第15讲 · 与机器对话:模型可解释性、知识编辑与超人类概念
| 课程信息 | Stanford CS224N: Natural Language Processing with Deep Learning(2023 冬季)第 19 讲 |
| 讲者 | Been Kim(谷歌大脑 Google Brain 高级研究科学家,MIT 博士) |
| 主持与介绍 | Christopher Manning |
| 视频地址 | https://www.youtube.com/watch?v=cd3pRpEtjLs |
| 视频 ID | cd3pRpEtjLs 时长:约 71 分钟 |
对应讲次:第15讲(Stanford CS224N 自然语言处理)
制作模型:deepseek-flash(vb compose,据 run.log)
整理说明:本书由课堂演讲字幕重构而成,按书面语改写、去除口语与重复,保留讲者的类比、案例与推理链。凡属编者补充的内容,均以「编者说明」「编者拓展」明确标注,绝不冒充讲者原话。
导览
这一讲老师想回答的核心问题
Been Kim 开场就把自己整场演讲定义为一个「追梦」的故事,她提出的问题不是教科书式的「什么是可解释性」,而是一连串她真正挂在心上的疑问:
- 「机器到底知道什么?我们以为它知道什么?这两个东西对得上吗?」
- 「我们能不能用人类能懂的语言,和机器对话——就像和一位很厉害、但很古怪的同事对话那样?」
- 「AlphaGo 那手没人看得懂的第 37 手(move 37),它在想什么?我们能不能有一天真正理解它?」
她把最终目标定为:通过与机器对话,为人类在医学、科学等重要问题上打开新的视角,并认为这件事在某种意义上「是解决 AI 安全问题的超集」。
难点在哪
- 测量工具的可靠性:我们用来「看机器在想什么」的工具(显著图、SHAP、IG),本身可能并不比随机猜测更好——这是最容易让人卡住、也最反直觉的一步。
- 从「定位」跳到「编辑」的断桥:一个被普遍相信的假设是「能定位知识 → 就能编辑知识」。讲者用一连串实验说明这两者其实几乎无关,而且原因至今没人说得清。
- 观测 vs 干预的取舍:只观察、不动手,能看到的有限;动手干预,又可能破坏系统性能。如何在两者之间架桥是本讲的第二条主线。
读者可能带着的疑问
① 老师真正提出的问题(她的原话与顺序):
- 我们有没有工具,先估一估机器到底知道什么?
- 如果这些工具其实不靠谱,我们该怎么办?
- 面对一个「新物种」般的系统,我们该用「观察研究」还是「控制实验」去研究它?
- 我们能不能教世界冠军一个他从未见过的棋招?
② 编者预判的读者疑问(CS 初学者视角,编者预判,非讲者提出):
- 显著图(saliency map)、SHAP、IG 这些名词具体指什么?
- 「反事实数据集」「因果追踪」「R 方」这些术语怎么理解?
- 强化学习里的「涌现行为」和 NLP 有什么关系?
- 为什么一手棋(move 37)会被反复当作例子?
本讲路线
讲者先把「梦想」和「机器 vs 人类表征空间」的地图铺开,随后分两大块展开:第一部分反思理解工具本身(显著图 / SHAP / IG / 因果追踪为何让我们失望),得出「也许我们该先做地基工作」的结论;第二部分把机器当作「野外新物种」,用观察研究(多智能体涌现行为)和控制实验(概念瓶颈 + 干预)去研究它;最后收尾于一个正在进行的国际象棋项目——试图教世界冠军 Magnus Carlsen 一个超人类的棋类概念。
编者说明:本讲是 CS224N 的客座讲座,讲者以研究者第一人称叙述自己参与的多项工作,因此包含大量「我们试过 A → A 失败 → 于是一步步改」的过程。本书刻意保留了这些思想的起源与弯路——它们正是结论的来处,删去就只剩下无根的断言。
讲者介绍与开场
(参考时间: 00:05)
Manning 教授这样介绍今天的讲者:Been Kim 是谷歌大脑(Google Brain)的高级研究科学家("staff" 这个职级前缀说明她是一位相当资深的研究者)。她最早在首尔大学读机械工程,之后转向计算机科学,并在 MIT 完成博士,从那时起就开始研究机器学习模型的可解释性(interpretability)与可解释性(explainability)。
编者说明:Manning 特别点出他本人最欣赏 Been Kim 近期工作的一个主题——我们应该用更高层的、人类可理解的语言,来完成人与机器之间的交流。这其实就是整场演讲的题眼,后文所有技术讨论都围绕它展开。
Been Kim 上台后先自嘲了一下天气:这是她见过的「雨最多的斯坦福」,不过因为她住在西雅图,这算是家常便饭,所以今天她还是看到了蓝天,觉得「这样也行,我挺喜欢这里」。玩笑过后,她进入正题:「今天我要分享一些我的梦想——追逐与机器交流的梦想。」
(参考时间: 01:48)
一、梦想:我们为什么要和机器对话
(参考时间: 01:42)
1.1 强大但令人不安的大模型
如果你在学这门课,你多半会同意:大语言模型和生成模型很酷、很惊人。但你可能也会同意,它们有点吓人——不只是因为它们做得很好,而是因为我们并不确定要把这项技术带向何方。
十年后回望,我们会说这项技术净是正面的吗?还是会说「那是场灾难,我们当初根本不知道会发生这种事」?
讲者有一个非常具体的私人动机:她有个孩子,她想象十几年(甚至二十年)后孩子会问她——「妈妈,你当年在做 AI 这些东西吗?我看过你的一些演讲。你知道它会怎样深刻地改变我们的生活吗?那你为此做了什么?」 她希望自己能对这个问题有好的答案。
1.2 如果终极目标是造福人类,为什么不直接优化它?
讲者的核心想法是:如果我们最终的目标是造福人类,那为什么不直接朝这个方向优化?为什么要等?
一种「造福」的方式,是把机器当作一位同事——一位在某个领域很擅长、值得你向它学习的同事。但这位同事有点古怪:
- 它可能有非常不同的价值观;
- 它可能有非常不同的世界经验;
- 它可能不像我们那样在乎「生存」,也许「死亡」对它根本不是一回事。
那么,当你第一次遇到一个如此不同的「人」,你会怎么做?你会试着和它对话。 你会问它:
- 你是怎么做到的?
- 你是怎么解决那个困扰人类几十年的蛋白质折叠问题的?
- 你是怎么能那么轻松地击败世界围棋冠军的?
- 你用的是和我们一样的语言(原子、分子这套科学语言)吗?还是你用一种完全不同的方式理解世界?
- 更重要的是:我们怎样才能一起协作?
1.3 那个想对话的「外星人」:AlphaGo 与第 37 手
(参考时间: 04:32)
讲者说,有一个她特别想与之对话的「外星人」,那就是 AlphaGo。
AlphaGo 在 2016 年击败了世界围棋冠军李世石(Lee Sedol)。李世石来自韩国,讲者也来自韩国——她看完了每一场比赛。李世石当时在韩国乃至全世界都是超级巨星。
在其中一局里,AlphaGo 下了一步被称为第 37 手(move 37)的棋。讲者现场做了个互动:在座有多少人看过 AlphaGo 的比赛?有多少人还记得第 37 手?(举手的人不多。)
她回忆自己当时看到的一幕:那位一直滔滔不绝的九段解说员,突然安静下来,然后说了一句——「嗯,这步棋非常奇怪(a very strange move)。」
那一刻她就知道,眼前发生了非常有意思的事:AlphaGo 做出了一个我们将永远记住的东西。而事实证明,正是这步棋逆转了整局,帮助 AlphaGo 赢下了那一场。至今,围棋棋手仍在分析这步棋,仍在讨论:这不是一个人会想到的棋。
于是核心问题出现了:AlphaGo 是怎么知道这步好棋的?
