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大規模語言模型的規劃能力

近年來，大規模語言模型（LLMs）的規劃能力受到了越來越多的關注，原因在于它們在多步驟推理方面的顯著能力，以及在多個領域中廣泛的泛化能力。盡管一些研究人員強調LLMs在執行復雜規劃任務方面的潛力，另一些人則指出它們在處理長時間跨度推理的復雜性時存在顯著的局限性。本調查深入研究了現有的LLMs在自動規劃中的應用，詳細分析了它們的成功和不足之處。我們展示了，盡管LLMs因其局限性不適合單獨作為規劃器，但當與其他方法結合時，它們仍然為增強規劃應用提供了巨大的機會。因此，我們提倡一種平衡的方法，結合LLMs固有的靈活性和廣泛知識，以及傳統規劃方法的嚴謹性和成本效益。 規劃是指制定一系列行動以實現特定目標的過程，是智能行為的基石。這一認知能力使得無論是人類還是人工智能體，都能夠在復雜的環境中導航，適應變化的情境，并預測未來事件。意識到這一技能對智能行為的重要性，自動化規劃自人工智能領域誕生以來便成為一項基礎任務，發揮著重要作用，幫助系統推理可能的行動路徑、優化決策過程，并在廣泛的應用場景中高效地實現期望的結果。 在這一背景下，大規模語言模型（LLMs）在規劃中的作用近年來受到了越來越多的關注，盡管它們的局限性仍然是一個重要的討論話題。[Wei et al., 2022a] 提出的“涌現”能力最初激發了人們對LLMs作為獨立規劃器潛力的熱情，一些方法展現出了令人印象深刻的規劃能力[Yao et al., 2023a; Hao et al., 2023]。然而，隨后的研究對這些聲明進行了審視，揭示了其中的主要不足之處[Stechly et al., 2024a; Verma et al., 2024]。特別地，盡管LLM代理在短時間跨度的高層次規劃中顯示出一定的前景，但在長時間跨度的場景中，它們往往無法產生正確的規劃，其性能可能顯著下降[Chen et al., 2024a; Aghzal et al., 2024b]，使得它們在實際應用中變得不切實際和不可靠。此外，即便在成功的情況下，它們生成的規劃成本也可能非常糟糕，而這一局限性往往被忽視，尤其是在文獻中提出LLMs用于規劃相關任務時。 盡管存在這些局限性，LLMs通過大規模預訓練所蘊含的一般領域知識為增強傳統規劃系統的靈活性提供了寶貴的機會。例如，它們從自然語言中提取和解釋相關上下文信息的能力，使得這些模型能夠作為接口，將文本轉化為結構化的形式化表示，進而與符號規劃器無縫集成[Chen et al., 2024b; Zhang et al., 2024]。此外，LLMs還有潛力為規劃系統提供常識推理，彌合傳統規劃器在某些領域知識上的空白，而不需要大量的手動工程工作[Zhang et al., 2023]。進一步地，作為基于大量人類生成數據訓練的模型，LLMs能夠隱式編碼人類的風格化和定性偏好。因此，LLMs也能作為評估器，基于定性和風格化標準評估規劃，這些標準通常難以明確表達[Guan et al., 2024]。 在本研究中，我們對LLMs在自動規劃中的整合進行文獻綜述，重點討論長時間跨度的高層次規劃應用。雖然我們的工作主要集中在LLMs上，但我們調查的研究及其論點也適用于增強了視覺編碼器的LLMs，即視覺語言模型（VLMs）。我們比較了使用LLMs作為規劃器和將LLMs整合到傳統規劃框架中的研究現狀，并認為后者提供了更為靈活和有前景的解決方案。盡管以往的綜述已探討了這一主題，但它們要么關注的是更廣泛的LLM自動化代理[Huang et al., 2024b; Wang et al., 2024a]，要么缺乏對LLMs在規劃中多種應用及其局限性的系統性和深入討論[Li et al., 2024b]。通過將討論范圍聚焦于長時間跨度規劃，本綜述提供了對LLMs在規劃中的應用、未來研究潛力以及可能的陷阱的更深入探討。

大語言模型（LLMs）展現了極其強大的能力。實現成功的一個關鍵因素是將LLM的輸出與人類偏好對齊。這一對齊過程通常只需要少量數據就可以有效提升LLM的性能。盡管效果顯著，但該領域的研究涉及多個領域，所采用的方法相對復雜且難以理解。不同方法之間的關系研究較少，這限制了偏好對齊的進一步發展。有鑒于此，我們將現有的流行對齊策略分解為不同的組成部分，并提供了一個統一的框架來研究當前的對齊策略，從而建立它們之間的聯系。在本綜述中，我們將偏好學習中的所有策略分解為四個組成部分：模型、數據、反饋和算法。這個統一視角不僅能夠深入理解現有的對齊算法，還為不同策略的優勢協同提供了可能性。此外，我們還提供了詳細的現有算法工作示例，以幫助讀者全面理解。最后，基于我們的統一視角，我們探討了將大語言模型與人類偏好對齊所面臨的挑戰和未來的研究方向。

以ChatGPT為代表的大語言模型（LLMs）的崛起展示了令人印象深刻的語言能力和專業素養，能夠提供正確、禮貌且知識淵博的回答，這令人驚訝且值得欽佩。這種表現很大程度上要歸功于偏好對齊過程，這是LLM在公開部署前必須經歷的一個必要步驟，旨在防止其可能生成冒犯性、有害或誤導性的內容。盡管大語言模型（LLMs）在各個領域展現了卓越的能力 [19, 93, 115, 139]，但它們在倫理 [54]、安全 [63, 106, 128] 和推理 [73, 123, 142] 方面仍面臨挑戰。為了應對這些問題，出現了許多與對齊相關的舉措 [28, 88, 94, 98]，這也激發了本次綜述的興趣。雖然許多研究 [109, 124] 廣泛討論了對齊的概念，但偏好學習的各種算法之間的關系仍然支離破碎，缺乏統一的框架來將它們結合起來。為了彌補這一差距，我們旨在提供一個系統的偏好對齊框架，如圖1所示。通過將相關工作整合到這一框架中，我們希望為研究人員提供全面的理解，并為在特定領域的進一步探索奠定基礎。傳統的分類視角 [53, 109, 124] 通常將現有方法分為基于強化學習（RL）的方法，如RLHF [94]，它需要獎勵模型用于在線RL；以及基于監督微調（SFT）的方法，如直接偏好優化（DPO）[98]，它在離線環境中直接進行偏好優化。然而，這種分類無意中在兩類工作之間形成了一道障礙，不利于研究人員對偏好對齊核心內容的進一步理解。因此，我們致力于為這兩類方法建立統一的視角，并引入創新的分類框架。

