代码链：使用语言模型增强代码模拟器进行推理

英文原文地址：?Chain of Code

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Abstract

代码提供了一般的语法结构，用于构建复杂的程序并在与代码解释器配对时执行精确的计算。我们假设语言模型（LM）可以利用编写代码的方式改进思维链推理，不仅适用于逻辑和算术任务，还适用于语义任务（尤其是那些混合了逻辑和语义的任务）。

例如，考虑提示一个LM编写代码来计算它在一篇文章中检测到讽刺的次数：LM可能难以编写一个可由解释器执行的"detect_sarcasm(string)"实现（处理边缘情况可能是不可逾越的）。然而，如果LM不仅编写代码，而且还有选择性地"模拟"解释器，通过生成"detect_sarcasm(string)"和其他无法执行的代码行的预期输出，LM仍然可以产生一个有效的解决方案。

在这项工作中，我们提出了Code链（CoC），这是一个简单但出奇有效的扩展，可以改进LM的代码推理能力。其核心思想是鼓励LM将程序中的语义子任务格式化为灵活的伪代码，解释器可以明确捕捉到未定义行为，并将其交给LM进行模拟（作为"LMulator"）。实验证明，CoC在各种基准测试中优于思维链和其他基准线；在BIG-Bench Hard上，Code链的准确率达到了84%，比思维链提高了12%。CoC适用于大型和小型模型，并通过"以代码思考"扩大了LM能够正确回答的推理问题的范围。

介绍

我们提出了代码链（CoC），这是一种简单但令人惊讶的有效扩展，可以改进语言模型（LM）代码驱动的推理。它扩大了 LM 可以通过“代码思考”正确回答的推理问题的范围。

关键思想是鼓励 LM 将程序中的语义子任务格式化为灵活的伪代码，解释器可以显式捕获未定义的行为并转交给 LM 进行模拟（作为“LMulator”）。

方法

与以前的推理方法相比，代码链首先 (d) 生成代码或伪代码来解决问题，然后 (e) 如果可能的话，使用代码解释器执行代码，否则使用 LMulator（语言模型模拟代码）执行代码。蓝色突出显示表示 LM 生成。红色突出显示表示 LM 生成的代码正在由解释器执行。紫色突出显示表示 LMulator 通过绿色程序状态模拟代码。

语言推理结果

在 BIG-Bench Hard (BBH) 上，Chain of Code 达到了 84%，比 Chain of Thought 提高了 12%，达到了新的最先进水平。此外，它在 23 项任务中的 18 项中优于人类评分者的平均水平。

对于 BBH 的 NLP 子集，Chain of Code 的表现与 Chain of Thought 相当，对于 BBH 的算法子集，甚至超过了最好的人类评分者。

基于 text-davinci-003 的代码链（Interweave）甚至优于更大的指令调整模型 gpt-4，该模型被指示编写代码来解决推理问题（如果这样做有帮助的话）。

机器人应用

代码链非常适合解决机器人任务，因为它们需要语义和算法推理。它们还涉及通过代码（例如，控制或感知API）与其他API 进行交互以及通过自然语言与用户进行交互。红色突出显示表示 LM 生成的代码正在由解释器执行。紫色突出显示表示 LMulator 正在模拟代码。

语言推理的模型输出示例

一些最具挑战性的 BBH 任务的示例模型输出，这些任务需要语义和算法推理。红色突出显示表示 LM 生成的代码正在由解释器执行。紫色突出显示表示 LMulator 通过绿色程序状态模拟代码。

Ablation Studies消融研究

通过仔细的消融研究，我们确认代码链的所有设计选择对于其良好的性能至关重要。

Scaling缩放

与仅针对大型模型出现的思想链不同，代码链对于大型和小型模型都可以很好地扩展。