摘要

生成式大型語言模型（LLMs）通過實(shí)現(xiàn)快速、類人的文本生成改變了人工智能領(lǐng)域，但它們面臨挑戰(zhàn)，包括管理不準(zhǔn)確的信息生成。諸如提示工程、檢索增強(qiáng)生成（RAG）以及整合特定領(lǐng)域知識圖譜（KGs）等策略旨在解決這些問題。然而，尤其是在通過Web API使用封閉訪問LLM的開發(fā)者中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的管理、可重復(fù)性和驗(yàn)證所需水平仍存在挑戰(zhàn)，這增加了與外部工具集成的復(fù)雜性。為解決這一問題，我們正在探索一種軟件架構(gòu)，通過優(yōu)先考慮靈活性和可追溯性來增強(qiáng)LLM工作流程，同時(shí)促進(jìn)更準(zhǔn)確和可解釋的輸出。我們描述了我們采用的方法，并提供了一個(gè)營養(yǎng)案例研究，展示了其將大型語言模型（LLMs）與RAG和知識圖譜（KGs）整合以獲得更強(qiáng)大AI解決方案的能力。

LLM experimentation through knowledge graphs: Towards improved management, repeatability, and verification - ScienceDirect

??https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1570826824000398??

核心速覽

研究背景

1. 研究問題：這篇文章要解決的問題是如何通過知識圖譜（Knowledge Graphs, KGs）和檢索增強(qiáng)生成（Retrieval-Augmented Generation, RAG）來改進(jìn)大型語言模型（LLMs）的管理、可重復(fù)性和驗(yàn)證。LLMs在生成類似人類的文本方面取得了顯著進(jìn)展，但面臨著生成不準(zhǔn)確信息的挑戰(zhàn)。
2. 研究難點(diǎn)：該問題的研究難點(diǎn)包括：實(shí)現(xiàn)LLMs實(shí)驗(yàn)的管理、可重復(fù)性和驗(yàn)證的期望水平，特別是對于通過Web API使用封閉訪問LLMs的開發(fā)者，這簡化了與外部工具的集成。
3. 相關(guān)工作：該問題的研究相關(guān)工作包括：prompt工程、RAG框架和基于權(quán)威領(lǐng)域本體的知識圖譜（KGs）的使用。現(xiàn)有的RAG框架旨在緩解LLMs響應(yīng)中的幻覺和過時(shí)知識或缺失信息的問題。KGs作為結(jié)構(gòu)化的外部信息源，已被用于增強(qiáng)LLMs的可靠性和可解釋性。

研究方法

這篇論文提出了一種軟件架構(gòu)，用于增強(qiáng)LLMs的工作流程，優(yōu)先考慮靈活性、可追溯性和可重復(fù)性，同時(shí)促進(jìn)更準(zhǔn)確和可解釋的輸出。具體來說，

• 靈活性和可追溯性：ChatBS-NexGen架構(gòu)允許用戶交互式地定制和組合高級提示策略，而無需編程知識。通過直觀的界面，用戶可以輕松配置提示策略（如少樣本學(xué)習(xí)、思維鏈、驗(yàn)證鏈）、動(dòng)態(tài)槽位的信息告知系統(tǒng)和用戶提示，以及輸入數(shù)據(jù)集。此外，還包括設(shè)置模型溫度、提示重新提交次數(shù)和選擇不同的LLMs等選項(xiàng)。所有這些特性共同促進(jìn)了LLMs實(shí)驗(yàn)的靈活性。
  
• RAG和KG增強(qiáng)的LLMs實(shí)驗(yàn)：評估模塊旨在通過將LLMs的主要實(shí)體與領(lǐng)域知識圖譜或開放網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行驗(yàn)證、基準(zhǔn)測試和專家分析。實(shí)驗(yàn)使用的KG平臺(tái)是Whyis，一個(gè)下一代的、具有動(dòng)態(tài)代理交互的有知覺黑板架構(gòu)。評估模塊包括子模塊用于實(shí)體識別和構(gòu)建標(biāo)記實(shí)體圖，利用Whyis的高級功能，使跨多個(gè)LLMs和單個(gè)LLMs的多次重新提交的響應(yīng)之間的比較成為可能。
• 營養(yǎng)案例研究：使用一個(gè)包含100名患者數(shù)據(jù)的食品和營養(yǎng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。目標(biāo)是評估LLMs生成的飲食建議的適用性，考慮到個(gè)人因素如性別、年齡、性別、體重、健康指標(biāo)、慢性疾病診斷以及飲食限制和偏好。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