這個新框架基于兩個關鍵見解：首先，在線策略（on-policy）與離線策略（off-policy）設置之間的區別，實質上取決于不同的數據來源，這可以與PPO或DPO等算法解耦。在線策略要求策略模型實時生成其數據，具體來說，被優化的LLM必須實時生成下一次訓練的迭代數據。而離線策略允許多種數據源，只要這些數據是提前收集的，而不需要策略模型同時生成。許多當前的工作采用特定算法在在線和離線設置之間的轉換 [39, 105]。因此，我們不使用在線或離線作為算法分類的標準。其次，受現有工作 [105] 的啟發，強化學習和監督微調方法的優化目標本質上非常相似。不同之處在于，基于強化學習的方法通常需要一個獎勵模型來計算進一步訓練的獎勵，而監督微調算法可以直接通過各種形式的偏好進行優化，如更好的對齊輸出、偏好關系中的成對或列表對比。有了統一的視角，我們可以將反饋定義為一系列能夠生成與人類判斷一致的偏好的工具，例如獎勵模型、人類標注者、更強大的模型（如GPT-4）以及各種規則。基于這些考慮，我們將偏好學習過程劃分為數據、反饋、偏好優化和評估。我們的分類框架如圖2所示。總之，我們的論文調查并整理了與LLM偏好學習相關的現有工作，提供了一個統一且新穎的視角。此外，基于這篇綜述的內容，我們總結了該領域的幾個未來研究方向，旨在為進一步的研究提供見解。

在本節中，我們首先為LLM的偏好學習提供定義：給定一般人類偏好分布P(??, ??)，其中??是一個提示，??是LLM的相應輸出，LLM的偏好學習????是一種生成新的LLM ????′的范式，使其對齊于P(??, ??)，即P(??, ????′(??)) > P(??, ????(??))。為了使LLMs學習人類偏好，這一過程通常涉及提供一個輸入??和相應的響應??的數據樣本，以及一個帶有人類偏好P(??, ??)的環境來對其進行反饋。與人類偏好一致的樣本會被賦予更高的獎勵，可能表現為正面標簽、在偏好排序中的較高位置，或較高的獎勵分數。在獲得數據后，策略模型????′通過特定算法進行優化。此外，根據這一定義，有必要解釋LLMs偏好學習與一些相關概念之間的關系。(1) 對齊：根據Kenton等人的研究 [58]，對齊是指關注解決所謂的行為對齊問題的研究：我們如何創建一個能夠按照人類意愿行事的代理？基于這一定義，我們將LLMs的偏好學習視為旨在實現對齊的一類方法。本論文的范圍僅限于文本偏好對齊，不涉及其他廣為人知的對齊話題，如幻覺、多模態對齊和指令微調。(2) 從人類反饋中進行強化學習（RLHF）：與RLHF不同，本論文的范圍不僅包括基于強化學習的方法，還涵蓋了傳統的基于監督微調（SFT）的方法。此外，我們采用了一個統一的視角來研究基于強化學習和監督學習的方法。

結論

在本綜述中，我們將偏好學習的策略分解為幾個模塊：模型、數據、反饋和算法。通過根據它們的變體區分不同的策略，我們構建了一個統一的偏好學習策略視角，并在它們之間建立了聯系。我們認為，盡管這些對齊算法的核心目標本質上是相似的，但它們的表現可能在不同的應用場景中有顯著差異。我們將探索哪種變體在特定背景下表現更好作為未來的研究工作。最后，我們希望本綜述能夠為研究人員提供對偏好學習的進一步理解，并激發該領域的更多研究。

大型語言模型（LLMs）在許多不同的自然語言處理（NLP）任務中表現出色。提示工程在提升LLMs已有能力的基礎上，實現顯著性能提升方面發揮了關鍵作用。提示工程需要撰寫稱為提示的自然語言指令，以結構化方式引導LLMs挖掘知識。與之前的最新技術（SoTA）模型不同，提示工程不需要根據特定NLP任務進行廣泛的參數重新訓練或微調，而是完全依賴于LLMs的內嵌知識。此外，LLM愛好者可以通過基本的自然語言對話交流或提示工程，智能地提取LLMs的知識，使更多沒有深厚數學和機器學習背景的人也能嘗試使用LLMs。隨著提示工程在過去兩年中越來越受歡迎，研究人員提出了許多圍繞提示設計的工程技術，以提高從LLMs提取信息的準確性。在本文中，我們總結了不同的提示技術，并根據它們所應用的不同NLP任務進行分類。我們進一步細化地展示了這些提示策略在不同數據集上的性能，討論了所使用的相應LLMs，提供了一個分類圖，并探討了特定數據集可能的最新技術。總的來說，我們閱讀并總結了44篇研究論文，涵蓋了39種不同的提示方法，涉及29個不同的NLP任務，其中大多數論文在過去兩年內發表。

人工智能隨著大型語言模型（LLMs）的引入顯著進步。LLMs在包含數百萬和數十億個標記的大規模文本語料庫上進行訓練。研究表明，隨著模型參數數量的增加，機器學習模型的性能會提高，這也正是LLMs的情況。Chang等人（2023）的研究表明，LLMs在廣泛的NLP任務上取得了前所未有的性能，因此引起了學術界和包括醫學、法律、金融等在內的各個行業的廣泛關注。目前對LLMs的研究階段側重于通過提示（prompts）來提升其推理能力，而不僅僅是下一個標記的預測，這開啟了圍繞提示工程的新研究領域。

提示工程是指創建自然語言指令或提示，以有組織地從LLMs中提取知識的過程。與早期的傳統模型相比，提示工程僅依賴于LLMs的內嵌知識，而不需要根據基礎的NLP任務進行廣泛的參數重新訓練或微調。理解模型參數中所嵌入的現實世界知識超出了人類的能力，因此這個新的提示工程領域引起了大家的關注，因為它允許研究人員與LLMs之間進行自然語言交流，以實現基礎NLP任務的目標。

在這項工作中，我們列舉了幾種提示策略，并根據它們所應用的不同NLP任務進行分類。我們提供了一個分類圖，列出了在各種數據集上嘗試的提示技術，討論了所使用的LLMs，并列出了每個數據集的潛在最新技術（SoTA）方法。作為本次調查的一部分，我們總共審查并分析了44篇研究論文，其中大部分發表在過去兩年，涵蓋了39種提示技術，應用于29個不同的NLP任務。此前關于提示工程的系統性綜述并不多見。Sahoo等人（2024）調查了基于其應用的29篇提示技術論文。這是一種非常廣泛的分類，因為單一應用可以包含眾多NLP任務。例如，他們討論的一個應用是推理和邏輯，它可以包含大量NLP任務，如常識推理、數學問題解決、多跳推理等。這與我們的方法不同，我們根據NLP任務對提示策略進行更細致的分類。Edemacu和Wu（2024）提供了關于隱私保護提示方法的概述，因此側重于提示工程的一個相對較小的子領域。Chen等人（2023）將提示策略的討論限制在9-10種方法，并且沒有基于NLP任務對其進行分類。

本文的其余部分安排如下。第二節討論各種提示工程技術，第三節重點介紹不同的NLP任務。第三節的各個子部分討論了在給定NLP任務上應用的不同提示策略及其相應的結果。第四節總結全文。

提示工程技術

在本節中，我們簡要討論了不同的提示方法，以及它們在發表時如何改進現有的性能。需要注意的是，大多數以下提示策略都在兩種不同的變體或設置下進行了實驗，這兩種變體包括零樣本和少樣本。有些提示技術可能本質上只存在于零樣本或少樣本變體中，不可能存在其他變體。

在零樣本設置中（Radford等，2019），沒有涉及訓練數據，通過提示指令要求LLM執行任務，完全依賴于其在預訓練階段學習的內嵌知識。另一方面，在少樣本變體中（Brown等，2020），提供少量訓練數據點以及基于任務的提示指令，以便更好地理解任務。各種提示工程工作的結果顯示，少樣本變體有助于提高性能，但這需要仔細準備少樣本數據點，因為LLM可能對精心編制的少樣本數據點表現出無法解釋的偏見。