编者拓展|什么是「第 37 手」 2016 年 3 月,AlphaGo 对战李世石的第二局第 37 手,落在棋盘第五路(远高于人类惯常的第三/四路),是一步传统围棋理论认为偏「轻」、偏「损」的落点。AlphaGo 事后估计这步棋的人类下出概率约为万分之一。它最终成为制胜的关键。这个「机器走出人类难以理解的好棋」的时刻,正是讲者整场演讲反复回到的隐喻——机器可能知道一些我们尚未拥有词汇去描述的东西。
1.4 表征空间的重叠:对话的前提
(参考时间: 06:26)
对话要成立,前提是双方共享一部分词汇,这样才能交换意义、最终交换知识。因此表征(representation)在对话中扮演关键角色。
讲者画出一张「梦想地图」——两个圆:
- 左边(人类知道什么):里有「这只狗毛茸茸的(this dog is fluffy)」这样的句子,我们都能懂,因为我们大致共享同样的词汇。
- 右边(机器知道什么):里有「第 37 手」——一个人类至今还没有表征的东西。
graph LR
subgraph 人类
A["可表达的概念<br/>例如:这只狗毛茸茸的"]
end
subgraph 机器
B["move 37<br/>人类尚无表征"]
end
A --- H["重叠区<br/>对话在这里发生<br/>重叠越多,对话越好"]
B --- H
A -. "人类可以通过学习新概念<br/>扩展自己的圆" .-> A
两个表征空间必须有重叠,重叠越多,对话越好。而人类很擅长学习新东西——「在座每个人都在学新知识」——所以我们可以通过学习新概念和新词汇来扩展我们知道的圆。讲者相信,这样做能帮我们造出更好地与人类价值观和目标对齐的机器。
编者说明:这张「两个圆」的图是全讲的骨架。后面每一部分——无论是测试解释工具、研究多智能体行为、还是给棋王出题——本质上都是在扩大两个圆的交集:要么让机器说得更像人话,要么让人类学到新的概念。
1.5 先降低预期
(参考时间: 07:59)
讲者提前打招呼:「讲到最后,我们仍然不知道第 37 手是怎么下出来的。抱歉,那还需要很长时间。」
事实上,本讲第一部分讲的甚至是我们在这一进程上的『倒退』——但即便如此,它也只是整个旅程中极小的一步。而且这条路不会是单行道,会有很多分支进来:就像 Transformer 这样的核心思想惠及了许多领域一样,这里也会如此。
她预告了结构:第二部分讲她们在强化学习中理解涌现行为(emerging behaviors)的一些工作;而她讲到的所有技术原则上都适用于 NLP。
二、第一部分:我们真的知道机器知道什么吗?
2.1 一个被忽视的鸿沟
(参考时间: 09:05)
回到梦想。实现梦想的第一步是退一步问:我们有没有工具,先估计一下机器到底知道什么?
过去十年机器学习确实发展出了很多工具,用来理解和估计「机器知道的圆」(讲者图中那个紫色圆)。但这些估计准吗?
不幸的是,近来的许多研究显示:机器实际知道的东西和我们以为机器知道的东西之间存在巨大鸿沟。找出并弥合这个鸿沟之所以重要,是因为这些工具是理解第 37 手的基础。
graph TD
R["可解释性方法<br/>(显著图 / SHAP / IG)"] --> Q{"这些工具真的<br/>反映了模型行为吗?"}
Q -->|理想假设| A["机器实际知道 = 我们以为机器知道"]
Q -->|近年研究显示| B["两者存在巨大鸿沟"]
B --> C1["假设错了<br/>机器在完全不同的表征空间"]
B --> C2["预期错配<br/>以为它做 X,其实做 Y"]
B --> C3["超出人类理解<br/>它在展示超人类的东西"]
2.2 什么是显著图(Saliency Map)
(参考时间: 09:50)
显著图是最流行的可解释性方法之一。讲者用图像分类举例:在ImageNet里,我们有一张「鸟」的图片。显著图的解释形式是同一张图,但每个像素都带一个数,这个数被认为代表该像素对预测这只鸟的重要程度。
重要性的一种定义是:这个数字刻画了函数在这个像素附近长什么样。比如某个像素 $x_j$:
- 如果函数在 $x_j$ 附近往上走(黄色曲线),说明 $x_j$ 增大时预测值增大,该特征重要;
- 如果函数是平的(红/蓝曲线),说明该特征对预测「鸟」无关;
- 如果函数往下走(绿色曲线),则影响方向相反。
graph LR
P["选定像素 x_j"] --> S["在该点附近采样"]
S --> E["评估函数输出"]
E --> U{"函数在附近的斜率"}
U -->|"+ 向上"| I["特征重要<br/>(增加 x_j 提升预测)"]
U -->|"平的"| N["特征无关"]
U -->|"− 向下"| D["特征重要<br/>(方向相反)"]
编者拓展|显著图、SHAP 与 IG 的关系 显著图是一个大类,泛指「给每个输入特征打分」的方法。讲者后面反复提到的两种具体方法是: - Integrated Gradients(IG,积分梯度):沿从基点到输入的路径积分梯度,可以看作「把附近的斜率一路累加起来」。 - SHAP:把博弈论中的沙普利值(Shapley value)引入特征归因,给每个特征分配一个「公平贡献」。
它们都声称满足「归因 = 贡献」——即某个特征分到 0,就可以认为模型没用它。这正是讲者接下来要推翻的那个「看起来很自然」的推论。
2.3 为什么会有鸿沟?三种猜想
(参考时间: 11:01)
讲者列出几种可能的解释(并不穷尽,彼此略有重叠,但有助于思考):
- 假设错了:我们训练出的机器工作在完全不同的表征空间,有完全不同的世界经验。我们假设它「看世界的方式和我们一样」(比如像人类那样有格式塔倾向、会把几个点连起来看),也许它有,也许它没有。
- 预期错配:我们以为它在做 X,其实它在做 Y。
- 超出人类:它展示的东西是超人类的,人类根本理解不了。
2.4 一个令人震惊的发现
(参考时间: 12:08)
回到显著图。2018 年,讲者团队在做一个完全不同的论文时,偶然撞见一个现象,非常震惊:
训练好的网络和未经训练的网络,给出了几乎相同的显著图。
换句话说,随机的预测和有意义的预测,给出了同样的解释。他们一度以为代码有 bug,但结果证明没有——这两者在定性和定量上都难以区分。
他们没有止步,继续追问:「也许这只是个例外,也许它在实践中仍然有用?」 于是在后续论文中,他们有意给模型注入各种错误——标签错误、伪相关(spurious correlation)、测试时的分布外(out-of-distribution)输入——然后看解释方法能不能告诉你「模型出问题了」。结果同样不成立。再一篇后续工作也表明,伪相关的情况也不成立。
讲者坦言:「我们很失望。」
但他们仍不死心:「也许没有理论证明;也许这只是实验室设定;也许还有希望。」于是有了更近期的工作——在理论上证明:一些非常流行的方法不能比随机猜测做得更好。(讲者还特意补充,作者名单里漏写了 Pang Wei Koh,这项工作是与他合作的。)
2.5 把「工具可不可信」变成假设检验
(参考时间: 14:07)
我们原本的期望是什么? IG 和 SHAP 的原论文说,IG 可以用于核算每个特征的贡献。其推论是:当工具给某个像素零归因时,我们会说「这个像素没被函数用到」——也就是函数 $F$ 对这个 $x$ 的扰动不敏感:
$$ \text{若归因}(x_j)=0 \;\Rightarrow\; F \text{ 对 } x_j \text{ 的扰动不敏感} $$
这在实践中被广泛使用。讲者举了一篇发表在 Nature 上的论文为例:研究者用 SHAP 来决定一项医学试验的入组标准。而她们的工作证明:这些看起来理所当然的推论,没有一条是真的。仅仅因为某个流行的归因方法告诉你「归因是 X」,你并不能对模型的真实行为下任何结论。
那么理论证明是怎么做的?讲者的思路非常朴素:先把这个我们没有现成工具的问题,转化成另一个我们已知怎么解的问题。
graph LR
A["原始问题:<br/>归因值能否反映模型行为?"] --> B["重新表述为:<br/>假设检验"]
B --> C["假设 H:<br/>『用户认为特征 x_j 重要』是否成立?"]
