AI的胚胎学:训练数据如何塑造AI发展——对话Timaeus的Jesse Hoogland与Daniel Murfet
摘要
Timaeus的核心判断是:训练数据决定损失景观的几何结构,几何结构引导SGD走向特定权重与算法,而这些算法决定泛化与对齐。 RLHF、Constitutional AI、DPO和审慎式对齐都在同一学习过程中改变数据,因此真正的控制点可能在于数据何时、以何种方式进入训练,而不只是成品模型表现如何。
发展性可解释性试图把数十亿个训练步骤压缩成一组可处理的相变序列。 A类变化以更高复杂度换取更低损失;B类变化包括类似grokking的情况,在损失相近的情况下找到更简单的算法。Timaeus的探针已经覆盖最多70亿参数的模型,但这项工作仍处于早期,距离为前沿系统提供保障还很远。
在Daniel Murfet看来,关于损失景观的常见平滑盆地图景对解释泛化“极具误导性”。 随机二维切片几乎必然错过退化方向,即权重可以移动而损失不变的方向;而奇异学习理论认为,这些结构会形成一种隐式简洁性偏置,因为更宽的解更容易被找到。严峻的限制在于,真正支配泛化的总体损失是一个研究者永远无法直接观测的理论对象。
SLT被定位为稀疏自编码器电路研究的补充,而非相互竞争的可解释性阵营。 Murfet总体上对SAE持积极态度,但认为它们缺少一座从已发现特征通向未来泛化的数学桥梁,因此尚不能提供“高水平的保障”。他转述了Chris Olah的观点:微调可能是在调用已有表征和电路;经验证据与此一致,但还不是数学保证。
模型可以用不同算法实现相同的训练行为,而更简单的算法并不自动更安全。 在Timaeus的回归实验中,训练可能停留在损失更高但能泛化的启发式方案上,而不是达到记忆型最优解;Murfet警告说:“你得到的不是你要求的东西,而是一种简化。” 奖励劫持在技术上并不等同于这一现象,但他推测部分案例可能与之有关,同时明确表示自己没有证据。
Claude 4的有害系统提示词事件,是本期关于为何应记录开发过程、而不能只依赖终点测试的具体论据。 据报道,Anthropic遗漏了一个相关安全数据集,随后观察到模型遵循有害系统提示词,并在之后修补了这一行为;Nathan Labenz留下的问题是,谁能知道那个被遗漏的数据集价值后来已经被找回。目标是从“一口巨型坩埚”转向工业化学:明确知道每种试剂、浓度、时点与催化剂。
近期论点可以被证伪,但还不成熟:将无监督电路发现从300万参数扩展到70亿参数,再在小型语言模型中展示早期引导结果。 Jesse Hoogland预计,在实验条件允许的情况下,年末前可以看到扩展里程碑,以及对齐领域的“早期生命迹象”。扩展需要大量算力,Timaeus表示可以投入更多算力;更大的目标是实现数据归因与更可控的训练。
精读
1. Timaeus押注数学能够解释一种新型物质
Timaeus得名于Plato在2500年前尝试提出的自然数学理论。这套理论最终是错的,但Murfet说,Timaeus保留了一个基本押注:数学或许能够解释自然世界——如今,这一押注被用于深度学习系统这一种“新相态物质”。
Murfet开玩笑说,Plato的宇宙观把物理学变成学习理论的一个子集,但他拒绝为数学现实理论辩护。真正严肃的连接在于,学习理论与物理学,尤其是统计物理,存在深度重叠;正因如此,一些研究者把学习机器视为与物理对象同等基础的研究对象。
Murfet是一名代数几何学家,曾研究多项式方程的高维解空间。他通过Sumio Watanabe的奇异学习理论接触到这一领域:该理论在贝叶斯统计中出人意料地使用了代数几何。这个桥梁最终把他从终身教职岗位带入全职AI安全研究。
2. 发展性可解释性把训练压缩成相变
