ON CATASTROPHIC INHERITANCE OF LARGE FOUNDATION MODELS

1. 研究背景 大型基础模型（LFMs）在机器学习和多个学科中取得了显著的成就，但同时也引发了对其潜在风险和未解释能力的担忧。本文提出了一个被忽视的问题——灾难性继承（Catastrophic Inheritance），描述了从有偏见的大规模预训练数据中继承的弱点和局限性，这些弱点和局限性影响了LFMs在下游任务上的行为，包括样本损坏、长尾分布、噪声、分布外等问题。这种继承可能导致下游应用的灾难性后果，如偏见、泛化能力不足、性能恶化、安全漏洞、隐私泄露和价值错位。

2. 过去方案和缺点 以往的研究主要集中在提高LFMs的泛化能力和性能上，而对于灾难性继承的问题关注不足。现有的研究方法无法全面评估和理解LFMs的能力、局限性和失败原因，尤其是在真实世界的数据和任务上。此外，预训练数据的大规模、复杂性和黑盒特性使得检测和移除所有偏见样本在经济上昂贵且技术上几乎不可能。

1. 本文方案和步骤 本文提出了UIM（Understanding, Interpreting, and Mitigating）框架，旨在从预训练和下游适应的角度理解灾难性继承，解释其对下游任务的含义，并提出缓解措施。UIM框架涉及三个方面：

   • 理解预训练动态、泛化行为、规模法则以及对下游任务的影响。

   • 解释导致灾难性继承的根本原因，并从实证和理论上进行分析。

   • 在不从头开始重新训练LFMs的情况下，减轻下游任务上的灾难性继承影响。

2. 本文创新点与贡献 UIM框架提出了一系列未被充分探索的研究方向，这些方向不仅将传统机器学习努力与LFMs联系起来，而且对LFMs进行了前所未有的解释，包括视觉、语言和社会科学。此外，本文强调了社会科学在帮助研究人员更好地评估模型能力、衡量社会影响、设计人类研究以及深入研究社会各个方面以进行风险管理方面的重要性。

3. 本文实验 本文没有提供具体的实验部分，因为它是一个立场论文，主要讨论了灾难性继承的概念、挑战和潜在的解决方案。

4. 实验结论 由于本文没有具体的实验部分，因此没有实验结论。

5. 全文结论 本文强调了灾难性继承作为LFMs领域的一个重要但被忽视的问题，并提出了UIM框架来全面理解和解决这一挑战。通过创新的方法，如黑盒调优、机器遗忘、合成数据调优和预训练数据策划，本文旨在推动领域发展，以开发更健壮、无偏见且负责任的LFMs。

阅读总结报告 本论文提出了大型基础模型（LFMs）在预训练过程中可能继承的灾难性继承问题，并强调了这一问题在机器学习和社会科学中的潜在影响。作者提出了UIM框架，旨在理解、解释和减轻LFMs在下游任务中可能遭受的灾难性继承。尽管本文没有提供具体的实验验证，但它为未来研究提供了一个全面的框架，并强调了跨学科合作在解决这一挑战中的重要性。

注1：

有偏见的大规模预训练数据中继承的弱点和局限性指的是，在预训练阶段，由于数据集本身的偏差（如不均衡、噪声、重复、不道德或有害内容等），这些偏差会被模型学习并内化，从而影响模型在下游任务上的表现和行为。具体来说，这些弱点和局限性可能包括：

1. 偏见（Bias）：预训练数据中存在的性别、种族、文化等偏见会被模型学习，导致模型在处理与这些偏见相关的任务时表现出不公平或歧视性的结果。

2. 泛化能力不足（Generalization）：如果预训练数据分布不均衡，模型可能在常见任务上表现良好，但在罕见或分布外的任务上泛化能力不足。

3. 性能恶化（Deteriorated Performance）：预训练数据中的噪声和重复内容可能导致模型在下游任务上的性能下降。

4. 安全漏洞（Security Vulnerabilities）：预训练数据中的后门攻击和对抗性样本可能被模型学习，使得模型在实际部署中更容易受到攻击。

5. 隐私泄露（Privacy Leakage）：如果预训练数据包含敏感信息，模型可能在不经意间泄露这些信息。

6. 价值错位（Value Misalignment）：模型的行为可能与社会伦理或期望的价值不一致，导致在某些应用场景中产生不道德或不受欢迎的结果。

7. 训练动态（Training Dynamics）：预训练数据的偏差可能影响模型的训练动态，如学习率调整、收敛速度等，进而影响模型的最终性能。

8. 记忆化（Memorization）：模型可能过度记忆训练数据中的特定样本，而不是学习泛化的特征，导致在新数据上的表现不佳。

这些弱点和局限性表明，预训练数据的质量对LFMs的性能和可靠性至关重要。因此，理解和减轻这些偏见对模型的影响是提高模型在实际应用中表现的关键。

注2：

灾难性继承（Catastrophic Inheritance）是指大型基础模型（LFMs）在预训练阶段从有偏见的大规模数据集中学习到的特征和行为，这些特征和行为在模型部署到下游任务时可能导致严重的问题。这种现象涉及到模型在预训练过程中对数据集中的偏差、噪声、不道德内容等的敏感性，以及这些因素如何影响模型在特定任务上的表现。以下是灾难性继承的几个关键方面：

1. 偏见的传递：预训练数据中的偏见（如性别、种族、文化等）会被模型学习并内化，当模型应用于下游任务时，这些偏见可能会被放大，导致不公平或歧视性的决策。

2. 泛化能力的损害：如果预训练数据存在分布偏差，模型可能在特定类型的数据上过度拟合，从而在分布外的数据或真实世界的数据上表现不佳。

3. 安全性和隐私问题：预训练数据中的安全漏洞（如后门攻击）和隐私泄露（如敏感信息的无意中泄露）可能会在模型部署后被利用，导致安全风险。

4. 性能下降：预训练数据中的噪声和重复内容可能导致模型在下游任务上的性能下降，尤其是在面对与训练数据分布不同的数据时。

5. 价值和伦理问题：模型可能会生成或推荐与社会伦理和价值观不一致的内容，这可能导致道德争议和法律责任。

6. 训练动态的影响：预训练数据的偏差可能会影响模型的训练动态，如学习率的选择、收敛速度等，这可能会影响模型的最终性能和泛化能力。

7. 记忆化问题：模型可能会过度记忆训练数据中的特定样本，而不是学习泛化的特征，这在面对新数据时可能导致性能下降。

为了解决灾难性继承的问题，研究者们提出了多种策略，包括改进数据预处理、使用更公平和多样化的数据集进行预训练、开发新的评估指标来衡量模型的偏见和泛化能力，以及设计后处理技术来减轻模型在下游任务中的偏见。这些努力旨在确保LFMs在实际应用中既有效又负责任。