C --> D["用统计学工具<br/>检验 H"]
D --> E["结论:<br/>无法比随机猜测更好地<br/>验证/证伪 H"]
具体地,把问题表述成假设检验(hypothesis testing)——因为一旦变成「是 / 否」,统计学里就有大量工具可用。这里的假设是:我是一个用户,我从某个归因工具拿到了一个归因值,我对「这个特征重要 / 不重要」有一个心智模型;假设检验要问的是这个判断成不成立。
她们的结论是:无论你有什么样的假设,你都无法比随机猜测更好地验证或证伪它。 换句话说,它有时是对的,但你不能在「猜对和猜错一样可能」的情况下还去做假设检验——那有什么意义?
她们用一个可视化呈现结果:横轴真负率、纵轴真正率,那条对角线就是随机猜测(既是最差方法也是最好方法的等距线)。而 SHAP 和 IG 这些已知方法,全部落在随机猜测线下方。
编者说明:ROC 空间中,对角线
y = x代表「与随机猜测无异」;落在线下方意味着比随机还差。讲者的意思是这些归因方法对「模型有没有用某特征」这件事,判断力连掷硬币都不如。这是本讲第一部分最反直觉、也最关键的结论。
2.6 在实践中也成立吗?
(参考时间: 16:55)
「也许实践中因为某些原因仍然管用?也许我们的某些假设在实践中不成立?」她们于是检验了两个人们真正在意、且真的会用这些方法去做的具体终端任务:
- 追索(recourse):比如你在申请贷款,你想知道「如果我年龄更大,获批概率是否更高」——于是你只改一个特征,看预测值升降。这是人们经常做的、且有显著社会影响的任务。
- 伪相关(spurious correlation):模型是否学到了不该学的相关性。
结论是:这两个任务都归到前面那个假设检验框架里,结果它们全都落在随机猜测线附近,甚至更差。
编者说明:「追索」这个概念在算法公平性领域非常重要——它指的是「一个人要改变什么,才能改变模型对自己的判决」。如果归因工具连这个都算不准,那么据其给出的人生建议(「你去多读个学位就能拿到贷款」)就可能是有害的。
2.7 那怎么办?回到奥卡姆剃刀
(参考时间: 18:01)
难道这些工具就不能用了?讲者的建议是:用一个非常简单的想法。
她先开了个玩笑:「很多人喜欢开发复杂的工具,我真希望你不是那种人,因为很多时候简单方法就管用——奥卡姆剃刀。简单方法优雅,它之所以常常有效,是有原因的:你能理解它,它讲得通。」
最简单的办法是什么?你要估计函数的形状,那就:
- 取一个感兴趣的点;
- 在该点周围采样;
- 评估函数:如果往上走,函数可能在上升;往下走,可能在下降。
这就是最朴素的暴力做法。但随之而来的问题是——我们需要多少样本?
(参考时间: 19:01) 讲者给出样本复杂度的直觉:你希望把误差这条「线」往上抬得越少越好,所需的样本量与以下因素成比例:
$$ \text{所需样本数} \;\propto\; \frac{\text{输出分辨率} \times \text{特征维度}}{\text{可容忍误差}} $$
更精确地说,样本数取决于:
- 你想要的输出分辨率:你关心的是「0.1 到 0.2」这种精细差别,还是只关心「斜率 0 到 1」这种粗粒度?
- 特征数量:特征越多,需要的样本越多(维度灾难);
- 函数的复杂度(model-dependent sample complexity):函数越「疯狂」,越需要更多样本。于是问题就变成:我们怎么刻画这些函数的复杂度?
编者拓展|为什么高维会让归因方法崩溃(与讲者结论的直觉连接) 在一个 $d$ 维输入空间里,要对一个点周围做「足够密」的采样,所需的样本数大致随 $d$ 指数增长($N \sim \varepsilon^{-d}$)。而归因方法本质上是在一个点附近估计函数的局部形状。当 $d$ 很大(图像有百万级像素、语言模型有上万维激活)时,任何有限采样都无法逼近真实局部形状,方法只能退化成「猜」。这正是讲者理论结论的直觉来源:不是方法实现得不好,而是在高维下「局部形状」这个目标本身就无法被有限样本确定。
2.8 死心了吗?还没有
(参考时间: 19:59)
讲者并没有彻底放弃,因为这些方法在经济学里有很深的根基(如沙普利值)。所以也许存在一些很窄的条件,在那些条件下这些方法确实有效。她们相信这样的条件是存在的,只是还没找到「什么时候」。
一旦找到了,你就可以对给定的函数做一次测试:「是的,这里我可以用 SHAP;是的,这里我可以用 IG;不,这里不行。」——这本身仍然非常有价值。这是正在进行的工作。
2.9 现场问答
(参考时间: 20:55)
问:这些结论只适用于计算机视觉模型,还是也适用于 NLP 语言模型? 答:适用于任何有函数的模型。 这是最简单的证明,它表明结论对任何函数都成立。
问(Chris):过去几年至少有几十甚至上百篇论文在用沙普利值。你猜大部分工作是无效的,还是因为那些让方法成立的条件常常被满足,所以很多其实是 OK 的? 答:有两个回答。
- 从假设检验的结果看,它是随机的;所以乐观地说,那些论文里可能有 50% 是「碰巧命中」。
- 从另一个角度:即便 SHAP 不完美、甚至有点错,只要它最终帮助了人类完成终端任务——比如帮医生更高效地发现问题——并且他们用正确的对照组做了验证,那我认为就是好的。你可能找到了某种办法,让这些嘈杂的工具配合人类在环(human-in-the-loop)工作,那也很好。
讲者补充:她个人非常喜欢 SHAP 那篇论文,和作者 Scott 是好朋友,也喜欢他的所有工作。她只是觉得我们需要收窄自己的预期,使预期与实际相符。
编者说明:这段问答很关键——讲者并非在「否定 SHAP/IG 没价值」,而是在区分两件事:(1)方法能否支撑关于模型行为的强结论(答案:不能);(2) 方法作为人机协作中的启发式工具是否有用(答案:可能有,但必须靠严格的人类实验来验证)。初学者最容易把这二者混为一谈。
三、第一部分续:定位知识 ≠ 编辑知识
3.1 又一个「巧合之作」
(参考时间: 22:50)
讲者讲另一个「味道相似」的工作,这次是 NLP 的。这又是一篇「偶然之作(serendipity paper)」。
最初,实习生 Peter 想在大语言模型中定位「伦理知识」,然后编辑它们,让模型更符合伦理。她们打算用 David Bau 的 ROME 论文的方法(讲者也很喜欢 David 的工作)。然而,一开始深入实现 ROME,事情就对不上了。她们做了一次又一次的健全性检验(sanity check),最后写下了一篇完全不同的论文。
3.2 ROME 想做什么
(参考时间: 23:41)
ROME 的核心承诺是:先定位模型中的知识(例如「太空针塔在西雅图」这个事实),再编辑它。因为「你能定位它」,所以「你能修改它」——这几乎是文献里为定位/编辑方法辩护的通用逻辑。
但她们证明:这个假设并不成立。
讲者坦承:「说实话,我至今也没完全搞懂为什么它不成立。这是个大问题,也是我们非常活跃的研究方向。」 具体结论是:
- 相当一部分事实知识存储在「被识别为拥有该知识的层」之外;
- 「事实被定位于何处」与「编辑该位置的效果好坏」之间——完全无关(不相关)。
3.3 ROME 的因果追踪算法
(参考时间: 25:26)
讲者简要介绍 ROME(Meng et al., 2022)的工作方式,核心是因果追踪(causal tracing):
- 在一个反事实数据集上运行模型,数据是(主体 subject, 关系 relation, 客体 object)三元组,例如「太空针塔 — 位于 — 西雅图」。
- 做一次干净运行(clean run):输入「太空针塔在西雅图」,存储每一个模块、每一个激活值。
- 做一次损坏运行(corrupted run):在「太空针塔」这段上加噪声。
- 然后逐个模块地干预:把干净运行中该模块的激活复制到损坏运行里,仿佛这个模块「从未被加噪」。
- 看结果:给定我对模型加噪并干预,正确答案「西雅图」的概率是多少?
