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14-38 剑和诗人12 - RAG+ 思维链 ⇒ 检索增强思维（RAT）

news 来源：原创 2024/9/27 9:25:10

在快速发展的 NLP 和 LLM 领域，研究人员不断探索新技术来增强这些模型的功能。其中一种备受关注的技术是检索增强生成 (RAG) 方法，它将 LLM 的生成能力与从外部来源检索相关信息的能力相结合。然而，最近一项名为检索增强思维 (RAT) 的创新通过利用思维链 (CoT) 提示技术将这一概念更进一步，有望减轻幻觉并提高语言模型输出的事实正确性。

RAT 方法建立在 RAG 和 CoT 的基础上，结合了两种技术的优势，为语言理解和生成任务创建了强大而通用的解决方案。在这篇全面的博客文章中，我们将深入探讨 RAT 的复杂性，探索其基本原理、实施细节以及从其在各个领域的应用中获得的见解。

检索增强生成 (RAG)

在深入了解 RAT 的细节之前，必须先了解检索增强生成 (RAG) 的概念。RAG 是一种将 LLM 的生成能力与从外部来源（例如知识库或文档集合）检索相关信息的能力相结合的技术。

RAG 方法通常涉及两个主要组件：检索器和生成器。检索器负责根据给定的输入或提示从外部来源识别和检索相关信息。然后将检索到的信息传递给生成器，生成器是一个经过训练的 LLM，可以利用输入和检索到的信息生成相关且连贯的响应。

通过将外部知识纳入生成过程，与仅依赖训练数据的传统 LLM 相比，RAG 模型可以生成更具信息量、更符合事实、更能感知上下文的输出。这种方法在问答任务中特别有用，因为从外部来源检索和整合相关信息的能力对于提供准确而全面的响应至关重要。

思维链（CoT）提示技术

RAT 的另一个关键组成部分是思维链 (CoT) 提示技术，该技术已被证明可以提高 LLM 的推理能力。CoT 方法鼓励 LLM 将复杂问题分解为一系列中间步骤或“想法”，从而有效地模拟人类在解决问题时经常采用的逐步推理过程。

通过促使 LLM 产生一系列思路，模型可以明确表达其推理过程，从而有可能缓解 LLM 产生看似合理但缺乏连贯基本原理的输出的倾向。这种明确的推理过程有助于识别和纠正模型输出中的潜在错误或不一致之处，最终产生更可靠、更易于解释的结果。

检索增强思维 (RAT)：结合 RAG 和 CoT

检索增强思维 (RAT) 方法结合了 RAG 和 CoT 的优势，利用从外部来源检索相关信息的能力，同时鼓励 LLM 通过思路链提示技术明确地表达其推理过程。

RAT的实施通常遵循以下步骤：

使用零样本思维链 (CoT) 提示向 LLM 提出问题或任务。此初始提示鼓励 LLM 生成一系列中间想法或推理步骤来解决问题。
对于 LLM 生成的每个中间想法或推理步骤，使用问题或任务提示和特定推理步骤作为查询从外部来源检索相关信息。
根据检索到的与提示和当前推理步骤相关的上下文，相应地修改或细化思路链步骤。此步骤允许 LLM 将检索到的信息纳入其推理过程并根据需要调整其中间思路。
最后，使用修订后的思路链步骤和检索到的上下文生成最终答案或解决方案。此最终输出旨在通过利用 LLM 的推理能力和从相关来源检索到的外部知识提供全面且事实准确的答案。

通过将 RAG 的检索功能与 CoT 鼓励的明确推理过程相结合，RAT 方法旨在减轻 LLM 输出中有时可能出现的幻觉和事实不一致。检索到的信息充当基础机制，为 LLM 提供相关背景和事实知识以纳入其推理过程，而思路链提示则确保推理过程透明，并可根据需要进行改进或纠正。

实施细节和注意事项

实施 RAT 方法涉及几个实际考虑因素和潜在挑战。一个关键方面是选择要使用的检索机制和外部知识源。可以采用各种检索技术，例如稀疏向量表示（例如 BM25）、密集向量表示（例如 DPR）或两者的组合。检索到的信息的质量和相关性在很大程度上取决于所选的检索技术以及外部知识源的广度和深度。

