HelpSteer2: Open-source dataset for training top-performing reward models

发表时间: 2024-06 · arXiv:2406.08673

原文: https://arxiv.org/abs/2406.08673

作者/机构: Zhilin Wang, Yi Dong, Olivier Delalleau, Jiaqi Zeng, Gerald Shen Daniel Egert, Jimmy J. Zhang, Makesh Narsimhan Sreedhar, Oleksii Kuchaiev, NVIDIA {zhilinw, yidong}@nvidia.com

速读

一句话结论 本文发布了仅包含 1 万条数据的高质量、宽松许可偏好数据集 HelpSteer2,并基于此训练出了在 Reward Bench 上取得 92.0% 准确率的顶尖奖励模型,同时提出了 SteerLM 2.0 对齐方法,证明了极小规模的高质量数据足以完成顶尖的大语言模型对齐。

要解决什么问题 现有大语言模型对齐面临高质量开源偏好数据集短缺的卡点。随着模型能力增强,早期的开源数据集在训练最先进的奖励模型时已显现出性能瓶颈;而利用专有模型蒸馏出的数据集则受限于严格的商业许可,给企业带来法律风险。此外,在机制层面,传统的二元偏好奖励模型(如基于 Bradley-Terry 模型的做法)存在两个致命缺陷:一是容易将“好”与响应长度等表面特征错误绑定,导致模型误以为越长越好;二是奖励值只能在同一提示词的两个响应之间比较,不同提示词之间的奖励偏移量不同,模型在训练损失中无法明确处理这种偏移差异,导致跨提示词的奖励分数缺乏可比性,极大增加了对齐的难度。

怎么做的 核心思路是构建一个多属性标量评分的高质量数据集,并利用回归奖励模型和迭代对齐算法来精准引导模型生成。 首先,在数据构建上,剔除了包含代码和非英语的提示词,利用主题聚类和复杂性打分确保样本多样性。对于多轮对话,使用专门微调的 22B 内部模型补全中间轮次。响应生成阶段使用了多个不同规模的内部模型和 Mixtral 模型,以保证数据分布的多样性。标注阶段摒弃了简单的二元偏好,要求标注员在 5 分制量表上对有益性、正确性、连贯性、复杂性和冗长性 5 个独立属性进行打分。通过引入多名标注员并剔除低一致性样本,最终保留了 1 万对高质量响应。 其次,在奖励模型训练上,采用回归方式预测这 5 个属性的标量分数。这种设计让模型明确区分了“冗长”和“有益”,绕开了二元偏好容易被长度欺骗的卡点;同时,绝对分数的预测也解决了跨提示词奖励不可比的问题。 最后,提出了 SteerLM 2.0 对齐方法。它通过最小化当前策略 $Q_{\theta}(y|a, x)$ 与最优条件分布 $P(y|a, x)$ 之间的 KL 散度,引导模型生成符合目标属性 $a$ 的响应。最优分布由无条件语言模型 $P(y|x)$ 和奖励模型 $P(a|x, y)$ 结合贝叶斯公式推导得出: $$P(y|a, x) = \frac{P(a|x, y)P(y|x)}{P(a|x)}$$ 为了高效优化,方法从初始模型 $Q'$ 中采样响应,并引入归一化的重要性权重 $w'_i$ 和用于降低方差的基线 $b'_i$,其梯度估计式为: $$\nabla_{\theta} L(\theta) \approx - \sum_{i=1}^n (w'_i - b'_i) \nabla_{\theta} \log Q_{\theta}(y_i|a, x)$$ 在推理时,只需将复杂性和冗长性设为 2,其他属性设为 4,即可生成高质量回复。