这是一种典型的干预(intervention)思路——「其他条件不变,只改这一个模块,会怎样」。
graph TD
D["反事实数据<br/>(subject, relation, object)<br/>『太空针塔 位于 西雅图』"] --> C1["干净运行<br/>存储每个模块的激活"]
D --> C2["损坏运行<br/>(在主体上加噪声)"]
C1 --> I["逐个模块干预:<br/>把干净激活复制进损坏运行"]
C2 --> I
I --> S["计算正确答案『西雅图』的概率<br/>= 恢复程度"]
S --> G["得到热力图:<br/>每一层 × 每一 token 的分数"]
G --> K["恢复概率高 ⇒ 该处存储了知识"]
最终得到一张图:每一层、每一个 token 都有一个分数——「如果我在这层这个 token 上干预,我有多大可能恢复正确答案?」恢复得越好,说明该处「存着」知识。讲者评价:「这是非常合理的算法,我找不到它的技术缺陷,实际上我相当喜欢它。」
3.4 问题出在哪:第 6 层其实远非「知识之层」
(参考时间: 27:24)
然而,当她们用 ROME 使用的同一个模型 GPT-J 复现时,发现了问题。ROME 只用第 6 层来编辑,因为在那个数据集上,第 6 层被认定为「最好的层」,并展示了编辑成功的结果。她们还做了扩展论文 MEMIT,编辑多层。
但真相更像右图所示:
- 红色竖线 = 第 6 层;
- 蓝色区域 = MEMIT 编辑的多层范围;
- 黑色柱状图 = 如果你逐层测试,知识实际峰值所在的位置的分布。
结论是:没有多少事实落在那片区域里。事实上,每一个事实的峰值层都不一样——对很多事实来说,第 6 层根本不是最佳编辑层。
但奇怪的是——编辑确实有效,她们成功复现了结果。这很矛盾。
3.5 相关性的崩塌:R 方告诉你真相
(参考时间: 28:53)
她们先定义两个指标:
- 编辑成功率(edit success / rewrite score):与原 ROME 论文一致;
- 追踪效应(tracing effect):即定位结果。
然后画出「追踪效应 vs 重写分数」的关系:
- 红色线:编辑方法所假设的「完美相关」——因为如果不是为了这个,我们干嘛要定位?
- 黄色线:实际的拟合线。它接近零,甚至是负的——不是不相关,而是反相关(anti-correlated)。
她们没有停在单层。对每一层都做分析,计算 R 方(R²) 值——衡量「层选择 / 追踪效应」能在多大程度上解释「编辑成功」的方差。
编者说明:R² 可以理解为「某个因子对结果的解释力」。R² = 1 表示完全解释,R² = 0 表示毫无解释力。讲者接下来给出的数字非常有冲击力。
结果:
$$ R^2(\text{层选择}) \approx 0.94, \qquad R^2(\text{追踪效应}) \approx 0.016 $$
也就是说,「选哪一层」解释了约 94% 的编辑成功差异,而「定位得准不准」几乎只解释了 1.6%。他们反复核查,换模型、换数据集,结论大体一致。困惑之下,她们联系了 David Bau,对方也承认这个现象确实存在。
3.6 现场追问:token 呢?
(参考时间: 30:34)
问:除了层,定位还可以体现在「有没有看对正确的 token」上,对吗? 答:是的。在这张图里 token 是在的。且看哪个子词(sub-token)其实都差不多。层才是最大的因素——如果关心编辑,你唯一该关心的就是层。事实上你根本不用担心定位,那只是额外浪费的碳排放。
问(继续):所以定位唯一能帮你的就是「找对子词」? 答:是的,就层而言。层是最大的因素。
3.7 换一种「编辑」定义,还是不行
(参考时间: 31:35)
讲者继续自问:也许 ROME 用的「编辑定义」不同?也许存在一种编辑定义,能与定位更好地相关?「一定有的吧。我还是很困惑,为什么它们不相关?」 于是她们尝试了多种编辑定义:
- 注入错误(inject an error);
- 反向追踪(reverse tracing);
- 擦除事实(erase a fact);
- 放大事实(amplify a fact)。
全都不行。 下方图表展示了四种方法的 R² 值,蓝色与橙色柱的差值代表追踪效应的影响——可忽略不计,所有方法基本一样。「强制事实(fact forcing)」看上去有一点希望,但与「选层」的影响相比仍然可忽略。这个问题不只出现在 ROME/MEMIT 上,也出现在微调(fine-tuning)方法上。
3.8 小结与未解之谜
(参考时间: 32:28)
定位能帮助编辑吗?不能。 对这一(据她所知相当前沿的)编辑方法、在这份反事实数据上,两者的关系是零。有没有别的编辑方法与定位相关性更好?没有。
讲者说:「如果谁能为我回答这个问题,那会非常令人满足。我觉得这里一定还有什么是我们漏掉的。」
她给出一个暂定的理解:
因果追踪揭示的是「Transformer 前向传播时,事实信息在何处被传递」,它表示事实在那一刻『在哪』;但我们发现这与编辑能否成功毫无关系。这是两码事,我们必须设法解决它。
不过,ROME 论文里的很多洞见仍然有用——比如早期到中期层、在最后一个 token 上的表征,承载了事实信息,这是我们以前不知道的。现在我们知道了两条重要的教训:
- 不应用编辑方法来验证定位方法;
- 也不应用定位来给编辑方法做动机论证。
(讲者开玩笑地问全场:「你们难道不震惊吗?我可是仍然非常困惑,这里一定有什么我不知道的东西。」)
编者说明:这一段「定位 ≠ 编辑」是讲者对当前可解释性文献的一个重要提醒。很多后续论文会写「因为我们能定位知识,所以我们就能安全地编辑知识」,而这项工作用 R² ≈ 0.016 直接把这条逻辑链量化地打断了。初学者读到「模型编辑」「知识定位」相关论文时,应当留意这个反例。
3.9 第一部分总结:做一个「会怀疑」的研究者
(参考时间: 34:29)
第一部分到此结束,总结如下:
- 我们讨论了「机器知道什么」与「我们以为机器知道什么」之间的鸿沟;
- 有三种猜想:假设错了 / 预期错了 / 它超出了人类;
- 讲者引用一句改写的名言:「好的艺术家盗窃,好的研究者怀疑(good artists steal, good researchers doubt)。」 我们必须对自己做的一切保持高度怀疑——这是她多年学到的最重要的一课。
- 一个具体的科研忠告:「当你太喜欢自己的结果时,那就是个坏信号。」 这时应该回家、喝杯啤酒、睡一觉,第二天回来,把论文放桌上,问自己:「现在我要审这篇论文——我该怎么批评它?我哪里不喜欢它?」 这是审视自己研究的一种方法,会极大改善你的思考。
编者说明:这段话虽像「心灵鸡汤」,但它是讲者从上面那些「期待落空、结果反直觉」的真实经历中总结出来的方法论,对读者(尤其初学者)很有价值:科研的常态是发现自己的假设错了,而不是验证自己早就相信的东西。 请把它当作第一部分真正的「结论」看待。
四、第二部分:把机器当作「野外新物种」来研究
4.1 也许要先做「地基工作」
(参考时间: 35:26)
回到梦想。讲者意识到:也许我们不该急着造理解工具,而要先做一些地基工作(groundwork)。 我们一直试图让这个「外星人」生成解释,但它似乎是另一种类型的存在。也许我们应该把它们当作野外的『新物种』来研究。
那么,观察到野外新物种你会怎么做?有两种做法:
- 观察研究(observational study):远远地看着它们,记录它们的习性、栖息地、价值观;
- 受控实验(controlled study):主动干预,做对照研究。
讲者接下来讲她们在强化学习里做的这两类工作。
graph TD
N["新物种式的研究对象"] --> O["观察研究<br/>只能观察 (状态, 动作)"]
N --> I["控制实验<br/>允许主动干预"]
O --> P1["论文一:多智能体<br/>涌现行为可视化"]
I --> P2["论文二:概念瓶颈<br/>+ 干预实验"]
4.2 观察研究(一):多智能体系统中的涌现行为
(参考时间: 36:29)
讲者提到 OpenAI 的捉迷藏(hide-and-seek)视频:「谁看过?太酷了。如果你没看过,去 Google 一下看看——非常吸引人。」她只能讲冰山一角,但值得一提:在捉迷藏这个情节最后,智能体们发现了一个物理系统的 bug,开始反重力地飞到空中,到处射击躲藏者。这类涌现行为非常多。此外还有 DeepMind 的类人足球和夺旗(capture the flag),同样涌现出大量有趣行为。
问题在于标签。 讲者指着幻灯片:那些标签(跑步、追逐、建堡垒、用斜坡)是由人类一帧一帧、费时费力地手工看完所有视频标注出来的。于是她们的问题是:有没有更好的办法来发现这些涌现行为?也许一些好的可视化能帮我们更好地探索这个复杂领域。
她们的做法:把智能体当作观察研究对象——只能观察「状态-动作对」(它们在哪、在做什么),然后通过聚类来发现智能体行为。就这么简单。
怎么聚类? 用一个生成式模型(generative model)。讲者现场问课堂有没有讲过贝叶斯生成模型/图模型,得到的答案是还没有,于是她给出了直觉解释——
编者拓展|生成式模型的「假设数据是怎么生成的」 讲者把生成式模型解释为「一个假想的数据生成过程」: 1. 先为整个系统生成一个联合潜在嵌入 $Z$(代表系统里所有行为的编号); 2. 再为每个智能体生成一个自己的嵌入; 3. 每个嵌入与状态 $s$ 结合,就生成该智能体的策略(policy)——决定在状态 $s$ 下做什么动作; 4. 这一切产生我们看到的状态-动作对。
mermaid graph TD Z["联合潜在嵌入 Z ω<br/>(代表系统所有行为)"] --> ZA["每个智能体的嵌入"] S["状态 s"] --> POL["策略 π"] ZA --> POL POL --> SA["观测到的 (状态, 动作) 对"]这是一个人为设定的结构(讲者原话:「这完全是我编的(completely made up)——这就是我对这些新物种如何工作的想法」),然后做推断去学出这些参数——和神经网络是同一门生意,只是多了点结构。求解方式之一是优化变分下界(她提到这属于「指数族」那套很酷的东西,并调侃这是 CS 228 的内容)。编者说明:这里讲者用到的是变分自编码器 / 变分推断的经典套路(引入潜变量、优化变分下界)。初学者不必纠结推导,只要抓住:它是在「假装有一个隐藏的行为编号」,然后把观察到的行为聚类到这些编号上。
演示:MuJoCo 双智能体跑步
(参考时间: 39:47)
结果之一来自 MuJoCo。她们假装有两个智能体,一个控制后腿、一个控制前腿。右侧展示的是联合嵌入空间 $Z_\omega$ 与 $Z_\alpha$。
她现场操作一个在线可视化(可以去看)——「我来跑一下视频」:
- 在「智能体 1」的空间里选一小块区域,可以看到它映射到智能体 0 空间中相当紧凑的一片区域,并且展示出相当不错的跑步能力;
- 再在智能体 1 里选另一处,它映射到智能体 0 里比较分散的区域,看起来「不太确定、跑得不那么好」。
这对数据本身只是一个洞见,但她可以快速识别出:这种「紧密映射」对应好的跑步行为,「分散映射」对应差的跑步行为——这是一件你可以相当高效做到的事。
演示:OpenAI 捉迷藏
(参考时间: 41:01)
然后是更有意思的:她们把框架用到 OpenAI 捉迷藏上。这个游戏看着简单,但结构复杂——100 维观测、5 维动作空间、4 个智能体。在这个工作里,她们假装不知道 OpenAI 给的标签,把标签混进输入里;只在事后才用标签给结果上色。
结果:
- 在 $Z_\omega$ 中有明显的模式,能大致区分「对人类有意义的」和「对我们有意义的」;
- 但绿色和灰色几乎到处都是、混在一起——说明在这一次运行里,这两类表征是纠缠(entangled)的;
- 「跑步和追逐」(蓝点)非常分离、可区分——这很合理,因为它是这个游戏的基础;如果没有这个表征,你会遇到大麻烦;
- 而橙色(建堡垒)在躲藏者(hiders)里更可区分——这很合理,因为躲藏者才是建堡垒的人;寻找者不建堡垒,所以橙色在寻找者里更纠缠。讲者顺势开玩笑道:「也许如果寻找者学出了更独立的『建堡垒』表征,他们就能赢下这个游戏。」
结论:能否仅通过观察就学到有趣的涌现行为?在这个域里,答案是是的。但她也提醒局限:
- 这些方法不会给你聚类的名字——你必须自己去逐个点击、探索;
- 如果某个聚类代表的是超人类概念,它帮不了你(这是她们另一个工作试图解决的);
- 如果你能访问模型和奖励信号,就应该用它们——「为什么要把它们浪费掉?」
4.3 控制实验(二):用概念瓶颈做干预
(参考时间: 43:31)
接下来这项工作她们真的用上了模型和奖励信号,合作者包括 Nico、Natasha 和 Shai Eynav。这次她们要干预,要有点侵入性。难点是:需要从零搭一个新的多智能体系统,才能做控制实验,同时不牺牲性能——要匹配整体系统的表现。她们成功了。
这项工作接续讲者 2020 年与斯坦福合作者的一个简单想法:在网络的中间瓶颈处嵌入概念(概念瓶颈,concept bottleneck)——「一个神经元代表树、另一个代表条纹」,然后端到端训练模型。
为什么这样做? 因为在推理时你就可以干预:比如预测斑马时,「树」这个概念不应该起作用,那就把这个神经元置零再前传,看会发生什么。这在医疗场景尤其有用——有些医生不想要的特征,你可以消掉再测试。
这次是把概念瓶颈扩展到 RL。讲者坦言:「它并不像我们想的那么简单,结果相当复杂」——但本质上她们是在为每个智能体构建概念瓶颈。最终优化的目标和普通 PPO 一样,只是多了一项:最小化真实概念与估计概念之间的差异:
$$ \mathcal{L} = \mathcal{L}_{\text{PPO}} + \lambda \cdot \mathbb{E}\left[\; \lVert \text{真实概念} - \text{估计概念} \rVert^2 \;\right] $$
做这个是为了干预。 比如:「智能体 2,假装你看不见智能体 1,会发生什么?」
域一:Overcooked(煮汤协作)
(参考时间: 45:31)
第一个域是常见于强化学习的煮汤游戏(cooking / Overcooked):两个智能体(黄、蓝)做汤。送三个番茄到锅有奖励;把盘子送到锅边有奖励;最终目标是在限定时间内尽可能多做汤。
这里用的概念本来就现成可用:智能体位置、朝向、是否拿着番茄、是否拿着盘子等等。你还可以调整环境:可以在两个智能体之间建一堵墙,逼他们合作才能做出汤;也可以放开,让他们独立或协作——随你选。
健全性检验:能不能检测出「协作 vs 不协作」这种涌现行为?