另一个重要的考虑因素是 RAT 方法的迭代特性可能带来计算开销。每个中间推理步骤都需要单独的检索操作，这会导致每个答案产生大量的 LLM 调用和检索操作。这种开销可能会对计算资源和延迟造成挑战，尤其是在实时或高吞吐量应用程序中。

为了缓解这一问题，研究人员探索了各种优化技术，例如缓存检索到的信息、并行化检索操作或采用更高效的检索机制。此外，应仔细评估中间推理步骤的数量与 RAT 方法的整体性能之间的权衡，并针对具体任务和用例进行优化。

洞察和性能改进

RAT 方法已应用于各种领域，包括问答、代码生成、创意写作和任务规划，并产生了宝贵的见解和性能改进。一个值得注意的观察是，当应用于需要推理和事实正确性的任务时，RAT 可以带来显着的性能提升，而简单的 RAG 或 CoT 方法则不然。

例如，在代码生成方面，RAT 已被证明可以在 HumanEval 基准测试中将最先进的代码生成语言模型 CodeLlama 的性能提高 5.79%。这一改进可以归因于外部知识检索与思维链提示所鼓励的显性推理过程的结合，这有助于减轻错误代码的幻觉并确保生成的代码符合指定的要求和约束。

同样，在创意写作领域，RAT 已证明能够利用外部知识来源并通过思路提示引导法学硕士的推理过程，从而创作出更连贯、更符合事实的叙述。这种方法可以帮助克服法学硕士倾向于创作看似合理但事实不正确或不一致的叙述，从而产生更具吸引力和可信度的创意作品。

值得注意的是，与其他方法（例如简单的 RAG 或 CoT）相比，RAT 的相对性能改进可能因底层 LLM 的质量和能力而异。据观察，与 GPT-3.5 等较小的模型相比，更大、更强大的 LLM（例如 GPT-4）从 RAT 方法中受益更多。这可以归因于这些高级 LLM 改进的上下文学习和推理能力，它们可以更好地利用检索到的信息和 RAT 促进的显式推理过程。

14-38 剑和诗人12 - RAG+ 思维链 ⇒ 检索增强思维（RAT）

与其他方法和模式的关系

RAT 方法与 LLM 增强领域的其他模式和技术有相似之处，例如 ReACT 代理模式和检索增强模型的一般概念。Anthropic 提出的 ReACT 代理模式涉及提示 LLM、检索相关信息以及根据检索到的上下文细化提示的迭代过程。虽然 RAT 与此模式有一些概念上的相似之处，但它特别强调使用思路链提示技术来促进显式推理，并将检索到的信息纳入推理过程。

此外，RAT 方法可以看作是通用检索增强生成 (RAG) 方法的扩展或增强，该方法侧重于将 LLM 生成与外部知识检索相结合。然而，RAT 超越了简单的 RAG，它结合了思维链提示技术，鼓励 LLM 明确表达其推理过程，并根据检索到的信息完善其中间想法。

未来的方向和挑战

虽然 RAT 方法已显示出良好的结果，并有可能提高 LLM 在各种任务中的性能和可靠性，但仍有几个挑战和未来方向需要探索：

检索质量和知识源管理：检索信息的质量和相关性对 RAT 方法的有效性起着至关重要的作用。改进检索技术、管理高质量的知识源以及确保这些来源的多样性和覆盖面是需要关注的持续挑战。
计算效率和可扩展性：如前所述，RAT 方法的迭代特性可能导致计算开销和延迟问题，尤其是在实时或高吞吐量应用中。探索更高效的检索机制、缓存策略和并行化技术可以帮助缓解这些挑战并提高 RAT 方法的可扩展性。
可解释性和可说明性：虽然思路链提示技术鼓励 LLM 明确阐述他们的推理过程，但仍然需要更先进的技术来增强 RAT 方法的可解释性和可说明性。提高推理过程的透明度和可理解性可以增加对输出的信任，并促进更好的人机协作。
领域适应和迁移学习：RAT 方法的性能可能因不同的领域和任务而异。探索有效的领域适应和迁移学习技术有助于在更广泛的应用和领域中发挥 RAT 方法的优势。
与其他技术的集成：RAT 方法可以与 LLM 增强领域的其他技术和方法相结合，例如内存架构、强化学习或多任务学习。探索这些集成可以进一步提高性能并扩展功能。