【AI/NLP】InstructGPT数据标注问题

1 背景介绍

ChatGPT的训练过程与InstructGPT相近，大致分为三步：

1. SFT：收集描述型数据，对GPT3.5有监督微调
2. RM：收集对比型数据，训练一个奖励型模型（RM）
3. PPO：使用PPO算法，用RM继续微调GPT3.5

由上述可见，任何一个训练过程，首当其冲的是获取到每个任务阶段所需要的标注型数据，因此本文将对ChatGPT可能使用到的数据及其标注方法进行介绍。

2 标记员筛选

由于在ChatGPT微调的过程中，对数据极为敏感，人们所希望的语言对话模型所生成的回答应该是真实、无害、有帮助的，并且在模型评估时，真实、无害是基本要素。在这样的需求下，openAI在挑选标记员时进行了一系列的筛选测试，从而保证结果的可靠性。

2.1 标记员筛选标准

1. 对敏感言论的看法。敏感言论指的是能够引起人的强烈负面情绪的言论，openai要求标记者对其看法应尽量一致；
2. 答案排名能力。要求标记员与研究人员，就模型给出的问题回答排序应一致；
3. 识别不同领域的敏感内容的能力。

3 数据集及其标注

3.1 预训练

由于无论是ChatGPT所采用的GPT3.5，还是InstructGPT所采用的GPT3，都是事先训练好的预训练模型进行微调，所以无需太多关注预训练阶段所使用的数据。

在预训练阶段，模型采用无监督学习方式，所采用数据集来自大规模文本数据，如网页、电子书、新闻文章、博客等，无需进行标注。训练过程中，模型接受一个输入序列（通常是文本的一部分），通过前面已经生成的部分来预测接下来的一个单词。在训练过程中，模型会根据预测结果和实际标签的差异来更新模型的参数，以使得模型能够更好地预测下一个单词（与GPT训练方式相似）。

上式描述了预训练阶段模型的似然函数，模型设置了大小为k的窗口，每次用k个单词去预测随后出现的单词，使整体预测概率最大。
https://www.cs.ubc.ca/~amuham01/LING530/papers/radford2018improving.pdf

3.2 微调

在有了预训练模型阶段，我们将用具体的下游任务类型出现的数据，对模型进行微调，从而产生符合预期的效果。在InstructGPT中，训练过程分为了三个阶段为有监督微调（SFT）、奖励模型训练（RM）、基于RM模型使用PPO微调SFT。本节内容将对各阶段出现的数据及标注，各数据集的大小进行介绍

3.2.1 SFT-demonstration data

在微调阶段，模型会使用人类对话数据进一步优化模型，微调阶段属于有监督学习，需要对文本进行标注。对于这个阶段的数据(demonstration data)，将会构造或针对给定的问题，由标注工对这些问题进行回答，问题-回答对构成有标签的数据，用于对模型微调。出现的问题形式共有3种：

• plain：直接给出需求问题，如“世界上最大的河？”；
• few-shot：先给出一些问题和回答，再提出新问题。如“给出此条微博的情感分析？”先提供若干条微博信息，并给出其“正面”或者“负面”的标签，再给出一条新的微博内容；

• user-based：根据具体的用户场景设计出的问题，场景类型共10类，如生成类问题，问答，头脑风暴，聊天，重写，总结，分类，抽取等。如头脑风暴场景下的“学习古希腊时应该知道的重点？”，生成类场景下的“写一篇短篇小说，讲述一只棕熊到海滩上，和一只海豹交朋友，然后回家的故事”，对故事进行续写。

3.2.2 RM-comparison data

在RM阶段，针对给定问题，由SFT微调得到的模型先产生对原问题的不同答案，由标注工对答案的正确性进行排序(comparison data)，并选择更倾向于模型输出的哪一个答案，如下：

Q：“解释什么是数据结构？”
A. 数据结构是计算机的一门专业课，可用特殊的结构对数据进行存储，为高效的算法提供条件
B. 数据结构涉及数学知识
C. 数据结构属于生物学领域
D. 数据结构属于材料学领域
标注结果：A>B>C=D

以上结果的排序依据，遵从从有帮助性、真实性、无害性三个评估角度出发，其中对绝大多数任务来说，无害性、真实性的权重会远高于有帮助性（训练时则有帮助性权重更高）。但也有特殊情况，如：

1. 某一个答案相较于其它提供的帮助非常明显；
2. 该输出仅有些许不真实/有害；
3. prompt不属于高风险领域（贷款申请、治疗、医疗、法律咨询等），那么将提高“有帮助性”所占的权重。如果出现帮助性相同，但不真实/有害在不同的地方，那么将从用户角度判断哪种可能对用户造成更大的损失，从而将它的排序结果置后。

此外，我们还希望模型具备“ 当输入是一些有害的言论时，希望输出是无害的 ” 的能力。该能力的评价标准将从无害性和连续性出发，这里的连续性指的是输入和输出在逻辑上可以构成一个文本，而不会读起来明显像两个文本的情况。我们将从输出的有害度，输入输出相对有害度，输入输出文本连续性上进行打分，从而依据打分结果获得排序结果。

标记员的在第二个阶段RM标注工作在如下图所示的界面完成。

在第一张图中，标注员首先会给出1-7范围内的得分，得分更高的回答质量也更高，并且基于真实性，无害性，有帮助性，给出元数据的标签。而第二张图指的是在上一张图的工作完成以后，对模型的所有输出进行排序。

3.3 数据集大小

在InstructGPT上，雇佣了40人进行标注及API中获得的。

训练集上，SFT标注了13k条数据（API+人工），RM标注了33k（API+人工），PPO标注了31k（API）。

验证集上，SFT任务有1653条，RM有18k条，PPO中有16k条。

4 模型实现

在数据集采集及标注完全后，需要分别训练出两个不同的模型，即SFT和RM。

在SFT阶段，使用采集的问答对数据，对GPT进行有监督微调。

在RM阶段，使用对比数据集，训练RM奖励模型。
RM模型是将SFT去掉softmax层，改成输出为1的线性层，从而在以问答为输入的情况下，输出得到奖励值。
在训练过程中，为了避免过拟合现象的出现，采用成对展示输出结果的方式，然后用户从中选择更好的结果输出。

RM所定义的损失函数会最大化两者之间的差值。RM损失函数：x代表prompt，yw代表的是质量较高的回答，yl代表质量较低的，r为奖励模型的输入结果。每轮对prompt的所有回答进行两两比较，这样设计损失函数使得yw（质量较高回答）的得分尽可能高，最大化两个回答之间的差值。

在最后PPO阶段，是利用第二步得到的奖励模型，指导SFT训练，用PPO算法微调SFT。针对给定的问题，由SFT生成回答。问题-回答作为输入，用RM模型得到奖励值，用奖励值使用PPO更新SFT，为一次迭代。由于SFT每轮参数都会发生变化，导致强化学习的环境也改变，所以在损失函数中加入KL散度。
InstructGPT