- 在有墙(不可通行)的环境里,她们训练的 RL 系统仍能做出一些汤;
- 当她们干预时(图上左=无干预,右=干预,右侧是对所有概念干预的平均值),两种情形比较下,干预后双方的奖励都大幅恶化;
- 于是可以推断:他们在协作——因为干预这些概念大幅影响了他们的表现。
更有意思的部分(讲者说她当时也很困惑):逐概念画图——干预「队伍位置」「队伍朝向」「队伍是否拿番茄」等等。结果是:干预「朝向(orientation)」时,性能下降最大,以至于她们相信朝向与协作高度相关。
讲者现场提问:「有人猜猜为什么吗?」(有学生答:朝向你就能预测他们下一步会去哪。)讲者证实:「正是如此!你当时在哪?我当时为这个问题把头发都抓掉了。」 她原本预期是「位置」最重要,但结果不是。
关键直觉:朝向是智能体关于『对方下一步要做什么』的第一个信号——「他们朝锅,就是要去做汤;他们朝番茄,就是要拿番茄。」
她还补充:这个图能识别『偷懒的智能体』。看最右边那个黄色智能体——「我们的朋友,就在背景里悠闲地待着。」训练 RL 总会出几个啥也不干的智能体。用这个图很容易识别:干预它对任何人的奖励都没有影响。(讲者开玩笑:「那一个就是我。」)
域二:Cleanup(清理与吃苹果)
(参考时间: 49:35)
第二个域更复杂,用来研究智能体间的社会动态(inter-agent social dynamics),这个域叫 Cleanup:四个智能体,只有吃到苹果(黄/绿的点)才有奖励;但如果不清理河流,苹果就不再生长。所以必须有人去清理河流。你可以想象:四个人都想收苹果时,可以搭便车——等别人去清理河流,自己再去收苹果。实际上,有时确实会这样。
这里的概念也很常见:位置、朝向、污染位置等等。
第一次画图讲了个故事:干预智能体 1 时,似乎对智能体 2 影响很大(看奖励、空闲时间、智能体间距离三张图——智能体 3、4 都还好,只有智能体 2 受影响)。于是她们以为「智能体 1 和 2 相关」。但她们疑惑:这个域里同时发生的事很多,我们怎么知道真是这样?
用「最笨的图」发现关系
(参考时间: 52:25)
于是她们多做一点工作——但不很多——构建一张图来发现智能体间关系。这是最简单、最笨的建图方式,但讲者说她喜欢简单的东西。
建图方法(她用电影类比):
- 构建一个矩阵:每一行是一个对象(比如一部电影),每一列是该对象的特征(长度、类型……);
- 把「要研究的这一行」扔掉,用所有其他行对它做回归,得到系数 $\beta$;
- $\beta$ 就是边的强度——「这部电影和那部更相关,和另一部不那么相关」。
于是图就出来了。这是最笨的做法,有很多不该这样做的注意事项,但它是最简单的。
她们把同样做法移植过来:节点 = 在智能体 $N$ 上对概念 $C$ 的干预;
$$ \text{矩阵的行列} = \text{「对某智能体某概念的干预结果」},\quad \text{用奖励、收集到的资源等作为特征} $$
这样得到的 $\beta$ 就表示干预之间的关系。而这些「干预结果」如果没有她们这套框架是拿不到的。
结果:一个更复杂的故事
(参考时间: 52:55)
(讲者说她本来准备了一张图,但来之前不小心删了,所以只能想象——)那张矩阵里,清晰地高亮出「智能体 1 与智能体 4」之间的关系,而仅此而已——这与她们原来的假设相矛盾。
于是她们深挖,看了大量回放去验证到底发生了什么。结果发现故事复杂得多:
- 智能体 1 的朝向对智能体 4 很重要;
- 但当这一点失败时,智能体 1 和 2 会被困到角落里(视频里可以看到,蓝、黄两个智能体一起被堵在角落,卡住了);
- 而这纯粹是偶然——只是因为她们搭建环境的方式,它就那么发生了。
原始统计量根本不会告诉你这背后的故事。 事实上,智能体 1 和 2 之间根本没有相关性、没有协作——只有在建了图之后,她们才意识到这一点。
讲者总结:这可能只是个例。但很多我们想检测的涌现行为,本身就常常是「个例」——而我们要的是触及真相,而不是停留在表面的统计量上。
最后,能否既支持干预又保持性能? 能。图上红线与蓝线大致重合,说明性能保持住了。但她提醒:这些概念需要人来打标签,或者你得有办法拿到「位置、朝向」这类概念——这是她们希望未来能扩展的地方。
4.4 现场问答
(参考时间: 55:00)
(讲者邀请提问,教室里起初比较安静,她鼓励大家:「别害羞。」)
编者说明:本段字幕以「没有实质提问 / 气氛安静」为主,故不虚构问答内容。真正的实质性问答集中在讲者讲完国际象棋部分之后(见第七节)。
五、展望:教世界冠军一个超人类棋招
(参考时间: 55:13)
讲者坦白:她早先说「我们不会知道第 37 手的答案」,「我现在仍然不知道」。但她要分享一个正在进行、让她非常兴奋的工作。
她们在想:「理解第 37 手,会在我有生之年发生吗?」 她觉得也许不会,但她希望它发生。于是——做研究就是这样——你要先划出一块「稍微可解」的空间,然后去攻这个问题。这就是她们试图做的事:离理解第 37 手的终极目标更近一点。
5.1 AlphaZero 与「人类不知道的知识」
先问:多少人知道 DeepMind 的 AlphaZero?它是一个自我训练的国际象棋机器,等级分(ELO)高于任何人类;它还击败了 Stockfish——而几乎没有人类能击败 Stockfish。
在之前的一篇论文里,她们试图在 AlphaZero 网络中发现人类的国际象棋概念:「像『子力失衡(material imbalance)』这样的概念,何时出现在网络的哪一层、训练的哪个时间点?」 她们把这种图叫「what, when, and where」图。
她们还比较了人类与 AlphaZero 开局走法(opening moves)的演化——也就是下棋最初几步。图上左边是人类,右边是 AlphaZero,差异相当大。AlphaZero 似乎精通各种类型的开局:有的很激进、有的很无聊、有的瞄准长期战略、有的偏短期。非常不同。
这就引出了一个问题:AlphaZero 知道哪些人类不知道的东西? 你难道不想知道吗?