不同NLP任務上的提示工程

不同的研究論文在將數據集分類為NLP任務時使用了不同的標準，這在不同的研究中有所不同。在本節中，我們嘗試標準化這些分類方法，通過定義不同的NLP任務并將不同的數據集歸入這些任務來構建一個結構。我們還討論了用于這些任務的各種提示方法。圖1展示了這種分類的一個示意圖。需要注意的是，一個數據集可能同時屬于不同的NLP任務，但這會導致復雜的結構化分析糾纏，不利于分析提示技術在各個NLP任務中的表現。因此，在我們的工作中，我們確保每個數據集只屬于一個與之最強相關的NLP任務。

以下各小節分別定義了不同的NLP任務、相應的數據集以及應用于這些數據集的各種提示策略。它們還包含每個數據集的潛在最新技術（SoTA）提示技術。提示方法的性能因使用的LLM而異。因此，我們還列出了在給定數據集上與提示策略一起使用的LLM列表。對于SoTA，我們只提及了提示方法的名稱，因為在許多情況下，特定的LLM尚未與給定的提示方法進行實驗，因此不清楚它是否能達到SoTA性能。因此，如果列表中的任何LLM與提示策略一起用于實驗，并在給定數據集中取得了最佳性能，我們將其指定為SoTA，而不論用于該技術的確切LLM是什么。另一個需要強調的點是，在許多研究中，作者使用了同一數據集的不同版本進行實驗，使得不同提示技術的絕對比較變得困難。基于我們的理解，我們考慮了上述所有因素，并在選擇每個數據集的SoTA時運用了最佳判斷。

近年來，我們見證了大型語言模型（LLM）的快速發展。基于強大的LLM，多模態LLM（MLLM）將模態從文本擴展到更廣泛的領域，因其廣泛的應用場景而引起廣泛關注。由于LLM和MLLM依賴大量的模型參數和數據來實現突現能力，數據的重要性正受到越來越廣泛的關注和認可。追蹤和分析最近針對MLLM的數據導向工作，我們發現模型和數據的發展并不是兩條獨立的路徑，而是相互關聯的。一方面，更大量和更高質量的數據有助于MLLM的更好表現；另一方面，MLLM可以促進數據的發展。多模態數據和MLLM的共同發展需要明確以下幾點：1）在MLLM的哪個發展階段可以采用哪些以數據為中心的方法來增強哪些能力，2）通過利用哪些能力和扮演哪些角色，模型可以對多模態數據作出貢獻。為了促進MLLM社區的數據-模型共同發展，我們系統地回顧了現有與MLLM相關的工作，從數據-模型共同發展的視角進行分析。本調查相關的一個定期維護的項目可以在 //github.com/modelscope/data-juicer/blob/main/docs/awesome llm data.md 訪問。

近年來，大型語言模型（LLM）在廣泛的任務中展示了令人印象深刻的性能，并且相關技術取得了顯著的進展。由于人類的感官不僅限于文本模態，多模態LLM（MLLM）逐漸進入視野，例如能夠處理超越文本模態輸入或輸出的Gemini-1.5 [1] 和 Sora [2]，以及能夠在輸入和輸出之間進行多模態交互的GPT-4o [3] 和 NExT-GPT [4]。在過去兩年中，MLLM受到廣泛關注。正如圖1所示，自2023年初以來，與MLLM相關的研究正在以越來越快的速度涌現。 MLLM的卓越性能源于LLM在參數數量擴大帶來的解決一系列任務的突現能力[5]。許多研究表明，擴大模型規模需要更加海量的數據來補充[6], [7], [8]，例如擴展法則[9], [10]。具體而言，研究表明，多模態模型需要指數級更多的數據才能在下游任務中實現線性零樣本改進[11]。鑒于此，一系列工作將重點從僅僅關注模型架構和訓練技術轉移到數據中心方法，專注于高質量數據的策劃[12], [13], [14], [15], [16], [17]，以提供進一步釋放大型模型潛力的數據基礎。從圖1可以看出，在現有關注MLLM的論文中，與數據中心方法密切相關的論文也表現出強勁的增長趨勢，并占據了重要的部分。 隨著與MLLM相關的大量技術工作不斷涌現，一些針對MLLM的綜述也逐漸出現[18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34]。這些綜述主要從模型中心的角度進行，而數據的重要性需要進一步強調。一項最近的綜述將數據中心的視角從單模態擴展到多模態，重點關注現有的數據中心方法，并根據所提出的數據管道階段進行組織[35]。實際上，數據和模型的發展是交織在一起的，而不是分開的。更大數量和更高質量的數據提高了模型性能，而從高質量數據中受益的良好訓練的模型可以進一步改進數據。這減少了人工成本，擴大了數據量，并通過使用需要標注的分割掩碼進行訓練的Segment Anything模型（SAM）[36]的訓練成功展示了這一點。隨著SAM在訓練中的熟練程度提高，它逐漸取代人在標注任務中的角色，從而形成一個改進模型和數據集的循環。這樣的漸進和良性循環促進了MLLM的發展，即受益于高質量數據集的MLLM可以幫助改進訓練數據，反過來進一步增強MLLM。 數據-模型共同發展范式很有前途，但尚未得到充分研究。根據我們的調查，目前還缺乏從數據-模型共同發展視角對MLLM的綜述。現有綜述尚未建立數據中心方法與MLLM能力之間的關系，也沒有清晰闡明MLLM的能力如何幫助構建數據集。實現MLLM數據-模型共同發展的關鍵在于闡明哪些數據方法可以增強每種特定的MLLM能力，以及了解模型可以扮演的角色，以改進多模態數據。因此，本綜述旨在通過綜合回顧回答以下研究問題，推進MLLM的數據-模型共同發展： * RQ1：在MLLM的生命周期中，哪些數據中心方法可以在哪個階段用于增強哪些MLLM能力？ * RQ2：模型可以扮演哪些角色以促進不同的數據中心方法，并在每種情況下利用模型的哪些特定能力？

為了回答這兩個關鍵研究問題，我們首先提出一個基于MLLM數據-模型共同發展范式的新分類法。我們將先前的努力分為兩個主要類型：數據對模型的貢獻和模型對數據的互惠貢獻，建立其在MLLM能力中的深層連接。隨后，我們從數據-模型共同發展的視角對現有MLLM工作進行全面審查，揭示了推進數據-模型共同發展范式的巨大潛力，主要歸因于缺乏對數據和模型之間協同作用的專注。基于獲得的見解，我們描繪了若干進步的未來方向，以更好地利用數據和模型之間的互補，從基礎設施到各種自我增強程度的數據-模型共同發展。該綜述的主要貢獻有三點： * MLLM開發的新視角：我們提出了一種新分類法，強調多模態數據與MLLM之間的協同作用，旨在理解和挖掘數據和模型開發的互惠優勢。該分類法系統地基于開發MLLM所需的數據相關技術的層次結構進行組織，為研究人員和開發人員提供了推進MLLM的清晰視角。 * 從數據-模型共同發展視角對MLLM的最新綜述：我們系統地回顧了快速增長的MLLM工作，闡明1）哪些MLLM能力可以通過特定的數據中心方法增強，2）經過良好訓練的模型的能力如何反過來支持數據中心方法。據我們所知，這是第一篇從數據-模型共同發展視角對MLLM進行綜述的論文。 * MLLM未來的路線圖：我們提供了一個進步組織的路線圖，涵蓋若干先進和有前途的子方向，重點關注數據和MLLM之間的內部互動。通過這項工作，我們希望為學術研究人員和工業從業者在MLLM不斷發展的領域提供靈感和指導。