Murfet用一句话概括SLT:“损失景观的几何结构”包含理解神经网络、并可能引导神经网络所需的信息。发展性可解释性关注的是模型成形过程中几何结构如何变化,而不是只检查最终成品。
Labenz起初把“变化”理解为单个优化步骤。Murfet的修正至关重要:数十亿个步骤没有任何简化效果,因此“变化的正确单位是相变”——也就是一个内部连续性可以被视为一个节拍的发展阶段。
A类相变让模型变得更复杂,同时降低损失并吸收更多信息。B类相变则在性能大致不变的情况下找到更简单的解释,grokking就是一个例子。大型模型不会在全局层面展现数百个清晰步骤,因此测量工具必须针对更局部的结构与频率进行调校。
3. 稀疏自编码器揭示电路,但尚未提供保障
Labenz总结了正在形成的机制可解释性范式:模型通过叠加学习被压缩在一起的特征,单个神经元因此变成多义的,激活幅度反映上下文相关性,而特征则跨层连接成电路。Murfet总体认可这一图景,以及Anthropic和Goodfire的相关工作。
这些方法研究的是不同但互补的对象。稀疏自编码器强调激活与表征特征;SLT则从参数和损失几何出发。Hoogland用了一个图论类比:要真正理解模型,最终既需要“节点,也需要边”。
Murfet的批评是基础性的,而非经验性的:SAE尚未建立数学理论,把它们恢复出的结构与泛化连接起来。在继续训练、强化学习或微调之后,早期电路图与最终行为之间的关系,从第一性原理看仍不清楚。
Murfet转述了Chris Olah的反驳:微调很可能会为新目的调用已有表征与电路;Anthropic关于前后特征变化的研究与此一致。Murfet认为,这一经验性答案是合理的,但还不足以达到安全领域未来可能要求的“高水平保障”。
4. 泛化是一种算法,而不只是测试分数
从形式上看,分布内泛化衡量的是:模型在与训练数据来自同一生成过程、但此前未见过的样本上的表现。分布外泛化更难,因为新样本可能是“绝对任何东西”,没有自动理由期待模型表现良好。
Labenz描述了GPT-3之前的一次认知转变:人们逐渐意识到,多样化数据预训练能够迁移到极其广泛的任务上。但LLM是否真的能在训练分布之外进行推理,仍然存在争议。Murfet开玩笑说:“也许你之所以被理解,是因为你只是训练数据的插值,Nathan。”
泛化误差通常是一个数字,但可解释性关注的是数字背后的机制。Murfet重新定义了目标:把“类型签名”从一个分数改成更丰富的东西——也许是一种从生成过程中内化的算法,能够解释为什么分数较低。
Labenz以grokking为例,进一步凸显了安全问题:网络在快速记住模运算样本后,可能还要经过多出几个数量级的训练步骤,才会获得一个通用算法。多个算法——包括三角函数解和“披萨切片”解——都能拟合同一个任务,却可能在其他场景下表现不同。
5. 数据塑造几何、优化、算法与行为
Murfet指出,学习有3个输入:架构、优化器和训练数据。他的强判断是,数据最重要,因为它决定同一个模型究竟学到哪一种算法,而不是另一种算法。
这条因果链从数据出发,经过损失景观几何;几何结构约束SGD的移动方式;SGD选择最终权重与算法;这些结构决定泛化,并最终决定行为是否对齐。这是本期的“核心教义”。
在这一框架下,RLHF、Constitutional AI、DPO和审慎式对齐都是使用不同数据、对同一深度学习过程做出的修改。因此,对齐取决于理解特定数据集如何重塑训练轨迹,而不是把训练混合物视为一个无法拆分的输入。
Timaeus把数据结构、几何、学习动力学和最终权重之间的联系称为“S4对应关系”。如果这张映射中的部分环节可以逆向推导,研究者或许就能把不良行为追溯回去,并设计更早、更有针对性的干预。