5.2 研究目标与方法
(参考时间: 57:17)
目标:教世界冠军一个新的、超人类的国际象棋策略。
她们刚刚得到了 Magnus Carlsen 的同意——他是(当时的)世界冠军。(讲者插一句:「他刚输了一场比赛,我知道,但在我心里他仍然是冠军,而且他仍然是两个类别的冠军。」)
方法:
- 显式地『遗忘』现有的象棋策略——而这类数据她们有很多;
- 然后学习一张图(这次是更复杂的图),利用现有概念之间的关系去学习,从而对「新概念可能长什么样」有更多想法。
评估方式(讲者说这是她最喜欢这个工作的部分):评估会是清晰的——不是让 Magnus 过来说「哦,你的工作挺好的」然后夸几句。不,Magnus 必须实际解一些题目(puzzles),我们能够评价他到底解出来没有——成功或失败,清清楚楚。
为什么能做这个工作? 讲者说,完全是因为 Lisa——她本人是冠军,同时也是牛津的博士生,曾与 Magnus 对弈过,也和世界上许多棋手对弈过。她将作为面向超人类之前的最后一道过滤器,把筛选出的概念最终送到 Magnus 面前。「所以我非常兴奋。目前还没有结果,但很快就会有。」
5.3 题目怎么生成?
(参考时间: 59:04)
问:题目是怎么生成的?外面已经有那么多现成题目了。
答:题目其实很简单。生成概念是在 AlphaZero 的嵌入空间里做的。由于 AlphaZero 的架构很特别——它的每一个潜在层的空间布局都精确对应一张棋盘——所以我们可以识别或生成与该概念对应的棋盘局面。
又因为我们有蒙特卡洛树搜索(MCTS),我们可以预测在给定局面下它会走哪一步(推理时整个 AlphaZero 是确定性的)。于是我们得到大量棋盘局面,这就够了:
- 给 Magnus 一个局面,让他走一步;
- 解释这个概念;
- 再给更多局面,看他能否运用刚学到的概念。
补充:如果拿这些题去问 Stockfish,那是另一个问题——因为我们感兴趣的是能不能教会人类,不是 Stockfish。Stockfish 也许能解,那本身也是个有意思的事。但我们的目标是只教一个超人类:比如,如果我有 10,000 个超人类概念,而其中只有 3 个能被 Magnus 消化,那就是胜利——对这类研究是巨大的胜利。
5.4 现场问答(本讲最实质的一段)
(参考时间: 1:02:01)
问:可解释性研究横跨 NLP、视觉和 RL。你觉得把某个模态的可解释性技术迁移到其他模态,有多大希望?如果可行会是什么样? 答:这取决于你的目标。 参考公平性研究——它建立在坚实的数学基础上,原则上可用于任何公平性问题。但一旦你的目标是真正解决某人(现实中活生生的人)面临的公平性问题,那完全是另一回事——你必须为具体应用做定制。所以这里其实有两条路线:
- 讲者提到的理论工作(SHAP、IG)跨模态(视觉、文本)都适用;
- 但像 RL 里那套生成式模型,你需要多测试才能确认它在 NLP 上也成立;她甚至还不知道怎么在 NLP 里思考「智能体(agents)」,所以需要一些调整。但两个方向都是有成果的(fruitful)。
问(John):我最近看到有业余围棋棋手找到了很刁钻的策略戏耍 AlphaGo。那似乎是「人类知道而机器不知道」的知识——正好在维恩图里。 答:巧了,你提到这个。Lisa 能相当轻松地击败 AlphaZero,道理类似:如果你知道哪些是最没见过的、分布外的走法,你就能相当轻易地击溃 AlphaZero。我猜,如果李世石当年更了解 AI,他也许会试试去「迷惑」AlphaGo。但真相是——这是一场高赌注的比赛。李世石是全球名人,他不想下出一步会被看作彻底失误的棋,就像 Magnus 前几天那一步被全网新闻报道为「世纪级失误」——那大概很受伤。
问:我对「能玩这些游戏、表现极好的模型」很感兴趣,但我更好奇它们如何被应用到 Google、Facebook 这样的实际应用里。现在世界上有正在使用的应用吗? 答:我今天讲的这些工作都相当新。 不过机器人领域有一些关于潜在应用的讨论;当然,细节我不能谈。但现实中的强化学习部署,大家最担心的就是『意外(surprises)』。如果你有一个测试、一个单元测试,你永远不会失败,因为你在部署前就测过了。我认为任何这类部署系统最大的风险,就是那些你根本没预料到的意外。 所以我在可视化方面的工作以及其他工作,目的就是帮你应对这个:我们可能不知道这些意外叫什么名字,但这里有一个工具,能帮你在别人先发现、或别人先受害之前,更好地发现这些意外。
问:感谢。这是一个开放式问题。我们讨论了很多『我们如何可视化/理解机器内部表征』的方法。但我好奇,我们能否反过来——教机器用我们的语言告诉我们它在做什么?比如,我们先建立人类表征,然后让机器替我们做翻译,而不是我们钻进机器里去。 答:好问题。 这其实是我之前的工作 TCAV(Testing with Concept Activation Vectors) 尝试过的——把人类语言映射到机器空间,让机器用我们的语言说话,「因为我懂我的语言,就用我的语言跟我讲」。
挑战在于:你怎么为 AlphaZero 这样的东西做这件事?我们根本没有关于它的词汇——比如第 37 手。 那就会丢掉很多有价值的知识,我们可能无法从机器那里得到。所以我认为必须双管齐下:尽可能利用映射,但要承认即使把人话映射到机器,也不完美——因为它其实是我们「想象中某个概念是什么」的一个代理(proxy)。有心理学研究表明,每个人对「企鹅是什么」的想法都不同——「现在每个人脑子里想的都是不同的企鹅,对吧?澳大利亚有最可爱的企鹅——小蓝企鹅,我想的是那只,但我不知道有多少人想的是那只。」既然我们彼此都这么不同,机器想的又会是另一种东西。那你怎么弥合这个鸿沟? 把它扩展到 100 个概念、还要组合,很快就失控了。所以有得有失。两条路我都支持。有些应用只用人类概念就已经非常有帮助,能帮你走一半路;但我的雄心是不止步于此——我们应该从中受益,让它们教我们一些我们以前不知道的新东西。
问:你第二部分讲的是「嵌入空间里知识的位置,与你想要改变它是否相关,相关性并不高」。你觉得这对后面讲的东西——比如在嵌入空间里定位棋类策略——有什么影响?会不会没有想象中那么有用? 答:有可能。 也许它在 AlphaZero 里是我们嵌入空间的某个变换空间,也许它是施加在嵌入空间上的某个函数。那么把「定位」当成一个原始向量(raw vector)来看,可能是条死路。 至于这个国际象棋项目会怎样——几个月后见分晓。我可能会重新思考我的策略,但这是个有意思的想法。
问:我是心理学专业,我做过很多这类思考——我们通过『损伤(lesioning)』大脑的某些部分来搞清楚大脑如何工作。你觉得这个思路适用于神经网络吗?反过来,神经网络的这种可解释性研究,能帮我们理解自己的大脑吗? 答:去和 Geoffrey Hinton 聊,他会很喜欢这个。 我认为这正是一切的起点——神经网络本来就是为理解人脑而生的。
