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📊 LLM 自一致性与多数投票的收益边界研究
CISC 7402 — Mathematics for Artificial Intelligence 课程项目 团队规模:2 人 | 展示截止:11月18日 | 当前状态:🟢 实验执行中
🔍 研究问题
大语言模型在单次生成时具有随机性。自一致性(Self-Consistency)通过采样多条推理路径并多数投票来提升准确率,但这并非免费的午餐:采样规模扩大带来计算成本的线性增长,而准确率增益可能边际递减;温度升高虽增加多样性,却可能引入更多错误。
本项目(基于 GSM8K 数据集与 Qwen2.5-7B 模型)旨在量化回答以下三个核心问题:
- 主效应:多数投票(T=0.6, N=20)相对贪心解码(Greedy)的真实净增益是多少?
- 收益边界:准确率增益随采样次数(N)和温度(T)如何变化?
- 置信度代理:早期投票的一致性(c₅)能否有效预测“是否值得继续采样”?
👥 团队分工与进度规划
为了保证在 11 月 18 日前交付可验收、可演示的版本,采用 “管线与统计解耦 + 强制交接点” 双人协作模式。
🧑💻 成员 A:实验管线负责人
- 核心职责:保障 12,100 次生成任务“跑得完、跑得对、可复现、可续跑”。
- 关键产出:
- 环境配置与模型加载(Qwen2.5-7B-Instruct)
- 数据抽样冻结(dev 30 / test 100)与断点续跑脚本
- 原始数据落盘(
raw.parquet)与成本/失败率统计(cost.csv)
- 核心代码:
common.py,gen.py,merge.py
🧑🔬 成员 B:统计分析与写作负责人
- 核心职责:将原始数据转化为可辩护的统计结论与可视化图表。
- 关键产出:
- C/D 分解(纠错数 vs 损害数)与配对 Bootstrap 置信区间
- c₅(前 5 票一致性)分层分析与敏感性检验
- 独立复算(
recompute.py)、三张核心主图与报告主体撰写
- 核心代码:
analyze.py,recompute.py,plots.py
🚦 关键里程碑(11.18 D-Day 倒排)
- D5 冻结交接:确认参数口径,锁定提示词与解析规则(
frozen.json)。 - D9 数据交接:A 交出原始数据,B 需在 24h 内独立复算主结果,数值一致才签字。
- D13 结论交接:共写“能说/不能说”的结果边界。
- D14 最终排练:定稿,不再修改任何内容。
🛠️ 实验设计锁定 (Scope Lock)
为了确保 2 周内交付确定性结果,对实验规模进行了如下锁定(暂定):
| 维度 | 设定值 | 说明 |
|---|---|---|
| 模型 | Qwen2.5-7B-Instruct | 仅跑 7B,3B 作为后续扩展 |
| 数据集 | GSM8K (Test 100 题) | dev 30 题用于 Pilot 验证 |
| 温度 (T) | {0.3, 0.6, 0.9} | 覆盖低、中、高随机性 |
| 采样数 (N) | {1, 5, 10, 20} | 观测边际递减,去掉 N=3 |
| 独立流 | 2 Streams | 满足配对 Bootstrap 需求 |
| 总生成量 | 12,100 次 | 100×3×2×20 + 100 (Greedy) |
📂 代码结构一览
project/
├── config.py # 全局配置唯一真源(锁定版)
├── common.py # 提示构造 / 答案抽取 / 采样 / 投票
├── gen.py # 正式生成(分片 + 断点续跑)
├── merge.py # 合并与管线内主统计
├── recompute.py # B 独立复算(交接点闸门)
├── analyze.py # C/D 分解 / c5 分层 / Bootstrap
├── plots.py # 三张核心主图绘制
└── degrade.py # 超时/失败应急降级脚本
📌 交付标准与验收清单 (11.18)
本项目不仅追求结果,更注重过程的严谨性。11 月 18 日的最终展示与提交必须包含以下四件套:
1. 统计结果 (Statistical Results)
- 主比较区间:提供点估计与 95% 配对 Bootstrap 置信区间(基于 2000 次重采样)。
- 增量分析:展示相邻 N 的增量表(明确标注间距不均),并绘制三温度下的准确率曲线。
- C/D 分解:清晰报告 (C_N)(纠错数)与 (D_N)(损害数),并绘制堆叠柱状图。
- 一致性分层:展示 (c_5) 三层分组(低/中/高)的组内样本量 (n)、N=5→20 的增益与区间(若 (n<30) 需标注“不稳定”)。
- 敏感性分析:提供“无效票计入分母”条件下的 (c_5) 对比附表。
2. 可复现代码仓库 (Reproducible Repo)
- 包含
ids.json与frozen.json的冻结快照。 - 包含完整的生成管线(
gen.py)与分析脚本(analyze.py)。 - 提供环境依赖文件(
requirements.txt)。
3. 最终报告 (Final Report)
- 严格使用 ICLR 2027 MT_E 模板,正文控制在 ≤9 页(附录不限)。
- 包含“与 Proposal 的差异”说明(如:因时间约束,测试集降至 100 题,可检出效应约 ≥7pp)。
- 附录包含:核心代码骨架、指标公式汇总、成员贡献声明、AI 工具使用声明。
4. 演示材料 (Presentation)
- 15 分钟的高质量展示(含三张核心主图 + 一页“没发现什么”的负结果/边界声明)。