效果如何 实验基于 Llama 3 70B 和 Nemotron-4 340B 基础模型,在 H100 和 A100 集群上展开。在奖励模型评估中,对比基线包括使用 Open Assistant、HH-RLHF 和初代 HelpSteer 训练的模型,它们代表了使用现有开源数据训练的路线。在 Reward Bench 基准测试上,基于 HelpSteer2 训练的 340B 奖励模型取得了 92.0% 的总体准确率,超越了所有开源和专有模型;70B 版本也达到了 88.8%,尤其在区分优秀与良好响应的困难聊天类别中领先第二名 6.5%。 在对齐效果评估中,对比基线是使用了 1000 万条数据训练的强基线 Llama 3 70B Instruct 以及 GPT-4-0613。仅使用 1 万对 HelpSteer2 偏好数据和 10 万条监督微调数据(数据量仅为基线的 1%),对齐后的 70B 模型在所有指标上均击败了 GPT-4-0613,并持平或超越了 Llama 3 70B Instruct。不同对齐路线各有所长:DPO 在侧重事实性的 TruthfulQA 和高难度编码的 Arena Hard 上表现最好;PPO 在侧重指令遵循的 AlpacaEval 2.0 上得分最高;而 SteerLM 2.0 在包含复杂多需求指令的 MT Bench 上表现最佳。消融实验表明,即使使用质量参差不齐的开源微调数据,该奖励模型依然能大幅提升最终性能。 方法的局限性在于,数据集仅包含英文,难以直接用于改进其他语言的模型;此外,PPO 路线在训练后出现了 TruthfulQA 性能严重下降的代价,作者归因于数据集中选择题比例过低导致了策略漂移;同时,该奖励模型在 Reward Bench 的先验数据集类别上表现不佳。

A1 主要贡献

本文介绍并发布了HelpSteer2,一个高质量、遵循宽松许可(CC-BY-4.0)的偏好数据集,旨在解决当前大型语言模型(LLM)对齐领域中高质量、开放数据集的短缺问题。

A2 方法细节

2. 数据集

2.1 数据集收集
2.2 数据集分析

3. 奖励模型

4. 对齐模型

我们展示了三种使用Llama 3 70B奖励模型对齐LLM的方法:迭代式直接偏好优化(Iterative DPO)、近端策略优化(PPO)和SteerLM。

4.1 评估
4.2 SFT基线
4.3 DPO
4.4 PPO
4.5 SteerLM

A4 实验环境

A4 实验结果

4.6 结果

表4:对齐模型的评估。每个指标越高越好,除了平均响应长度。因为我们所有对齐模型实验都使用Llama 3 70B基础模型[8],所以我们使用Llama 3 70B Instruct模型和GPT-4-0613作为基线。标有“w. DA”的模型使用了Daring Anteater数据集。标有*的模型的指标来自外部排行榜[52-55]。粗体为最佳模型,下划线为次佳模型。
表4:对齐模型的评估。每个指标越高越好,除了平均响应长度。因为我们所有对齐模型实验都使用Llama 3 70B基础模型[8],所以我们使用Llama 3 70B Instruct模型和GPT-4-0613作为基线。标有“w. DA”的模型使用了Daring Anteater数据集。标有*的模型的指标来自外部排行榜[52-55]。粗体为最佳模型,下划线为次佳模型。

A5 结论

我们介绍了HelpSteer2——一个遵循宽松许可(CC-BY-4.0)、规模小(1万对)、高质量(Cohen's κ为0.791)的有益性数据集,可用于高效训练在RewardBench上表现顶尖的奖励模型(在其主要数据集上达到92.0%,截至2024年6月12日排名第一)。我们分享了我们如何收集该数据集以启发类似的收集工作,以及如何使用该数据集训练奖励模型。最后,训练出的Llama 3 70B奖励模型可用于对齐Llama 3 70B基础模型,使其在主要对齐指标(MT Bench、TruthfulQA、AlpacaEval 2.0 LC和Arena Hard)上的性能达到或超过Llama 3 70B Instruct和GPT-4-0613。

A6 附录

A 局限性

B 社会影响

C 伦理考量

D 相关工作

E 复杂性分类器

F 多轮提示完成

G 标注指南

这里我们提供在整个项目过程中使用的完整标注指南。

G.1 概述
G.2 标记无效任务
G.3 各维度评分
G.3.1 详细评分标准
G.3.2 示例
G.4 其他注意事项

H 评估细节

I 计算需求

表6:训练各种模型所需的计算资源,以H100等效节点小时为单位。实验在内部集群上由8个H100/A100-80GB SXM GPU组成的节点上运行。为清晰起见,A100上的计算量除以3以获得H100等效值。*此计算量的大部分用于未优化的文本生成,如果以优化方式完成,将大大减少此计算量。
表6:训练各种模型所需的计算资源,以H100等效节点小时为单位。实验在内部集群上由8个H100/A100-80GB SXM GPU组成的节点上运行。为清晰起见,A100上的计算量除以3以获得H100等效值。*此计算量的大部分用于未优化的文本生成,如果以优化方式完成,将大大减少此计算量。