組織結構。本文余下部分的組織如下。第二節提供了背景，包括背景知識、分類法以及與現有相關綜述的定性比較。第三節介紹了擴展MLLM的數據中心方法。第四節總結了提高MLLM可用性的數據中心方法。第五節描述了模型直接幫助策劃MLLM數據集的能力。第六節整理了模型作為數據科學家輔助策劃MLLM數據集的應用。第七節列出了一些公開的MLLM數據集，并標明模型在數據策劃中的參與。第八節討論了MLLM未來發展的路線圖。

大型語言模型（LLMs）在各個領域展示了卓越的能力，吸引了學術界和工業界的廣泛關注。盡管它們表現出色，但LLMs的巨大規模和計算需求對實際部署帶來了相當大的挑戰，特別是在資源有限的環境中。壓縮語言模型同時保持其精度的努力已成為研究的重點。在各種方法中，知識蒸餾已成為一種有效的技術，可以在不大幅降低性能的情況下提高推理速度。本文從方法、評估和應用三個方面進行了詳細的調查，探討了專門為LLMs量身定制的知識蒸餾技術。具體來說，我們將方法分為白盒KD和黑盒KD，以更好地說明它們的差異。此外，我們還探討了不同蒸餾方法之間的評估任務和蒸餾效果，并提出了未來研究的方向。通過深入理解最新進展和實際應用，這項調查為研究人員提供了寶貴的資源，為該領域的持續進步鋪平了道路。

** 簡介**

大型語言模型（LLMs）[2, 17, 130, 146, 166] 的出現顯著提高了各種生成任務中的文本生成質量，成為人工智能領域一個關鍵且廣受討論的話題。與之前的模型相比，這些模型對未見數據的泛化能力更強。此外，它們還展示了小型模型所不具備的能力，如多步推理[47, 69, 83] 和指令執行[103, 144, 154]。LLMs的成功通常歸因于訓練數據的增加和模型參數數量的增加（例如，具有1750億參數的GPT-3[12]）。然而，參數規模的擴展帶來了顯著的缺點，尤其是在高推理成本和大量內存需求方面，使得實際部署變得具有挑戰性。例如，GPT-3需要大約350GB的模型存儲（float16），并且推理至少需要5個每個80GB內存的A100 GPU，這對碳排放的影響顯著。為了解決這些挑戰，模型壓縮[30, 40] 已成為一種可行的解決方案。模型壓縮旨在將大型、資源密集型模型轉化為適合在受限移動設備上存儲的更緊湊版本。這一過程可能涉及優化以減少延遲以實現更快的執行，或在最小延遲和模型性能之間取得平衡。因此，在現實場景中應用這些高容量模型的一個關鍵目標是壓縮它們，減少參數數量，同時保持最大性能。

隨著減少計算資源需求的必要性日益重要，知識蒸餾（Knowledge Distillation, KD）[43] 作為一種有前景的技術出現。KD是一種機器學習方法，專注于通過從大型復雜模型向更小、更高效的模型傳遞知識來壓縮和加速模型。這種技術經常被用來將存儲在大型深度神經網絡模型中的知識濃縮到更小的模型中，從而減少計算資源需求并提高推理速度而不會大幅犧牲性能。從根本上講，知識蒸餾利用大型模型在大量數據集上獲得的廣泛知識來指導較小模型的訓練。這些知識通常包括輸出概率分布、中間層表示和大型模型的損失函數。在訓練過程中，較小的模型不僅要匹配原始數據標簽，還要模仿較大模型的行為。對于像GPT-4[2]這樣只能通過API訪問的高級模型，生成的指令和解釋可以幫助訓練學生模型[54]。隨著知識蒸餾的最新進展，許多研究綜合了各種蒸餾技術的最新進展。具體來說，Gou等[37] 對知識蒸餾進行了廣泛的綜述，涉及六個關鍵方面：知識類別、訓練方案、師生架構、蒸餾算法、性能比較和應用。同樣，Wang等[141] 詳細總結了與視覺任務相關的知識蒸餾技術的研究進展和技術細節。Alkhulaifi等[4] 介紹了一種創新的度量標準，稱為蒸餾度量標準，他們用它來評估不同的知識壓縮方法。此外，Hu等[48] 探討了跨多個蒸餾目標的各種師生架構，提出了不同的知識表示及其相應的優化目標，并系統地概述了師生架構，結合了代表性的學習算法和有效的蒸餾方案。

現有關于知識蒸餾的綜述為模型壓縮奠定了重要基礎并提供了寶貴的見解[13, 51, 64]。然而，LLMs的出現給KD帶來了若干新挑戰：1）大型語言模型設計并非僅用于單一任務如文本生成，而是廣泛應用于各種任務和未見數據，包括新興能力。因此，評估壓縮LLMs的泛化能力需要仔細和全面的評估。2）現有綜述僅是對現有工作的總結，未提供將KD技術應用于壓縮和部署LLMs的具體示例。這種案例研究可以幫助讀者為不同規模的LLMs選擇最佳的KD方案。

為應對這些挑戰，已經開發出各種專為LLMs設計的知識蒸餾算法。本文旨在提供這些方法的全面而有見地的指南。我們的調查的總體分類框架如圖1所示，從方法、評估和應用三個方面審視LLMs的蒸餾算法。為了清楚解釋這些方法，我們將其分為白盒KD和黑盒KD。白盒KD包括兩種不同類型：基于Logits的方法[43]，在Logits層面傳遞知識，以及基于Hint的方法[109]，通過中間特征傳遞知識。黑盒KD涉及一種基于API的方法，其中僅能訪問教師模型的輸出。此類別通常包括三種方法：上下文學習[52]、鏈式思維[69] 和指令執行[144]。此外，我們同時評估了上述兩種蒸餾算法在魯棒性基準上的有效性[94, 128, 138]。最后，我們討論了不同蒸餾方法之間的關系和應用場景，并提出了未來研究方向。

本文其余部分安排如下：第2節簡要回顧了知識蒸餾方法的定義。接下來，第3節深入探討了LLMs領域的蒸餾和評估方法。第4節展示了應用場景，第5節總結了知識蒸餾的挑戰并探討了未來研究方向。最后，第6節對本文進行了總結。

