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AI 能否自我改进?[Chris Lu, Robert Lange, Cong Lu]
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AI 能否自我改进?[Chris Lu, Robert Lange, Cong Lu]

摘要

  • LLM 可以把算法设计从手工试错转化为可规模化的搜索过程,充当“非常强大且智能的变异算子”。 DiscoPOP 让模型提出简短的偏好优化目标、进行测试,再将结果反馈进上下文;它以代码、数学、物理等领域提供的结构化探索,替代跨数百万参数的随机扰动。结果可能形成一层自动化研发能力,把资金和算力转化为有用的算法洞见。

  • 这套经济逻辑并不要求机器研究员在单次表现上超过最优秀的人类。 Robert Tjarko Lange 认为,即便系统“比人类能做到的差50%”,也可能凭借大得多的吞吐量胜出;Chris Lu 目前将这些模型的水平定位在本科生或博士一年级。人类仍是监督者和品味筛选者,负责选择重要问题,并从海量技术上成立但缺乏吸引力的结果中做取舍。

  • DiscoPOP 最值得玩味的结果,是一种非凸偏好损失函数,其不连续性可能使其更能抵御噪声数据。 Chris 推测,局部最优可以吸收错误观测,而全局最优处理其余部分,但他强调这一点很难严格证明。最终产物仍只是约5–8行可读代码,其中一个异常的指数项单独看效果有限,却可能在组合中发挥作用。

  • 模型坍缩确实值得担心,但几位嘉宾并不认为递归式AI研究必然耗尽创造力。 他们提出的防线包括人类生成的输入、随机配对无关领域、进化交叉、质量—多样性方法,以及不断扩大的“垫脚石”档案,主动注入“外部熵”。瓶颈将转向多样性机制、选择、评估,以及维持高效搜索分布。

  • 专门化的小模型或许能拿下优化市场中相当一部分需求,同时避开前沿模型的推理成本。 Lange 的黑盒实验显示,较小的 Llama 2 和 PaLM 2 有时表现出人意料地好;该方法也能处理约50维以内的无梯度问题。分词和表示方式影响巨大:整数离散化起初优于浮点输入,不过较新的前沿模型已经在削弱这一限制。

  • Automated Design of Agentic Systems 把搜索范围从单个损失函数扩展到了完整的软件组织。 Cong Lu 的系统可以发现包含初始求解器、精炼器、专门化批评者、辩论、工具和代码的长链路、反直觉工作流;一个用 GPT-3 在数学任务上低成本优化的智能体,后来迁移到了 GPT-4、其他数学领域,甚至文学任务。其上限在于通用编排,但运行时间、API成本、退化循环和基准过拟合必须成为明确目标。

  • The AI Scientist 证明了可以串联创意生成、编码、实验和写作,但还不能替代成熟的科学判断。 它当前的流程过于线性:即使结果为负,也可能只做一次消融实验就开始写论文;而 Lange 认为人类科学更接近80%的假设淘汰和20%的结果整合。下一次能力跃迁,取决于保留失败实验、修正因果假设,并从论文未披露的、规模大得多的“冰山一角”中学习。

  • 如果“资金、算力和API调用等于一篇论文”,稀缺资产就会从论文生产转向可信筛选。 几位嘉宾设想了纯AI会议、模型评审、辩论,以及漏斗顶端的人类验证,同时质疑会议接收是否仍是衡量贡献的合适单位。他们更偏好的指标接近思想随时间的扩散:一个想法是否改变了后续工作,同时考察验证、可复现性、评估和面向人的接口。

精读

1. 偏好优化研究变成可执行的搜索循环

  • Chris 的电梯式介绍始于一个令人不适的观察:偏好算法理论上应由专家凭借数学判断设计,但实际过程很大程度上是“大量试错”。LLM 吸收了数学直觉,也能编写代码,因此可以在更宽广的搜索空间中进行多得多的尝试。

  • Lange 将这一循环描述为进化式黑盒优化器。模型命名并解释一个候选 PyTorch 风格目标函数,系统用它训练并评估下游偏好表现,再把结果送回上下文,让下一次提案建立在此前成功或失败的基础上。