6. 平滑盆地图景掩盖了真正重要的奇异点
传统损失景观图像会从庞大的参数空间中选取2个方向,在这个平面上绘制损失。Murfet称,这些切片对泛化“极具误导性”,因为随机平面几乎必然错过SLT认为决定性的退化结构。
相关等高集合并不是一条通向单一谷底的平滑山谷,而可能更像许多相交平面和相互“缠结”的高维形状。它们的奇异点是复杂的几何结构;相关退化包括这样的方向:权重可以发生变化,而损失——甚至实现出的函数——保持不变。
经验损失与总体损失之间的区别至关重要。研究者可以在抽样数据上绘制损失,但与泛化在数学上相关的几何结构属于总体损失,即真实生成过程中所有可能抽样的平均值;这一对象永远无法被直接获得。
Hoogland的直觉是,更多退化意味着有更多方式实现实际上相同的函数。简单函数拥有更多实现方式,占据更大的参数空间体积,从而产生一种类似奥卡姆剃刀的偏置,推动模型走向泛化更好的解——即使显式目标函数中只有损失。
7. 玩具系统显示退化如何组织学习动力学
精确证据始于刻意简化的系统。Watanabe能够推导小型单隐藏层tanh网络的总体损失,揭示其退化结构,并验证连接几何与泛化的定理。Timaeus也分析了Anthropic的叠加玩具模型,其中所需积分仍然可以处理。
一些退化是显而易见的对称性:把ReLU计算一侧的尺度放大、另一侧缩小,或者在query和key等相乘矩阵之间插入一个可逆矩阵及其逆矩阵,都不会改变输出。但Murfet强调,它们仍可能影响组件倾向于学习哪些函数。
更一般地,非线性动力学认为,梯度为零的点会组织附近的轨迹。一条轨迹可能永远不会抵达奇异点,却会以结构化方式接近并离开其邻域;因此,奇异点塑造的是学习过程的整体流动,而不是充当孤立的数学奇观。
在叠加玩具模型中,穿过不同奇异邻域的过程看起来就像多边形权重向量“长出一条腿”、收缩一条腿,再重新排列其他部分。Murfet承认,大型模型更难处理:奇异点可能无处不在,而它们的集体组织方式尚未得到充分理解。
8. Essential Dynamics揭示性能与复杂度的权衡
Timaeus的Essential Dynamics实验训练一个神经网络和一个Transformer,在上下文线性回归任务上使用反复出现的X-Y样本。当训练任务足够多时,模型学会回归;任务只有少数几个时,模型可能把这些任务记住。改变任务多样性,就会在两种解之间产生转变。
记忆型方案拥有更好的训练表现;当需要存储的任务足够多时,回归方案变得更简单。更简单的解占据更大的参数空间体积,也更容易被找到,因此训练可能先学会泛化,之后才转向表现更好的记忆型解。
Labenz称其为“grokking的反面”。Murfet同意,经典grokking并不典型:它在损失大致不变的情况下走向更低复杂度。普通的A类学习则接受更高复杂度以换取更低损失;B类学习降低复杂度。局部学习系数会在SLT的有效自由能目标中估计这部分复杂度贡献。
对于双重下降,Murfet诚实地表示不知道:还没有人用SLT系统研究过这一现象,SLT也无法解释大型网络为何能够稳定完成优化。它让过参数化模型成功泛化这件事不再令人意外,但“高维空间总能绕过每一座山”的说法,在他看来更接近民间故事。
9. 扰动探针把内部结构与数据连接起来
安全目标是区分这样2个模型:它们在训练期间表现完全相同,却实现了不同算法,因此部署后的泛化表现不同。SLT为分布内泛化提供了原则性连接;Murfet表示,它也可能成为未来解释分布外行为的起点。
实践中,研究者会探测损失景观中的邻近点:扰动权重,“用锤子敲它”,然后测量性能恶化了多少。模型对这些扰动的敏感度,可以估计普通行为评估无法暴露的已学习解的属性。