大型語言模型（LLMs）在靜態、預先收集的通用數據集上的訓練取得的最近成功，已經引發了眾多研究方向和應用。其中一個方向解決了將預訓練的LLMs整合到動態數據分布、任務結構和用戶偏好中的非平凡挑戰。這個問題的主要挑戰在于平衡模型適應性和知識保存。為特定需求量身定制的預訓練LLMs經常在之前的知識領域經歷顯著的性能退化——這一現象被稱為“災難性遺忘”。雖然在持續學習（CL）社區進行了廣泛研究，但在LLMs領域呈現出新的表現形式。在這篇綜述中，我們提供了一個關于大型語言模型在持續學習背景下當前研究進展的全面概覽和詳細討論。除了介紹初步知識外，這篇綜述被分為四個主要部分：我們首先描述了持續學習LLMs的概覽，包括兩個連續性方向：垂直連續性（或垂直持續學習），即從一般到特定能力的持續適應；和水平連續性（或水平持續學習），即跨時間和領域的持續適應（第3節）。在垂直連續性之后，我們總結了在現代CL背景下學習LLMs的三個階段：持續預訓練（CPT）、領域適應性預訓練（DAP）和持續微調（CFT）（第4節）。然后我們提供了LLMs的持續學習評估協議的概覽，以及當前可用的數據來源（第5節）。最后，我們討論了有關LLMs持續學習的引人深思的問題（第6節）。這篇綜述揭示了持續預訓練、適應和微調大型語言模型這一相對未受到足夠研究的領域，表明需要社區更多的關注。需要立即關注的關鍵領域包括開發實用且易于訪問的評估基準，以及專門設計的方法論，以對抗遺忘和在不斷演變的LLM學習范式中啟用知識轉移。在這項綜述中檢查的完整論文列表可在//github.com/Wang-ML-Lab/llm-continual-learning-survey找到。

近期大型語言模型（LLMs）的進步顯示了實現人工普遍智能（AGI）的巨大潛力。研究人員觀察到，隨著參數規模的增加，多步驟推理、小樣本上下文學習和指令跟隨等復雜能力有所提高。LLMs的發展具有重大影響和革命性，促使機器學習從業者重新考慮傳統的計算范式，用于處理一些曾經具有挑戰性的人類水平任務，如問答、機器翻譯和對話系統。然而，LLMs通常在包含通用領域的靜態、預先收集的數據集上進行訓練，導致性能隨時間逐漸降低，并且在不同內容領域之間也會降低。此外，單一的預訓練大模型無法滿足每個用戶的需求，需要進一步的微調。盡管重新收集預訓練數據和根據額外的具體需求重新訓練模型是一種潛在的解決方案，但這種方法在現實世界場景中代價高昂且不切實際。為了有效地適應LLMs到下游任務，同時盡量減少對以前知識領域的性能退化，研究者采用了持續學習的方法，也稱為終身學習或增量學習。持續學習受到人類大腦中觀察到的增量學習模式的啟發，涉及按順序在一系列任務上訓練機器學習模型，期望在所有任務中保持性能。在訓練過程中，模型對以前的數據有限或無法訪問，這在保留過去知識時構成了一個挑戰，因為在當前任務學習時，來自未見過的以前數據的優化約束是不存在的。這一挑戰，被稱為災難性遺忘，自持續學習研究開始以來一直是研究的中心焦點。多年來，研究者探索了各種技術來減輕機器學習模型中的遺忘，這些技術包括基于重放的方法、參數規范化和模型架構擴展。這些技術共同顯著推進了在不同任務、模型架構和學習范式中實現零遺忘的持續學習目標。在順序訓練和適應LLMs的背景下，CL的重要性也正在發生自身的語義轉變。為了更好地突出這一持續的轉變，在這篇綜述中，我們提供了一個關于LLMs在CL背景下當前研究進展的全面概覽和詳細討論。對于持續學習LLMs的總體情況，我們將其分為兩個需要由從業者解決的連續性方向（第3節）：

• 垂直連續性（或垂直持續學習），指的是LLMs從大規模通用領域到小規模特定領域的持續適應，涉及學習目標和執行實體的轉變。例如，醫療機構可能開發專門為醫療領域定制的LLMs，同時保留其一般推理和問答能力，以服務用戶。
• 水平連續性（或水平持續學習），指的是跨時間和領域的持續適應，通常涉及多個訓練階段和對災難性遺忘的增加脆弱性。例如，社交媒體平臺不斷更新LLMs以反映最近的趨勢，確保精確地定位下游服務如廣告和推薦，同時為現有用戶提供無縫的用戶體驗。

在圖1中，繼垂直連續性之后，我們勾畫了現代CL中LLM學習的三個關鍵階段：持續預訓練（CPT）、領域適應性預訓練（DAP）和持續微調（CFT）（第4節）。在CPT中，現有研究主要調查三種類型的分布式轉變：時間、內容層次和語言層次。每種都呈現出獨特的焦點和挑戰。在DAP中，雖然它主要被視為為下游任務準備LLMs的過程，但頻繁地使用CL評估和技術。然而，這些技術的多樣性明顯不足，考慮到傳統CL社區的成熟度。在CFT中，我們關注的是學習LLMs的新興領域，涵蓋持續指令調整（CIT）、持續模型精煉（CMR）、持續模型對齊（CMA）和持續多模態LLMs（CMLLMs）等主題。接下來，我們呈現了一系列公開可用的評估協議和基準（第5節）。我們總結我們的綜述，討論了LLMs持續學習的最新出現的特性，傳統增量學習類型和LLMs持續學習中的記憶約束的角色變化，以及這個主題的潛在研究方向（第6節）。總結而言，本文提供了一份詳盡的現有持續學習研究LLMs的綜述，顯著區別于相關主題的現有文獻。我們的綜述突出了持續開發LLMs的研究領域，特別是在持續預訓練（CPT）和領域適應性預訓練（DAP）領域的研究。我們強調需要社區更多的關注，迫切需要包括開發實用、易于訪問且廣為認可的評估基準。此外，需要定制方法來解決在新興的大型語言模型學習范式中的遺忘問題。我們希望這篇綜述能提供一個系統而新穎的持續學習視角，在迅速變化的LLMs領域中，幫助持續學習社區為開發更有效、可靠和可持續的LLMs做出貢獻。

組織結構

本文的其余部分安排如下。我們首先在第2節介紹大型語言模型和持續學習的背景和初步知識。然后我們在第3節展示了大型語言模型的現代持續學習概覽。從垂直角度來看，它可以大致分為三個階段的LLMs持續訓練，我們將在第4節逐一介紹每個階段。在4.3節中，將介紹持續微調LLMs的獨特方面，包括持續指令調整（4.3.3節）、持續模型精煉（4.3.4節）、持續模型對齊（4.3.5節）和持續多模態大型語言模型（4.3.6節）。在第5節中，我們提供了公開可用的LLMs持續學習評估協議和基準的全面介紹。最后，在第6節中，我們討論了在大型語言模型時代持續學習的角色，包括大規模持續LLMs的新興能力（6.1節）、三種類型的持續學習（6.2節）、LLMs持續學習中的記憶角色（6.3節）以及未來的研究方向（6.4節）。 持續學習與大型語言模型相遇：概覽****大型語言模型（LLMs）在多個維度上都非常龐大，包括模型參數的大小、預訓練數據集、計算資源、項目團隊和開發周期。LLMs的巨大規模為開發團隊帶來了顯著的挑戰，特別是在快速變化的環境中保持更新。舉例來說，2023年，用戶發布的新推文的平均每日流量超過5億，即使是在這么大量數據的“小”子集上進行訓練也是不可承受的。在考慮到它們對下游應用的連鎖影響時，有效且可靠地適應LLMs變得更為關鍵。下游用戶通常缺乏收集和存儲大規模數據、維護大規模硬件系統以及自行訓練LLMs的專業知識。《可回收調整》是首個明確概述現代LLM生產流水線供應商-消費者結構的先導研究。在供應商側，模型在一系列大規模未標記數據集上持續進行預訓練。每次預訓練模型發布后，消費者需要利用更新、更強大的上游模型以獲得更好的下游性能。為了提高下游消費者微調的效率，他們最初對持續預訓練的LLMs進行了幾項關鍵觀察，聚焦于模式連接性和功能相似性。此外，他們提出在上游預訓練LLM進行重大更新后，復用過時的微調組件。基于《可回收調整》引入的概念框架，我們在本綜述中提出了一個包含各種研究的現代生產流水線的全面框架，涉及持續LLM預訓練、適應和部署，如圖1所示。我們的框架與現有研究的不同之處在于融入了兩個連續性方向：垂直連續性和水平連續性。

