作者：劉小虎，中國科學院計算技術研究所

組內現在正在做大模型相關，筆者負責prompt engineering，在實際工程中會發現prompt對模型的輸出影響巨大，可能一個字就會改變模型的輸出（筆者用的是量化后的7B model），而且換一個模型，就要改變手工制定的prompt，非常麻煩和受限。因此想到了Automatic prompt engineering。由此記錄自己的paper閱讀，肯定會有自己的理解錯誤的地方，如有發現請聯系筆者進行更正。

APE: Larger Language models are human-level prompt engineers

這篇論文的核心思路就是：

?從訓練集中生成候選prompt

?評估這些候選prompt，選出得分最高的prompt

?resample, 使用LLM 生成語義相近的prompt（2中得分最高的prompt），然后再進行評估，最終得到prompt

APE整體框架圖

APE算法

生成候選prompt

論文指出有三種生成候選prompt的方式

?Forward Mode Generation

這個比較直觀，就是寫一段指令，然后將訓練集的輸入輸出給出，直接讓LLM自動生成prompt。這個生成prompt的模板不知道是哪的出處，有網友知道是哪的，可以直接指出。

?Reverse Mode Generation

這個也很直觀，就是填補空白的方式。但是這個方式怎么實現呢？我比較疑惑，不知道怎么實現這個填補空白的方式，因為LLM都是一個字一個字的自回歸生成。

?Customized Prompts

這一類就是自己根據task來設計了，論文給出了一個示例。我認為就是使用不同的模板來擴充了多樣性（可能是我的理解有錯誤）

評估候選prompt

?Execution accuracy

這種方式其實就是使用GT來進行比較。將得分最高的prompt扔進模型，得到結果和GT進行比較。

?Log probability

給定指令和問題后所得到的所需答案的對數概率

另外，這一步如果在全量訓練集上評估，則開銷非常大，因此作者提出一種multi-stage策略。大致思想是先在少量subset上評估，然后過濾掉比較差的，循環這一過程直到候選集足夠小，此時再在全量訓練集上進行評價、挑選。

Resample

使用的是蒙特卡羅搜索的方式。說的這么玄乎，其實還是使用LLM來生成prompt！但是這一步他是使用之前得分最高的prompt再次來生成語義相近的prompt。

這里可以是迭代的方式進行。怎么迭代呢？筆者是這樣認為的：

1、得到語義相近的prompt。
2、評估這些prompt。
3、得到得分最高的prompt 重復1、2步驟。

作者實驗發現，對于比較難的任務，進行resample能夠進一步提升效果。

ProTeGi (Automatic Prompt Optimization with “Gradient Descent and Beam Search)

這篇文章早就在arxiv上發出來了。當時的縮寫還是APO。今年被EMNLP2023收錄

首先讓我們先來看看這篇論文的整體框架圖。

ProTeGi總體框架圖

方法：利用數值梯度下降自動優化提示，同時結合beam search和bandit selection procedure提高算法效率。

優勢：無需調整超參數或模型訓練，ProTeGi可以顯著提高提示的性能，并具有可解釋性。

什么原理呢？

?得到當前prompt的“gradient”

這個“gradient”怎么得到的了呢，這是個啥玩意，怎么還有梯度？注意，注意。人家是帶引號的！比喻成梯度。這玩意有什么用呢。

文章指出給定一批error samples（當前prompt無法預測正確的），讓LLM給出當前prompt預測錯誤的原因，這一原因即文本形式的“gradient”。使用的還是LLM！

?將“gradient”輸入到LLM中，得到新的prompt

?和APE一樣，resample， 得到語義相近的prompt，然后迭代。

注意注意啊，每輪迭代中，最外層包含一個beam search過程，以便強化探索。這一塊就看不懂了， 也是本論文的貢獻之一。沒有想過改進，所以略過直接使用。

OPRO (Large Language Models as Optimizers)

paper:LargeLanguageModelsasOptimizers
鏈接：https://arxiv.org/abs/2309.03409
code:https://github.com/google-deepmind/opro

首先來看框架圖

然后接著看論文對meta-prompt的定義

blue 藍色的是 solution-score pairs 也就是 prompt + score。這個score怎么來的呢？使用LLM進行打分，也就是Figure 2 中的 objective function evaluator。這應該也是個LLM， 這個LLM和 LLM as optimizer 可以是同一個 也可以不是。** 注意，這個打分其實就是評估新生成的prompt在任務上的表現，說白了就是和GT進行對比（對了+1）**。

orange 橙色 就是指令 meta-instructions.

purple 紫色 就是task description，包含一些任務的examples、優化的目標等

因此， OPRO的核心思路是讓LLM基于過往的迭代記錄、優化目標，自己總結規律，逐步迭代prompt，整個過程在文本空間上完成。

PE2 (Prompt Engineering a Prompt Engineer)

paper:PromptEngineeringaPromptEngineer
鏈接https://arxiv.org/abs/2311.05661

這一篇paper 是 APE 和 APO （ProTeGi）的改進版，集成了這2個方法的優點。

這篇論文主要提出了一個meta-prompt的東東（等等，我去，這玩意和OPRO這篇論文里的好像啊）

提供更細節的指令和內容

?提供提示工程的教程

?2階段的任務描述

?step-by-step 推理的模板

?明確指定提示與輸入之間的相互關系

結合優化的概念

?batch size : 指的就是使用batch size失敗的例子

?step size : 指的就是改變原始的prompt中step size個字

?Optimization History and Momentum : 其實就是增加了以外的prompt和修改后的prompt

看完后驚呼道：這是真能寫啊。寫的玄乎又玄乎的。一圖勝千言

給我的感覺就是前面3篇論文的集成版本。

將OPRO中的meta-prompt的概念用到了 APO中了，然后豐富了模板的內容。有反思分析有推理，迭代的讓模型自動修改prompt。

審核編輯：黃飛