• 數(shù)據(jù)收集：實(shí)驗(yàn)使用了包含100名患者數(shù)據(jù)的食品和營養(yǎng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集。每個(gè)患者的個(gè)人信息包括性別、年齡、性別、體重、健康指標(biāo)、慢性疾病診斷、飲食限制和偏好等。
• 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在典型的測試運(yùn)行中，用戶（營養(yǎng)研究組的成員）使用ChatBS-NexGen用戶界面輸入以下信息和選擇數(shù)據(jù)源：提示策略、LLMs、提示重新提交次數(shù)、KG鏈接等。然后，ChatBS-NexGen執(zhí)行提示設(shè)計(jì)子模塊，實(shí)例化100個(gè)提示并提交給選定的LLMs。提交控制器子模塊提交（并重新提交10次）每個(gè)實(shí)例化的提示，接收其響應(yīng)并將其傳遞給評估步驟。
• 樣本選擇：選擇了100名患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)患者的提示實(shí)例化和重新提交10次。
• 參數(shù)配置：用戶可以選擇不同的提示策略（如少樣本學(xué)習(xí)、思維鏈、驗(yàn)證鏈）、LLMs（如GPT-4o mini和Llama 3.1-8B）、提示重新提交次數(shù)等。

結(jié)果與分析

• 驗(yàn)證結(jié)果：在100名患者的實(shí)驗(yàn)中，LLMs推薦了483種不同的食物類型，其中178種（36.8%）可以通過FoodKG進(jìn)行驗(yàn)證。對于30名糖尿病患者，LLMs推薦了260種不同的食物類型，其中123種（47.3%）可以通過FoodKG進(jìn)行驗(yàn)證。
• 高GI食物的推薦：在推薦的10種高GI（≥50）食物中，LLMs對糖尿病患者提出了不同的建議。例如，Llama 3.1向10名糖尿病患者推薦了“蜂蜜”，占糖尿病患者的33%，而GPT-4o mini推薦了“菠蘿”，占30%。
  
• 響應(yīng)一致性：通過計(jì)算不同LLMs和同一LLMs的多次響應(yīng)之間的Jaccard相似系數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同LLMs之間以及同一LLMs的不同響應(yīng)之間的一致性較低。例如，GPT-4o mini對同一患者的10個(gè)響應(yīng)之間的Jaccard相似系數(shù)為0.05，表明只有5%的食物在所有響應(yīng)中被共享。

  

總體結(jié)論

這篇論文提出了一種新的架構(gòu)ChatBS-NexGen，用于改進(jìn)LLMs實(shí)驗(yàn)的管理、可重復(fù)性和驗(yàn)證。通過結(jié)合RAG和KGs，該架構(gòu)能夠提供更準(zhǔn)確和可解釋的輸出，并通過詳細(xì)的日志記錄確保實(shí)驗(yàn)的可追溯性。未來的研究方向包括支持多模態(tài)輸入輸出、自動(dòng)提示策略、與XAI框架的集成、邏輯一致性驗(yàn)證器和對抗場景模擬器等。

論文評價(jià)

優(yōu)點(diǎn)與創(chuàng)新

1. 靈活的架構(gòu)設(shè)計(jì)：ChatBS-NexGen架構(gòu)通過直觀的界面和模塊化的設(shè)計(jì)，支持多種提示策略、不同的LLM架構(gòu)、數(shù)據(jù)輸入和實(shí)驗(yàn)設(shè)置，確保了實(shí)驗(yàn)的靈活性。
2. 可追溯性：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程被詳細(xì)記錄，包括時(shí)間戳、提示數(shù)據(jù)、模型版本、響應(yīng)元數(shù)據(jù)等，確保了實(shí)驗(yàn)的可追溯性。
3. 重復(fù)性控制：通過日志記錄和多次執(zhí)行，可以重現(xiàn)相同的實(shí)驗(yàn)條件，評估LLMs響應(yīng)的變化，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。
4. RAG和KG集成：該架構(gòu)支持檢索增強(qiáng)生成（RAG）和知識圖譜（KG）的集成，顯著提高了響應(yīng)的驗(yàn)證性和解釋能力。
5. 營養(yǎng)案例研究：通過真實(shí)的醫(yī)療項(xiàng)目案例，展示了該架構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的潛力，特別是在處理LLMs生成的飲食建議時(shí)，能夠識別不適當(dāng)?shù)耐扑]和高變異性。
6. 多模型支持：支持多種LLMs的交互和評估，增強(qiáng)了平臺(tái)的通用性和實(shí)用性。