結論

在這項工作中，我們提供了一份關于持續LLMs的綜述，從持續學習的角度總結了它們在訓練和部署方面的最新進展。我們根據它們在我們提出的現代分層持續學習LLMs的更廣框架內的位置，對問題和任務進行了分類。雖然這一領域在社區中的興趣廣泛且日益增長，但我們也注意到幾個缺失的基石，包括算法多樣性以及對大模型行為（如知識遺忘、轉移和獲取）的基本理解。通過全面而詳細的方法，我們希望這篇綜述能激勵更多從業者探索持續學習技術，最終有助于構建健壯和自我進化的人工智能系統。

提示 (Prompting) 已成為將大型語言模型（LLMs）適配到特定自然語言處理任務的主流范式。盡管這種方法為LLMs的上下文學習開啟了大門，但它帶來了模型推理的額外計算負擔和人力努力的手工設計提示，特別是在使用冗長和復雜的提示來指導和控制LLMs行為時。結果，LLM領域見證了高效提示方法的顯著增長。在本文中，我們提供了這些方法的全面綜述。從高層次來看，高效提示方法大致可以分為兩種途徑：具有高效計算的提示和具有高效設計的提示。前者涉及各種壓縮提示的方式，后者采用自動提示優化的技術。我們介紹了提示的基本概念，回顧了高效提示的進展，并突出了未來研究方向。

大型語言模型（LLMs）已顯著推進了各種自然語言處理（NLP）任務的最新進展，例如對話、機器翻譯和摘要生成（Brown et al., 2020; Touvron et al., 2023; Bubeck et al., 2023）。提示是人機交互的一個重要媒介，用于向LLMs明確傳達清晰的任務描述，然后通過類比學習生成用戶期望的響應。提示的內容在不同上下文中會有所變化，特別是包含指令、問題、帶有特定輸出格式的多重演示，以及額外要求，如復雜的推理過程和角色扮演命令。在本文中，“提示”一詞指的是用戶輸入給LLMs的內容。

然而，隨著LLMs的上下文學習（ICL）能力變得更強（Dong et al., 2022），為不同特定任務設計的提示傾向于多樣化和詳細化。超長的自然語言提示逐漸引發了兩個問題：1) 對LLM本身而言，上下文窗口是有限的，影響其處理過度冗長上下文的潛力；2) 對LLM用戶而言，它要求使用大量的計算資源來訓練開源模型，或者承擔調用閉源模型接口的高成本。從這個角度來看，LLM的使用成本在學術研究和商業部署場景中都相當巨大。顯然，性能出色的LLM不能被廣泛使用是一種遺憾。雖然模型結構有許多相關改進，如高效注意力機制（參見Xiao & Zhu, 2023; Wan et al., 2023的相關工作），可以有效減輕推理成本，在本文中，我們更側重于高效提示方法，以節省不必要的財務開銷。

考慮到財務和人力資源，效率可以從三個角度得到改善：1) 推理加速，2) 內存消耗下降，和3) 自動設計良好的提示。前兩個目標可以通過提示壓縮實現，而第三個目標可以基于提示工程而非手工設計，通過自動提示優化實現。據我們所知，文獻中關于高效提示方法的全面整合存在顯著差距。

在這篇綜述中，我們從第2節的提示背景介紹開始。隨后，我們從計算（第3節）和設計（第4節）的角度審查現有的高效提示方法。前者將提示壓縮組織為三個類別：知識蒸餾（第3.1節）、編碼（第3.2節）和過濾（第3.3節）。后者探討基于傳統梯度下降（第4.1節）和智能進化算法（第4.2節）的自動提示優化。特別地，我們將高效提示抽象為一個多目標優化問題，并從理論角度展望未來方向（第5節）。最后，我們在第6節總結了全文。此外，我們還包括了一個方便參考的開源項目列表A.2和高效提示方法的類型圖A.3。

總述

**提示范式 **

提示的出現與預訓練語言模型（PLMs）的演進和大型語言模型（LLMs）的進步密切相關。PLM演進 PLM范式的演化軌跡已從有效性轉向效率。自從Transformer（Vaswani et al., 2017）被提出以來，它已成為廣泛PLMs的基礎架構。Transformer內部的自監督學習機制已被證明在解決長序列問題上有效。為分別解決基本的自然語言理解（NLU）和自然語言生成（NLG）任務，主流PLMs逐漸演化成BERT（Devlin et al., 2019）和GPT（Radford et al., 2018）系列模型。有許多優化策略，如探索編碼方法（Su et al., 2021）、改進自監督學習機制（Roy et al., 2021）和精煉模型結構（Li et al., 2021），以實現PLMs在解決特定任務上的高效表現。NLP范式轉變 NLP訓練范式經歷了兩次關鍵轉變（Liu et al., 2023b），從“完全監督學習”演化為“預訓練與微調”，最終演化為“預訓練、提示和預測”（如圖1所示）。在這篇綜述中，我們將專注于目前最廣泛采用的提示范式，深入探討其最近的發展。值得注意的是，GPT-3（Brown et al., 2020）在引入硬提示方面發揮了開創性作用，使人類能夠使用自然語言與語言模型交互。這一突破得益于大規模參數，它使GPT-3具備了深入理解自然語言的能力，從而允許它利用復雜的硬提示進行少量樣本學習，無需微調。LLM進展 在GPT-3開創LLM時代之后，ChatGPT作為塑造當前主流范式“LLM + 提示”的重要里程碑而脫穎而出。其NLU和NLG能力的完美整合吸引了整個人工智能社區的關注。隨著規模法則（Wei et al., 2022a）展示了顯著的新興能力（例如，指令跟隨、上下文學習和復雜推理），研究人員持續探索提示的性能邊界，無論是開源還是閉源的LLMs。例如，像思維鏈（CoT）（Wei et al., 2022b）這樣的復雜提示通過大聲思考，增強了LLMs的潛在推理能力。隨著提示范式逐漸穩固其地位，LLM仍然面臨著由于其大規模參數而導致的計算和人力資源挑戰。因此，有效的提示方法以節約資源引起了廣泛興趣。