  • 早期元进化工作把损失函数编码成神经网络,在数千规模的种群中随机扰动数百万个参数。大多数扰动都没有产生有用结果;相比之下,LLM 的提案带来“结构化得多的探索”,因为预训练为可能成立的程序提供了先验。

  • 最终的模型不只是代码生成器,而是 Lange 所说的“一种非常强大且智能的变异算子”。它可以组合平滑、正则化,以及来自机器学习、物理、化学或经济学的其他概念,而不是只围绕某位研究者的阅读经历进行局部搜索。

2. 创造力可能是在人类无法搜索的超大空间中进行插值

  • 主持人质疑,一个受训练分布约束的模型能否提出范式级的新想法。Lange 以 Picasso 为例回应:他是“他那个时代的孩子”,在一个包含 Salvador Dalí、Joan Miró 等艺术家的“凸包”中找到了立体主义。

  • Lange 的意思并不是 LLM 能够无限外推,而是:在一个规模极大、维度极高的语料空间中进行插值,已经足以连接单个研究者从未同时接触过的概念。“在这个阶段,插值本身……已经足以创造大量我们能带给社会的价值。”

  • Chris 补充说,可以通过温度、束搜索或其他采样选择,更有意识地鼓励创造力,不过 DiscoPOP 并未充分探索这些方法。系统已经在进行序列化推理:尝试一个想法、检查失败、形成解释,再把幸存的组件混入下一个候选方案。

3. DiscoPOP 找到了一种可能被传统品味否定的奇怪损失

  • Chris 纠正主持人的描述,强调 DiscoPOP 并非凸函数:它包含不连续点、局部最优和全局最优。大多数手工设计的损失函数偏好一个干净的最优点,而这种结构恰恰是自动化搜索能够绕开主流直觉发现的结果。

  • 他们的假设是,局部最优可能吸收噪声或错误的偏好数据,其余部分则继续向全局解优化。Chris 保留了不确定性:论文提供了一些证据,但“真的很难严格证明这一点”。

  • 他们此前的 Discovered Policy Optimization 工作也出现过类似的非凸特征,当时进化同样产生了作者最初无法理解的行为。它的重复出现值得研究,但不能证明非凸性普遍负责带来性能提升。

  • 最终目标函数只有约5–8行可读代码。Chris 说,其中一个异常的指数损失单独使用时并不算特别有效,但与其他项结合后会变得有用;这说明搜索可以发现逐项评估难以识别的互补关系。

4. 机器吞吐量把人类角色从发明者改成了监督者

  • Lange 不接受“自动化系统必须先匹敌顶尖研究者的创造力才有意义”这一前提。即使自动化发现系统“比人类能做到的差50%”,其可规模化的吞吐量也能让研究者把“资金和算力转化为真正有用的下一代AI洞见”。

  • Chris 目前将这些系统比作本科生、博士一年级学生或非常年轻的研究者。人类监督者仍可以识别重要问题、排除糟糕策略、设定优先级,并决定哪些输出值得深入推进,就像教授指导实验室一样。

  • 这种筛选功能并非附属环节。Chris 认为,过了某个阶段,论文生产“更像艺术而不是科学”:新颖性、实用性和社群兴趣难以由单一目标函数表达,就像图像和视频生成最终仍需要有品味的人从大量输出中作出选择。

5. 递归发现需要可再生的熵来源

  • 主持人询问:如果反复用 LLM 发现更好的损失函数、用它训练下一代模型,再不断循环,系统会无限改进还是最终坍缩?Lange 区分了损失函数对训练的间接影响,以及直接教模型复现自身既有输出的做法,因此反馈的严重程度取决于什么内容进入循环。

  • Lange 承认自己并不确定互联网规模的合成数据坍缩会如何发展,但指出,今天的系统已经在创造大量价值。即便恶化在5年内出现,他认为届时社会拥有的工具也会比现在强大得多。

  • Chris 认为熵是产生新想法的必要条件,但外部来源仍然存在:人类会继续提出意料之外的问题,或者系统可以随机抽取两个领域并要求它们建立联系。这是在主动引入“外部熵”,而不是只从单一的自生成分布中反复采样。

