o1不是唯一路徑！MIT新研究：在測試時訓練，模型推理能力最高升至5.8倍
o1不是通向大模型推理的唯一路徑！
MIT的新研究發現，在測試時對大模型進行訓練，可以讓推理水平大幅提升。
在挑戰超難的ARC任務時，準確率最高可提升至原來的5.83倍。
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這樣的表現不僅優于GPT-4和Claude，如果與其他推理方法相結合，還能超越人類的平均水準。
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OpenAI o1團隊成員Noam Brown表示，o1的大規模計算可能不是最好的方法，很高興看到有學者在提高推理能力上探索新的方法。
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在測試中訓練模型
不同于傳統的先訓練后測試模式，測試時訓練（Test-Time Training，TTT）在部署階段面對新的測試樣本時，不直接用訓練好的模型去推理。
在推理之前，測試樣本自身攜帶的信息，會通過快速的訓練過程被用于調整模型參數。
總體來說，TTT過程中一共有三個關鍵階段——訓練數據生成、模型適應范式設計以及推理階段的策略。
數據生成的核心是將測試任務中蘊含的輸入輸出對關系，通過數據增強的方式最大限度地利用，可具體分為兩個步驟。
首先是基于leave-one-out構造新的任務。
對于包含K個輸入輸出對的測試任務，依次將每個樣本留出作為測試樣本，其余K-1個作為訓練樣本,由此構造出K個新的TTT訓練任務。
這樣就可以從一個測試任務出發，構造出K個結構一致但內容互補的新任務，從而擴充了TTT訓練數據。
在此基礎上，作者還進行了數據增強，主要包括對輸入輸出施加各類幾何變換，以及打亂訓練樣本對的順序。
經過這一步，TTT訓練集的規模可以得到顯著擴大。
整個TTT數據構造過程可高度自動化，不依賴人工標注。
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利用構造好的TTT數據集，就可以對預訓練好的語言模型進行測試時訓練。
考慮到測試時的資源限制，作者采用了參數高效的LoRA，為每個測試任務學習一組獨立的adapter參數，附加在預訓練模型的每一層之上，通過一個低秩矩陣與原始權重相乘起到調節作用。
過程中還額外加入了對所有前綴序列的預測，目的是通過在各種長度的演示樣本上都計算損失，鼓勵模型盡早地從少量信息中總結出抽象規律，從而提高魯棒性。
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最后，為了實現TTT效果的最大化，作者在推理階段應用了數據增強和集成學習策略。
推理過程中，先利用一系列預定義的幾何變換算子（如旋轉、翻轉等）擴充原始輸入，生成若干等價視角下的輸入變體。
之后將每個變體輸入并行地送入LoRA-tuned模型，獨立完成預測，然后再對齊和還原到原始輸入空間，由此得到一組成對的預測。
在成對預測的基礎上，通過分兩層投票的方式完成集成融合：
- 第一層在每種變換內部進行投票，選出置信度最高的Top-3個預測;
- 第二層在不同變換的Top-3預測之間進行全局投票，選出最終的Top-2作為輸出。
這一推理策略，既通過數據增強引入了輸入的多樣性，又用分層投票的方式對不同來源的預測進行了結構化的組合，進一步提升了TTT方法的效果。
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ARC任務準確率最高升至6倍
為了評估TTT方法的效果，研究團隊以8B參數的GPT-3作為基礎模型進行了測試。
如果不使用TTT僅進行微調，模型在ARC數據集上的準確率只有18.3%，加入TTT后提升到47.1%，增長率達到了157%。
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另外，作者還從ARC數據集中隨機選擇了80個任務作為子集進行了測試。
測試發現，TTT方法對于1B模型的提升效果更加明顯，調整后模型的準確率接近調整前的6倍。
并且在調整前后，1B和8B兩個規模的模型之間的相對差距也在縮小。
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進一步地，作者還將TTT方法與之前在ARC任務上取得優異成績的BARC（Bootstrapping Approach for Reward model Construction）方法進行了比較和結合。
具體來說，作者首先獨立運行這兩個系統，得到它們在每個測試任務上的輸出。
如果兩者輸出完全一致，則直接認為推理結果是正確的；
如果輸出不一致，則看BARC是否能夠生成確定的、唯一覆蓋所有測試樣本的解題程序，若是則認為BARC的輸出更可靠；
反之，如果BARC生成了多個候選程序但無法確定最優解，或者干脆無法生成任何滿足約束的程序，則認為TTT的輸出更可靠。
兩種方式配合使用后，取得了61.9%的SOTA成績，已經超過了人類的平均水平。
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One More Thing
根據作者在推文中的介紹，在這篇論文發布前，一個叫做MindsAI的團隊已經發現使用了相同的技術。
利用TTT技術，該團隊已經用58%的正確率取得了ARC挑戰的第一名。
作者的論文發布之后，MindsAI團隊領導者Jack Cole也發文進行了祝賀：
很高興，我們掀起了這場對TTT的興趣風暴。
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同時，Jack還推薦了另一名研究TTT的學者——斯坦福大學華人博士后Yu Sun，表示他的研究值得被關注。
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Sun的個人主頁顯示，他針對測試時訓練進行了大量研究，相關成果入選過ICML、NeurIPS、ICLR等多個頂級會議。
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