提示類型

本質上，提示的主要目標是實現有效的少量樣本學習，而不是不必要的全參數微調所消耗的資源。提示表達可以分為兩種主要類型，如圖2所示：離散的自然語言提示（稱為硬提示）和連續的可學習向量（稱為軟提示）。2.2.1 硬提示 硬提示特別適用于生成性語言模型，尤其是GPT系列模型的一個顯著例子。關注硬提示的原因有兩個方面。從積極的角度來看，由于大量的預訓練數據集成到LLMs中，人類可以通過母語輕松地與世界知識壓縮器（即LLM）交互，最終獲得有用的響應。從消極的角度來看，由于當前LLMs廣泛采用閉源性質，使得其參數權重不可訪問，用戶別無選擇，只能通過API調用與LLMs使用硬提示。盡管如此，LLM強大的指令跟隨能力為硬提示的發展奠定了堅實的基礎，而自然語言作為無縫人機交互的媒介指日可待。重要的是要強調硬提示之間的多樣性。最初，硬提示包括類似于Cloze任務設計的簡潔任務指令。然而，隨著LLMs的理解能力不斷提高，硬提示已演化為包含更廣泛元素的數組，最常見的包括演示和思維鏈，如圖3所示。當前NLP社區對硬提示的日益興趣，甚至是解鎖LLMs全部潛力的教程，表明了對人模型對齊導致人工通用智能（AGI）的渴望。2.2.2 軟提示 在提示相關研究的早期階段，軟提示以適配器（Houlsby et al., 2019）、前綴（Li & Liang, 2021）甚至是無法解釋的向量的形式出現。許多研究（Lester et al., 2021; Liu et al., 2022）探討了軟提示在通過探索不同嵌入位置來增強高效訓練的好處。標準方法涉及凍結原始模型參數，僅訓練軟提示以實現完整參數微調的效果。Ding et al.（2022）的工作中有更詳細的介紹。鑒于可學習向量可以與神經網絡參數一起更新，軟提示顯然更有利于LLMs有效理解提示。需要注意的是，本文討論的軟提示僅僅是LLMs的硬提示的向量表示，如圖2所示，而不是從零開始開發的抽象向量。一些努力涉及將較長的硬提示壓縮成顯著更短的軟提示（參見第3.1節和第3.2節以獲取詳細見解）。

挑戰

鑒于硬提示已被廣泛認可并應用于各種下游任務。設計的提示更加詳細以提高任務準確性，因此導致更長且更復雜的提示。在這篇綜述中，我們從效率的角度提出了硬提示面臨的兩個關鍵挑戰：長度問題 提示的長度通常取決于特定任務，演示越多，性能越好。例如，思維鏈（CoT）提示顯著增強了LLMs的邏輯推理能力，導致出現了各種基于CoT的方法。像Self-Ask（Press et al., 2022）和最少到最多提示（Zhou et al., 2022a）幫助LLMs將復雜問題分解為更簡單的子問題以進行逐步回答。Wang et al.（2022）采樣了多樣化的推理路徑，而Wang et al.（2023b）指導LLMs生成正確的PS（計劃和解決方案），然后選擇最終答案。然而，使用這種復雜提示的優勢伴隨著更高的財務負擔，以及LLMs的信息感知能力降低。難以設計的提示 由于自然語言的離散性質，早期可用的硬提示通常是手工設計的，然后通過反復試錯獲得。手工制作的提示模板嚴重依賴于經驗知識，并涉及明顯的人為主觀性。但是，人類解決問題的方法與神經網絡之間存在差異，換句話說，LLMs的可解釋性仍然是持續探索的話題，目前尚無公認的理論指導。因此，針對LLMs的提示設計面臨許多挑戰，包括LLMs對自然語言提示格式的高敏感性、語義相似提示的大性能差距、提示復雜性與任務難度之間的關聯，以及提示的模型和任務特定屬性。因此，面對不同模型和不同任務，手動設計高質量提示既耗時又費力。總之，提示有效地緩解了應用于下游任務時的參數冗余問題，從而節省了財務資源。然而，在LLMs時代，提示長度的增加帶來了更大的內存需求、更慢的推理速度和更高的勞動強度等挑戰，這偏離了提示的原始目的。因此，這篇綜述深入探討了當前在LLMs中使用的高效提示方法。

使用高效計算的提示

隨著大型語言模型（LLMs）規模的不斷擴大，“使用高效計算的提示”概念應運而生，旨在減輕長提示對開源和閉源LLMs帶來的經濟負擔。已觀察到，壓縮的提示可以被LLMs有效重構，并減少生成文本的長度（Jiang et al., 2023a）。在本節中，我們提供了與提示壓縮相關研究的見解，將其分類為文本到向量級別和文本到文本級別的方法。提示壓縮的主要目的是從原始提示中提取必要信息，以便LLMs能夠保持與原始提示相當的性能水平。

使用高效設計的提示

“使用高效設計的提示”概念是為了應對提示內容的日益復雜性而引入的。隨著耗時且勞力密集的手工設計提示方法逐漸退出歷史舞臺，以及梯度基礎的提示微調方法不再適用于閉源LLMs，基于提示工程（PE）的自動優化逐漸成為焦點。具體來說，本文提出的“離散”提示優化涉及在給定的搜索空間內找到最佳的“自然語言”提示，以最大化任務準確性。基于LLMs的強大通用能力，自動提示優化顯示出了有希望的進展，其工作流程大致如圖4所示。我們將從傳統數學優化和智能算法優化的視角深入探討這個問題，因此將本節分為基于梯度的方法和基于進化的方法。

結論

在這項工作中，我們總結了用于LLMs的高效提示方法，目的是提高LLM的效率和性能。我們回顧了具有高度認可的現有相關工作，揭示了各類別內部的固有聯系，并從理論角度深度抽象這些方法。最后，我們為LLM實踐者提供了一個開源項目清單A.2，以便在科學研究和商業部署中快速參考，以及一個類型學圖A.3，以概覽高效提示領域。

數據可視化以圖表形式在數據分析中發揮著關鍵作用，提供關鍵洞察并輔助做出知情決策。隨著近年來大型基礎模型的興起，自動圖表理解取得了顯著進展。基礎模型，如生成預訓練變換器（Generative Pre-trained Transformers, GPT），已經革新了多種自然語言處理（NLP）任務，并越來越多地應用于圖表理解任務中。這篇綜述文章提供了這些基礎模型背景下圖表理解最近發展、挑戰和未來方向的全面概覽。文章從背景部分開始，定義圖表理解，概述問題表述，并討論研究圖表理解任務至關重要的基本構建塊，包括視覺編碼器、圖表到表格的翻譯、OCR模塊、文本編碼器和文本解碼器。在任務和數據集部分，我們探討了圖表理解內的各種任務，包括圖表問答、圖表字幕制作、圖表到表格轉換、圖表事實核查和圖表字幕事實錯誤校正。我們討論了評價指標和圖表及文本輸入的來源。然后檢視了建模策略，包括分類基礎和生成基礎的方法，以及增強圖表理解性能的工具增強技術。此外，我們討論了每項任務的最新性能并探討如何提升性能。在一個專門的部分中，我們討論了挑戰和未來方向，強調了諸如特定領域圖表、以及關于真實性、覆蓋范圍、相關性、穩健性、公平性和數據偏見的評價標準等問題。我們還深入探討了這些多模態基礎模型的組成部分，包括調整LM主干的必要性、多階段訓練過程的有效性，以及合成數據的潛在充分性。探索了與用戶或其他系統交互的代理導向設置。最后，我們討論了如自然圖像理解、表格理解和文檔理解等相關任務，提供了對視覺和文本數據理解更廣闊景觀的洞察。這篇綜述文章為自然語言處理、計算機視覺和數據分析領域的研究人員和實踐者提供了一個全面的資源，為利用大型基礎模型進行圖表理解的未來研究提供了寶貴的見解和方向。本文提及的研究以及新興的研究將持續更新于： //github.com/khuangaf/Awesome-Chart-Understanding。