🛡️ 核心代码示例:跨成员独立复算 (Double-Check)
为了打破“一人跑实验、一人写报告”的串行反模式,在 D9 设置了强制交接点。成员 B 必须使用独立的 recompute.py 从原始数据重新计算主结果,与成员 A 的管线产出逐项比对(容差 1e-6),一致后方可进入分析阶段。
# recompute.py - 由成员 B 独立编写与执行(不 import 成员 A 的分析代码)
import pandas as pd
import config as C
def verify_main_results():
# 1. B 独立读取底层数据
df = pd.read_parquet(C.RAW_PARQUET)
# 2. B 独立计算核心指标
greedy_acc = df.drop_duplicates("qid").greedy_correct.mean()
main_df = df[(df.T == C.MAIN_T) & (df.N == C.MAIN_N)]
main_acc = main_df.correct.mean()
C_count = int(((~main_df.greedy_correct) & main_df.correct).sum())
D_count = int((main_df.greedy_correct & (~main_df.correct)).sum())
# 3. 与成员 A 的产出一一比对
ref = pd.read_csv(C.MAIN_STATS_A).iloc[0]
checks = {
"greedy_acc": (greedy_acc, ref.greedy_acc),
"main_acc": (main_acc, ref.main_acc),
"C": (C_count, int(ref.C)),
"D": (D_count, int(ref.D))
}
# 4. 强制一致性校验(不通过则阻断流水线)
for k, (v, r) in checks.items():
assert abs(float(v) - float(r)) < 1e-6, f"{k} 数值不一致!A={r}, B={v}"
print("✅ [交接点 2 通过] 成员 B 独立复算成功,数据一致性校验通过。")
if __name__ == "__main__":
verify_main_results()
📅 项目时间线 (2-Week Sprint to D-Day)
为了确保在 11.18 前交付高质量的展示版本,采用倒排期管理,将 2 周时间精确到天,并设置了三个“不通过不推进”的硬交接点:
- **[D1-D2] 需求冻结 (11.04 - 11.05)**:环境搭建、数据抽样冻结(Test 100 / Dev 30)、文献矩阵梳理。
- **[D3-D4] Pilot 与骨架 (11.06 - 11.07)**:跑通小网格测试,分析脚本与绘图模板使用 Pilot 数据联调。
- **[D5] 🔒 硬闸门:参数冻结 (11.08)**:双方签字确认
frozen.json与metrics_spec.md,此后不得单方面修改实验口径。 - **[D6-D8] 正式生成 (11.09 - 11.11)**:A 启动断点续跑生成(优先跑完 T=0.6),B 同步撰写 Method/Setup 草稿。
- **[D9] 🚦 硬闸门:独立复算 (11.12)**:A 交付
raw.parquet,B 必须在 24h 内跑通recompute.py并签字,否则触发降级预案。 - **[D10-D12] 分析与产出 (11.13 - 11.15)**:输出主比较区间、C/D 分解、c5 分层;B 完成主图绘制,A 完成实验演示页。
- **[D13] 🤝 硬闸门:结论边界 (11.16)**:共同撰写“能说/不能说”的 Discussion 段落,防止过度推断。
- [D14] 最终定稿与排练 (11.17):15分钟展示排练,设备检查。此后不再修改任何内容。
- [D-Day] 项目展示 (11.18) 🎯
📜 学术规范与声明 (Academic Integrity)
作为课程项目的重要组成部分,将严格遵守学术规范,并在最终报告中作如下声明:
成员贡献声明 (CRediT)
- **成员 A (实验管线)**:负责模型部署与显存调度、提示与解析规则验证、12,100次生成的网格调度与断点续跑、原始数据落盘及成本/失败率统计;参与冻结参数决策;负责展示的实验部分。
- **成员 B (统计与写作)**:负责 C/D 分解与配对 Bootstrap 实现、(c_5) 分层与敏感性分析、全部图表绘制、文献综述与报告主体撰写;在 D9 执行独立复算;负责展示的分析部分。
- 共同承担:研究问题确定、主比较口径决策、结论边界撰写、报告交叉互审、排练。
AI 工具使用声明 (AI Usage)
本项目在以下环节使用了生成式 AI 工具辅助:
- 环境与样板代码:辅助生成数据加载、绘图模板代码,核心实验逻辑(随机种子设置、投票逻辑)由成员独立设计并逐行审查。
- 文本润色:辅助对报告草稿的段落衔接与英文表述提出修改建议,全部研究结论、实验分析与局限性讨论均由团队成员独立完成。
- 数据完整性:未在任何环节使用 AI 工具伪造、生成或改写实验数据。所有数值结果均可由仓库内代码与公开的原始记录文件复现。
CISC 7402 - Mathematics for Artificial Intelligence
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