不足與反思

1. 知識圖譜的局限性：在應(yīng)用領(lǐng)域中，知識圖譜的數(shù)據(jù)不完整和查詢構(gòu)建的復(fù)雜性是主要限制因素。許多知識圖譜缺乏關(guān)鍵屬性或完全缺失，限制了其在詳細(xì)和可靠分析中的應(yīng)用。
2. 標(biāo)準(zhǔn)化本體的重要性：采用標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)威本體對于增強(qiáng)不同系統(tǒng)之間的互操作性至關(guān)重要。需要開發(fā)方法將詳細(xì)的溯源元數(shù)據(jù)嵌入知識圖譜中，并展示其在提高可靠性和實(shí)用性方面的應(yīng)用。
3. 查詢機(jī)制的改進(jìn)：需要改進(jìn)知識圖譜查詢機(jī)制，簡化領(lǐng)域特定數(shù)據(jù)的檢索過程，以便用戶更容易使用。
4. 未來研究方向：包括支持多模態(tài)輸入輸出、引入自動(dòng)提示策略、通過與XAI框架集成提供高級解釋能力、整合邏輯一致性驗(yàn)證器和對抗場景模擬器、動(dòng)態(tài)集成多樣化指標(biāo)進(jìn)行上下文評估、關(guān)注安全驗(yàn)證和偏見緩解等方面的工作。

關(guān)鍵問題及回答

問題1：ChatBS-NexGen架構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)LLMs實(shí)驗(yàn)的靈活性和可追溯性？

ChatBS-NexGen架構(gòu)通過以下方式實(shí)現(xiàn)LLMs實(shí)驗(yàn)的靈活性和可追溯性：

1. 靈活性：用戶可以通過直觀的界面交互式地定制和組合高級提示策略，如少樣本學(xué)習(xí)、思維鏈（CoT）、驗(yàn)證鏈等。用戶還可以輸入動(dòng)態(tài)槽位和相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，并設(shè)置模型溫度、提示重提交次數(shù)和選擇不同的LLMs。這些功能使得平臺(tái)能夠適應(yīng)多樣化的實(shí)驗(yàn)要求和用例。
2. 可追溯性：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程被詳細(xì)記錄，包括時(shí)間戳、輸入提示、模型版本、響應(yīng)元數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)參數(shù)和外部集成等信息。這些日志確保了每一步驟都可以被追蹤和審計(jì)，從而提高了實(shí)驗(yàn)的透明度和可重復(fù)性。

問題2：在營養(yǎng)案例研究中，ChatBS-NexGen如何利用知識圖譜（KGs）驗(yàn)證LLMs生成的飲食建議？

1. 實(shí)體識別：首先，ChatBS-NexGen識別出LLMs響應(yīng)中的食物名稱。
2. 鏈接到KG：然后，將這些食物名稱鏈接到FoodKG和WhatToMake本體。FoodKG包含了食物的詳細(xì)信息，如血糖指數(shù)（GI），這些信息用于驗(yàn)證LLMs的建議是否適合特定的健康狀況。
3. 驗(yàn)證和分析：通過比對FoodKG中的信息，ChatBS-NexGen能夠驗(yàn)證LLMs推薦的食物是否合適。例如，對于糖尿病患者，系統(tǒng)可以檢查推薦食物的高GI值，并提供相應(yīng)的反饋。

問題3：ChatBS-NexGen在處理LLMs響應(yīng)的相似性分析時(shí)采用了哪些方法？這些方法揭示了什么？

ChatBS-NexGen采用了兩種方法來分析LLMs響應(yīng)的相似性：

1. 跨LLMs比較：通過計(jì)算不同LLMs（如Llama-3.1和GPT-4o mini）之間響應(yīng)的Jaccard相似系數(shù)，來比較它們對同一患者的推薦結(jié)果。例如，Llama-3.1和GPT-4o mini對同一患者推薦的食品覆蓋范圍分別為42%和39%。
2. 同一LLMs內(nèi)部比較：通過計(jì)算同一LLMs（如GPT-4o mini）多次響應(yīng)之間的Jaccard相似系數(shù)，來評估其一致性。例如，GPT-4o mini對同一患者生成的10個(gè)響應(yīng)的Jaccard相似系數(shù)為0.05，表明不同響應(yīng)之間的一致性很低，推薦結(jié)果存在顯著差異。

這些方法揭示了LLMs在生成推薦時(shí)存在的高變異性和一致性挑戰(zhàn)，強(qiáng)調(diào)了在管理和驗(yàn)證LLMs響應(yīng)時(shí)需要更多的自動(dòng)化和結(jié)構(gòu)化工具。

本文轉(zhuǎn)載自 ??知識圖譜科技??，作者：KGGPT