不过,讲者补充了一个她自己的看法:我们在神经科学里的一些偏见,源自工具的限制(物理工具的限制、能用来做实验的人手有限),我认为这也在影响可解释性研究。她举了个例子:著名的「猫脑里的边缘/横向/纵向线神经元」实验——他们把探针插进猫脑,发现某个神经元检测竖线,而且能用视频验证,很酷。
「那他们为什么要那样做呢?因为只有一只猫——可怜的猫——而且你一次只能探测少数几个神经元,对吧?」 这就导致很多可解释性研究其实非常聚焦在『单个神经元』级别的表征上,好像『这个神经元一定很特别』。我其实认为这不是真的。 那只是受限于我们探测有机体的物理能力。但在神经网络里你不必这样——你可以对嵌入施加函数,可以把整个嵌入改掉、覆盖掉。所以那种『一个神经元必须很特别』的思维定式,其实是我们的障碍,而不是帮助。
编者说明:这段话是本讲一个容易被忽略的深意——讲者认为从神经科学借来的「单神经元可解释性」直觉,可能把可解释性研究带偏了。在人工网络里,我们没有「一次只能插一根探针」的物理约束,因此应当更大胆地用整体的、可干预的视角(比如改动整个嵌入)去研究,而不是执着于找「那个神奇的神经元」。
六、总结
(参考时间: 1:00:24)
讲者用一段话收束全场:
- 我们讨论了「机器知道什么」与「我们以为机器知道什么」之间的鸿沟,并给出三种猜想以及三个可能切入、回答这些问题、弥合鸿沟的角度;
- 我们讨论了把机器当外星人研究——用观察研究或控制实验。研究一个物种还有很多别的方法,讲者说自己不是专家,人类学和其他人文学科会比她懂多得多;
- 然后,「也许、仅仅是也许,我们可以试着在某一天理解第 37 手——希望是在我有生之年——通过我非常兴奋的这个国际象棋项目。」
谢谢大家。
编者说明:讲完之后,Manning 教授上台致谢,并宣布课堂安排:周四没有讲座,但他和助教会在场,欢迎带着项目上的「最后时刻的慌乱」来聊。他最后打趣地说,Been 事实上今天还替 CS224N 讲了最后一课。
附:本讲知识地图速览
graph TD
ROOT["核心问题:机器到底知道什么?<br/>如何与它对话?"] --> PA["第一部分:<br/>我们真的知道机器知道什么吗?"]
ROOT --> PB["第二部分:<br/>把机器当新物种研究"]
ROOT --> PC["展望:<br/>教世界冠军超人类棋招"]
PA --> PA1["显著图 / SHAP / IG<br/>训练与未训练网络给出相同解释"]
PA1 --> PA2["理论上:归因方法<br/>无法优于随机猜测"]
PA2 --> PA3["实践中:recourse 与<br/>伪相关任务同样失效"]
PA3 --> PA4["简单采样 + 样本复杂度<br/>更窄的适用条件待寻找"]
PA --> PB0["定位 ≠ 编辑"]
PB0 --> PB1["ROME 因果追踪算法"]
PB1 --> PB2["R²:层选择 ≈ 0.94<br/>追踪效应 ≈ 0.016"]
PB --> PBa["观察研究:<br/>多智能体涌现行为聚类"]
PB --> PBb["控制实验:<br/>概念瓶颈 + 干预"]
PC --> PC1["AlphaZero: 对比人类<br/>与机器的开局演化"]
PC1 --> PC2["遗忘旧策略 → 学关系图<br/>→ 生成题目 → Magnus 解答"]
附:参考与延伸阅读
编者补充
- AlphaZero
- ImageNet
- Integrated Gradients(IG,积分梯度)
- OpenAI 的捉迷藏(hide-and-seek)视频
- SHAP
- Stockfish
- TCAV(Testing with Concept Activation Vectors)
已知疑点
本讲以口头演讲为主,字幕经由自动识别(ASR)整理,存在若干不确定之处,特此集中说明,供读者谨慎对待:
- 人名与企业名:
- 「Pang Wei」应为 Pang Wei Koh(讲者自己说「我漏了一个人」),书中已补全;
- 「Scott」指 Scott Lundberg(SHAP 的作者),但讲者只说「Scott」,字幕未给全名,编者按推断补全,请读者以官方作者名单为准;
- 「Nico、Natasha、Shai Eynav」为讲者口头提到的合作者,字幕拼写可能不准确(如 "Eynav" 的具体拼写无法核实);
-
「Lisa」只给了名字,讲者称其「既是冠军,又是牛津博士生,曾与 Magnus 对弈」,具体身份未在字幕中确认。
-
术语与数字:
- 「第 6 层(layer six)」是 ROME 在 GPT-J 上编辑所用的层,字幕清晰;但讲者展示的柱状图的具体数值无法从字幕核实,书中只按其定性描述改写(「没多少事实落在那片区域」);
- R² 的两个数值(层 ≈ 0.94,追踪效应 ≈ 0.016)来自字幕,其中「0.016」也近似可读作「0.016」或「1.6%」,书中统一写作 0.016 与 1.6%;
-
AlphaZero 的「100 维观测、5 维动作空间、4 个智能体」针对的是OpenAI 捉迷藏(hide-and-seek),不是 AlphaZero;字幕在此处指代容易混淆,书中已按语境厘清。
-
表述含糊或与常识可能冲突之处:
- 讲者说「任何有函数的模型」都适用其理论结论——这是她的现场口头概括,严格结论应以原论文(归因方法在特定假设下的不可能性)为准,编者未擅自改写,但提请读者注意这是讲者本人的概括;
- 讲者多次说「我至今也不明白为什么定位与编辑不相关」,这是未解问题,书中如实保留,未替她给出答案;
- 「move 37 的人类下出概率约为万分之一」是编者拓展中补充的常见说法,讲者本人在字幕中未给出该数字,若需引用请核对原始资料;
-
讲者提到「Good artists steal, good researchers doubt」是对毕加索名言的现场改写,书中已注明为改写。
-
编者拿不准的判断:
- 讲者说该工作「原则适用于 NLP」,但她同时承认「在 RL 里那套生成式模型需要更多测试」、「还不知道怎么在 NLP 里思考智能体」——这两句有轻微张力,编者按「理论方法跨模态、生成式方法需验证」处理,若与讲者原意有出入,以其后续论文为准;
- 本讲正文中所有
SCREENSHOT:截图指令,均仅依据字幕中明确出现「这张图 / 我们画了图 / 看这个视频 / 这个结果」等画面提示的时间点选取;字幕无法反映真实画面内容,个别时间点可能对准的并非该页幻灯片,请截图脚本运行时再行核对。