  • 主持人援引研究称,约4代合成数据就会耗尽分布熵;Chris 的反驳是,这类实验可能没有纳入真实的人类输入。Lange 又将答案扩展到进化交叉、质量—多样性算法和文化重组:复杂性可能同样存在于模型的使用方式之中,而不只存在于权重内部。

6. LLM 可以在没有梯度的情况下优化抽象数值问题

  • Lange 的 Large Language Models as Evolution Strategies 项目,源自一项让 LLM 改进 CartPole 策略的工作:该策略仅由整数序列表示。如果模型能够从这类抽象字符串中识别进展,他推断,模型或许可以充当通用黑盒优化器。

  • 提示词包含过去的候选参数及其适应度,并按照从差到好的顺序排列。模型从这条不断改善的序列中推断有效的变化,提出下一次评估方案,在无法访问梯度的情况下平衡探索与利用。

  • 在部分测试设置中,该方法可以超过传统黑盒算法,目前可扩展到约50维的中等规模问题。Lange 明确指出,进化搜索不适合优化 Transformer 规模的参数空间;它的适用场景是无法获得梯度的领域。

  • 对 Lange 来说,这削弱了“随机鹦鹉”的质疑:从抽象数值序列中识别进步,需要进行超越复述熟悉散文的模式推断。他的限定性判断是,只要问题能够表示为结构化字符串,LLM 就可能从上下文中提取有用模式,不过某些领域仍会由手工算法表现更好。

7. 表示方式的影响可能超过参数规模

  • 在 GPT-4、Llama 2 和 PaLM 2 的比较中,团队发现较小模型在许多黑盒任务上出人意料地有竞争力,GPT-4 是明显更强的大模型例外。Lange 推测这可能与过度训练、训练不足,甚至 GPT-4 内部存在更小的专家模型有关,但他明确称这些只是推测。

  • 用教师优化器生成的轨迹进行微调,可以改善部分任务,但并非全部。结果体现出一种反复出现的张力:把算法偏置明确写入训练,可以增强目标行为,却也可能削弱通用模型原本能够自行发现的创造力。

  • 分词带来了具体的数值伪影。在被引用的 Llama 2 分词器中,数字1–50以及1950–2020年间的许多年都有独立 token,而其他浮点数会以不均匀方式拆分;因此,标准化的整数离散化更容易让模型推断模式。

  • 更新的前沿模型已经开始具备直接处理浮点数的能力,因此 Lange 预计部分结论很快会过时。较小的专门化模型可以降低算力需求,但移除看似无关的预训练知识,也可能同时删掉日后被重新用于某次“扰动”或类比的材料;这正是 Sakana AI 相信“学习某种意义上总是更划算”的原因。

8. 进化可以在不以超大规模运行的情况下产生超大规模方法

  • Lange 将主流模型训练本身重新定义为集体进化:几代博士生共同发现默认超参数、优化器和工程实践,为每一次新训练提供种子。他认为,如果 Adam 从未发表,即便是超大规模训练公司从零开始,也会处在完全不同的位置。

  • LLM 引导的搜索不需要维持自然界规模的种群。DiscoPOP 可以评估一个智能候选方案,把适应度送回上下文,再重复这一过程;更早的工作也曾在小规模、低维任务上进化算法,并将其迁移到更难的高维设置。

  • 有潜力的目标包括数据混合比例和能够诱导思维链推理的合成课程。可以先让小模型学习由外层算法生成的任务,再针对下游上下文推理优化任务生成器,最后测试发现的配方能否迁移到更大的系统。

  • Lange 表示,Sakana AI 刻意避开语言模型预训练竞赛,寻找其他公司不会重金投入的想法。他将当前局面诊断为“元科学局部最优”:规模化训练是残酷的工程问题,但概念上仍是线性的——筹钱、训练一个最先进模型,然后几周后看着它被另一个模型取代。

9. 集体智能可能释放单体规模化无法获得的能力

  • 自然进化仍是几位嘉宾所知唯一产生通用智能的过程,但 Lange 警告不要照搬生物学。机器拥有不同的能力边界:例如 Sakana 的 Sensory Neuron 工作研究了像素发生变异的表示上的策略,人类很难适应这类表示,但 Transformer 可以学会。

