
慕婉03071 小时前
深度学习前置知识全面解析:从机器学习到深度学习的进阶之路
人工智能·深度学习·机器学习
荔枝吻2 小时前
【AI总结】Git vs GitHub vs GitLab:深度解析三者联系与核心区别
人工智能·git·github
Jamie201901062 小时前
高档宠物食品对宠物的健康益处有哪些?
大数据·人工智能