在信息交流中圖表理解的重要性：在我們當代的多媒體信息世界里，數據的體量和復雜性持續膨脹，圖表在促進事實信息的連貫且富有洞察力的交流、傳達見解和做出決策中的角色至關重要。跨越學術界、科學研究、數字媒體和商業領域，圖表作為將原始數據轉換成可理解的視覺敘事的不可或缺的工具。它們能夠以簡潔直觀的格式封裝復雜的數據集，使決策者能夠迅速把握關鍵見解，輔助知情推理和戰略規劃。認識到圖表在現代信息傳播中的關鍵作用，計算社區持續對自動圖表理解表現出興趣，如自動圖表理解的大量研究所證明。特別是，關于圖表問答、圖表字幕制作、圖表到表格轉換、圖表事實核查和圖表字幕事實錯誤校正的工作奠定了探索圖表理解技術中圖表語義復雜性的基礎框架。

在大型基礎模型時代的圖表理解挑戰與機遇：傳統的圖表理解工作聚焦于微調方法，通常在領域可移植性和推理魯棒性方面遇到限制。令人興奮的是，大視覺-語言基礎模型（例如，GPT-4V、LLaVA）的出現引發了在自動推理能力上的范式轉變，催化了包括通過基于文本的提示實現強零/少次推理能力在內的各種多媒體認知任務的前所未有的進步。但在這一變革性創新的景觀中，圖表理解領域仍舊深陷固有的復雜性和巨大挑戰。圖表因其多面向的視覺表現和細膩的語義呈現出一系列獨特的障礙。從條形圖、折線圖到餅圖和散點圖，每種圖表類型都采用獨特的視覺語法來傳達數據關系，需要超越簡單的像素級模式識別的復雜解釋機制。圖表作為揭示如新興趨勢、挑戰假設的異常值和變量間可能不會從僅僅是表格形式的原始數據立即顯現的關系的深刻見解的渠道。它們使得可以進行跨數據點的比較分析，為簡潔地并置不同實體或時間段提供一個視覺平臺。此外，從簡單的數字關系到復雜的多維實體，底層數據集的內在多樣性為圖表理解任務增加了另一層復雜性。盡管面臨這些挑戰，自動圖表理解位于機遇與影響的交匯處，提供了一扇解鎖埋藏在視覺敘事像素中的可行動見解的大門。通過利用大型基礎模型的能力，圖表理解展示了在彌合原始視覺數據與有意義見解之間的差距方面的提升潛力，從而使技術可擴展地用于易于訪問的應用和增強人類認知。

盡管已有數項研究綜述了圖表理解研究的領域，但這些綜述往往在全面性或特定性上表現出一定的缺口。一些綜述沒有涵蓋在圖表理解研究中使用的現代數據集，以及最新的建模方法，如涉及預訓練的視覺-語言模型和大型基礎模型。相反，其他綜述主要集中在可視化方面（即數據轉換為圖表的過程），因此忽視了圖表解釋的細膩任務。本綜述旨在彌合這些缺口。我們首先在第2節定義自動圖表理解和問題表述的基本構建塊。我們討論了圖表理解的多面性，包括從解釋圖表視覺到分析底層數據的任務，以及概述了圖表理解的結構性建模組件，如視覺編碼器、OCR模塊、文本解碼器及其在將原始圖表圖像和文本查詢轉換為有意義見解中的角色。然后，在第3節，我們檢查了推動圖表理解研究的數據集和模型評估指標。本節分析了這些數據集的來源、多樣性和局限性，提供了對當前圖表理解數據景觀的見解。它還回顧了各種評估指標，強調了魯棒且細膩的評估方法的必要性。有了這些特征的見解，我們進一步提供了自動圖表理解的流行建模策略。第4節深入探討了圖表理解中的多樣化建模策略，包括從自然圖像理解、視覺-語言預訓練和基礎模型，如大型語言模型（LLMs）和大型視覺-語言模型（LVLMs）的調整。特別是，我們強調了視覺編碼器和文本解碼器在模型有效性上的選擇影響，并討論了工具增強在圖表理解中的作用。我們通過展示不同圖表理解任務上的最新性能以及我們如何改進它們來結束這一部分。最后，第5節討論了圖表理解中的挑戰和未來方向。我們強調了特定領域圖表的重要性、對全面評估指標的需求，以及對增強模型魯棒性和多功能性的敵對設置的潛力。我們還在第6節討論了圖表理解如何位于與自然圖像理解、表格理解和文檔理解相關工作的交匯處。本綜述文章通過確定未來研究的關鍵領域結束，如為復雜圖表開發模型、完善評估指標和多樣化數據集。我們不僅提供了對圖表理解當前狀態的深入概覽，而且為這一激動人心的數據可視化與機器學習交叉領域的未來進展奠定了基礎。

表格推理旨在根據提供的表格以及可選的表格文本描述，按照用戶需求生成相應的問題答案，有效提高獲取信息的效率。近來，使用大型語言模型（LLMs）已成為表格推理的主流方法，因為它不僅顯著降低了注釋成本，還超過了以往方法的性能。然而，現有研究仍然缺乏基于LLM的表格推理工作的總結。由于現有研究的缺乏，哪些技術可以在LLMs時代提高表格推理性能、LLMs為何在表格推理上表現出色、以及如何在未來增強表格推理能力的問題，仍然大部分未被探索。這一差距顯著限制了研究進展。為了回答上述問題并推進LLMs下的表格推理研究，我們呈現了這篇綜述，以分析現有研究，激發未來的工作。在這篇論文中，我們分析了在LLM時代用于提高表格推理性能的主流技術，以及LLMs相比于LLMs之前的模型在解決表格推理問題時的優勢。我們從現有方法的改進和實際應用的擴展兩個方向提供研究指導，以激發未來的研究。

為了追求精度，深度學習模型框架的結構越來越復雜，網絡越來越深。參數量的增加意味著訓練模型需要更多的數據。然而人工標注數據的成本是高昂的，且受客觀原因所限，實際應用時可能難以獲得特定領域的數據，數據不足問題非常常見。數據增強通過人為地生成新的數據增加數據量來緩解這一問題。數據增強方法在計算機視覺領域大放異彩，讓人們開始關注類似方法能否應用在序列數據上。除了翻轉、裁剪等在時間域進行增強的方法外，也描述了在頻率域實現數據增強的方法；除了人們基于經驗或知識而設計的方法以外，對一系列基于GAN的通過機器學習模型自動生成數據的方法也進行了詳細的論述。介紹了應用在自然語言文本、音頻信號和時間序列等多種序列數據上的數據增強方法，亦有涉及它們在醫療診斷、情緒判斷等問題上的表現。盡管數據類型不同，但總結了應用在這些類型上的數據增強方法背后的相似的設計思路。以這一思路為線索，梳理應用在各類序列數據類型上的多種數據增強方法，并進行了一定的討論和展望。

//fcst.ceaj.org/CN/abstract/abstract2790.shtml