  • Lange 借鉴 Alison Gopnik 对儿童发展的讨论,认为智能部分取决于社会结构。父母会保护儿童免受现实中压倒性部分的冲击,同时让他们接触可管理的因果实验;这种安全性和信息不对称,使儿童能够进行孤立智能体无法复制的聚焦学习。

  • 这意味着要通过集体系统实现终身适应,而不只是把单个模型做得更大。Lange 想象个性化助手和合成式进化,同时承认机器可能最终形成不同于人类的认知结构,而不是落入生物进化为人类设定的局部最优。

  • 主持人的兴奋伴随着工程层面的质疑:一个执行多层嵌套元优化的“有生命、会呼吸的系统”,听起来像软件噩梦。Lange 没有保证一定能跨过这道门槛,只是认为不断增加的算力和新架构,已经让这个方向足够可信,值得测试。

10. 智能体设计把完整软件工作流变成可搜索对象

  • Cong 的 Automated Design of Agentic Systems 始于一个观察:AI Scientist 是经过数月手工打造的痛苦产物,而 Cursor 类工具和文献助手同样是 LLM 智能体系统;关键在于,这些系统本质上都是 Python 代码。随着 Claude 3.5 Sonnet 和 GPT-4o 出现,这类系统如今已经可以发现数百行长的代码。

  • 搜索空间包括提示词、思维链结构、辩论、检索、工具、代码执行,甚至包含加载其他神经模型的程序。由于生成代码是图灵完备的,搜索可以覆盖超越纯 LLM 调用的工作流,包括编写或训练另一个模型的代码。

  • Cong 不愿在代码生成和直接转导之间做绝对二选一。算术、网页搜索、可复用的多步骤操作和组合式工具天然适合代码;神经组件仍可以在同一个进化系统中处理感知或直觉步骤。

  • 被发现的工作流经常复用档案中的模块:一个智能体生成初始预测,另一个进行精炼,二者都可能源自更早的候选方案。档案保留了偶然发现的垫脚石,而不是强迫每一次发现都改进同一条单一谱系。

11. 进化出的组织可能比公司更古怪,也更扁平

  • 探索来自大规模采样、变异、要求使用相邻领域的提示词,以及像 OMNI 一样近乎无限的档案。Cong 报告称,有些运行持续超过5,000代,但 LLM 评审仍认为后期产物明显不同,说明上下文熵可以支撑长期搜索。

  • 这些系统的迁移能力好于基准过拟合论所预期的水平。一个强大的外层编码智能体,在数学任务上优化一个低成本的 GPT-3 内层智能体,但发现的推理循环后来迁移到了 GPT-4、其他数学领域,并“令人震惊地”迁移到了文学任务。

  • 辩论是反复出现的模式,但进化出的变体会变得十分复杂:不同专家分别批评效率、可读性和准确性,再通过额外轮次进行整合。有些工作流包含约20次串联调用,让 Cong 忍不住问:“我到底要怎么……开始想出这些结构?”

  • 运行时间限制和成本目标可以约束无限循环,而进化则决定如何组织可能多达1,000个行动者。人类层级结构反映了工作记忆和沟通瓶颈;如果拥有 Gemini 规模、数百万 token 的上下文,理论上就能整合1,000份报告,从而压缩人类公司所需的层级。

12. 开放式搜索最终必须放弃固定基准

  • 主持人引用 Kenneth Stanley 的警告:高带宽协调可能制造巨型单体,而真正的新颖性或许要求智能体沿着各自感兴趣的梯度前进。Lange 表示,当前系统仍受基准驱动,尽管提示词要求它“跳出框框思考”。

  • Cong 偏好的下一步,是让智能体与任务提出者共同进化,由后者不断发明更难的挑战,持续切换目标,而不是永远优化一个分数。这样的循环可以积累一棵“技术树或技能树”,追踪通向类似完整 AGI 能力的开放式文化轨迹。

  • 元智能体还可以改进搜索程序,而该搜索程序再改进任务求解器,呼应 STOP 和 Gödel-machine 式递归。Lange 对递归自我改进叙事有所保留:系统最终可能只是“从石头里榨血”,受底层模型限制,不过梯度更新仍可能进一步优化搜索发现的内容。