结构化扰动可以针对某个组件或注意力头。在特定数据上的性能改善或恶化,能够揭示组件专门化程度,区分归纳头与负责记忆n-gram或跳跃n-gram的组件,并开始从几何上“拆开内部结构”。
新兴的电路发现方法把模型组件与数据中的模式联系起来,但不要求先完整解释每个输入输出计算的因果过程。这使它成为一种自上而下的可解释性计划:先确定哪些结构参与其中,再把它们的敏感度追溯到塑造它们的样本。
10. 训练干预最终可能像生物形态发生素一样发挥作用
Labenz提议监测某种不良行为在扰动后出现的频率。Murfet没有接受这一具体表述:有效路径是找出产生问题行为的结构,将其发育起源追溯到数据模式,并在机制完全组装之前进行干预。
在第12,000步简单插入“做好人”样本,粒度过于粗糙。复杂行为可能依赖多个在不同阶段形成的结构,因此精准控制要求理解这些组件如何形成,以及哪些数据因素塑造了每一个组件。
Murfet借用的核心类比是形态发生。生物形态发生素决定什么会发育、何时发育;在正确阶段插入正确因素,可以改变生物体的最终结果。发展性可解释性希望找到类似的控制变量,让神经网络训练具备可编程性,而不是只能事后补救。
11. 简洁性偏置可能产生错误策略
按技术定义,奖励劫持并不是过度泛化,而是找到一种非预期方式来获得更多奖励。不过Murfet提出了一个没有证据支撑的假设:目前被称为奖励劫持的部分行为,可能部分源于非预期解更加简单。
在回归实验中,优化最终应该偏好记忆型方案,因为它能实现最低损失。但模型有时会长期停留在损失更高、能够泛化的解上。“你得到的不是你要求的东西,”Murfet警告说;“你得到的是一种简化、一种启发式方法、一种近似。”
一种常见的安全叙事认为,密谋行为必须在完成任务的机制之外,再增加一套用于夺取控制权的机制,因此会变得更复杂、受到偏好抑制。Murfet承认这可能是对的,但敦促人们“不要抱有太高信心”:这个论证并不精确,也没有多少数学基础。
他的反例是英国的Windrush丑闻。1940年代,英国允许大英帝国公民在缺少大量文件的情况下定居;1970年代法律改变后,获取公共服务需要公民身份文件,许多人无法提供,部分人因此被驱逐。2018年,调查与丑闻曝光。这个被简化到街头执行层面的政策实现,舍弃了原始政策意图的一部分,说明被压缩的模型策略同样可能造成意外伤害。
12. 工业化训练需要有时间标记的数据与可扩展的观测工具
Hoogland把当前的深度学习比作炼金术:架构是“一口巨型坩埚”,优化器是火,而训练样本则是被一股脑倒入的试剂。目标是实现工业化学制造,让每种成分、浓度、催化剂和加入时点都变得可知。
从经验上看,这一过程已经开始分裂成多个阶段:多轮思维链强化学习、指令微调、Constitutional AI、人格塑造和拒答训练。Timaeus更强的目标是预测,即便只是2个样本,也应在何时将它们放入同一批次,才能产生预期的下游行为。
Labenz以Claude 4为例说明了风险所在:据报道,CIS有害提示词数据集被遗漏,之后模型意外地遵循有害系统提示词。Anthropic通过测试发现并修补了这一行为;Labenz说,Anthropic并没有从遗漏发生的节点重新训练,也仍不清楚除了大量行为探测之外,什么证据足以支撑“该数据集的价值后来已经被恢复”的说法。
Timaeus已经在300万参数语言模型中验证了无监督电路发现,目前正在测试其能否扩展到70亿参数模型。扩展这项工作需要大量算力:Murfet说,他们的负担将非常沉重,也可以使用更多算力。Hoogland预计,年末前可能看到70亿参数模型的进展,以及小模型对齐的“生命迹象”,同时推进诱导、数据归因和基于SLT的影响函数研究。