  • Cong 无法预测终点;10年后,积累起来的创新或许会看起来像“魔法和巫术”。关键特征不是掌握一个冻结的基准,而是持续生成新的目标、产物和垫脚石,让后续能力成为可能。

13. 模型对“有趣”的嗅觉可以替代脆弱的探索规则

  • Intelligent Go-Explore 建立在2017年的 Go-Explore 算法之上:保存有潜力的状态、重新访问它们、采取探索行动,并在成功轨迹稳健化之前保留有用发现。其弱点在于,需要手工设计一个函数来决定哪些状态有趣。

  • Montezuma’s Revenge 过去需要一些直觉规则,例如下到更低层级、收集钥匙、保留行动能力;Cong 澄清说,他的团队尚未测试这款游戏。他们的贡献,是在其他困难探索环境中,用基础模型对“有趣”的嗅觉,替代类似的手工启发式。

  • 当环境反映人类熟悉的概念时,这种先验能够发挥作用;但如果一个科学领域在10年后才被发明出来,就可能需要新的抽象和重新训练。Cong 表示,一旦找到新问题所需的正确抽象,辩论等通用结构仍可能迁移。

  • 该方法如今既能接受视觉网格世界中的图像,也能处理文本,并在 VLM 智能体之上增加缓存有趣状态的高层循环。Cong 也直言其中的风险:如果模型偏爱绿色物体,搜索就可能放大绿色轨迹,因此需要奖励过滤器、纠正数据、人类监督和持续监控。

14. The AI Scientist 把瓶颈从写作转向认识论判断

  • Robert 用一句话概括 The AI Scientist:“我们尝试用 LLM 写出新的论文,希望最终对整个社群有帮助。”DiscoPOP 已经提示了这条路径——被发现的损失函数和实验本身已经接近一项贡献,剩下的创意生成、实现、执行、解释和写作可以串联起来。

  • Chris 说,Cong 将其描述为科学生成式AI的“GPT-1时刻”,并称当前阶段是“寒武纪大爆发”,而不是一个已经完成的科学家。创意生成、编码、评审和前沿模型的独立进步可以重新组合;Lange 则表示,尽管作者曾在某些生成结果面前“着迷”,最终影响仍有待观察。

  • 主持人的 Google Maps 类比解释了为什么这些论文看起来颇有说服力:一次性零样本生成整篇论文很平庸,而反复缩放可以把算力分配给实验、表格和局部修改。系统正在自动化这种精炼过程,但当前论文在 polished 表面之下仍然存在缺陷。

  • 最深层的限制是线性实验。一个想法变成消融实验,然后变成论文,即使结果令人失望也不例外;Lange 自己的工作流大约80%的时间用于淘汰假设,只有20%用于整合结果。下一项必需能力是迭代式因果建模,而不是更流畅的文字。

15. 科研日志和AI会议可能比论文更重要

  • 面对“研究者通过构建、失败和争论来学习,而不只是阅读论文”的质疑,Cong 完全认同。AI 科学家可以生成缺失的经验:广泛探索、失败实验,以及关于什么可能有效的直觉,让远低于已发表“冰山一角”的知识暴露出来。

  • Cong 认为,这些日志最终可以喂给那些针对代码、数学、扩散模型或 NLP 基准进行优化的系统,就像 R1 等系统在正确性可度量的地方学习一样。这个设想仍然是推测性的,目标是把失败实验和假设检验知识纳入未来的 AI 科学家。

  • 论文仍然是面向人类的可读接口。除此之外,AI Scientist 也会产出代码和可复现实验结果;但 Lange 认为,一旦“资金、算力和API调用等于一篇论文”,会议接收就不再足以定义贡献。一个只有两行的想法,例如残差连接,之所以重要,是因为它会扩散到后续工作中。

  • Lange 想象纯AI会议:生成式投稿、根据 ICLR 2022 决策进行验证的评审、辩论、领域主席判断,以及最佳论文奖,之后再接受人类验证。机器形成异质的亚文化仍然可能发生,但望远镜的类比提供了一种折中:如果仪器能通过人类可理解的抽象呈现结果,人类不必拥有与它相同的分辨率。