100多位博士和Claude比拼科研点子,盲评前10名AI占了9席
Can AIs Generate Novel Research Ideas? with lead author Chenglei Si
斯坦福博士生Chenglei Si与Nathan讨论让AI与人类研究者比拼生成研究想法,AI在新颖性与兴奋度评分上意外胜出。
先说实验怎么玩的。100多位NLP方向的博士,每人提交一个研究点子,报酬300美元,最好的点子另有约1000美元奖金。另一边,Claude 3.5 Sonnet批量生成点子,单个主题先冲到几千个再筛选。所有点子统一改写成同一种学术文风,抹掉出处,交给领域专家盲评打分。
结果两句话。第一句:新颖性和兴奋感两项,AI的点子显著更高,换三种统计口径检验都成立。第二句:把全部点子按总分排序,前10名里,9个来自AI。
这项研究的论文标题直译是《大语言模型能产生新颖研究点子吗》,第一作者是斯坦福博士生Chenglei Si。他最近做客Nathan Labenz主持的Cognitive Revolution播客,把实验的里里外外讲了一遍,钱怎么花的、坑踩在哪、下一仗打什么,全说了。这篇精读把关键内容拆开来看。
为什么值得花一年做这个实验
Chenglei是NLP科班出身,本科就做相关研究,去年到斯坦福读博。当时领域里的大背景是,大模型在推理、数学、代码上的成绩越来越好。他琢磨,自己做了这么多年研究,如果能自动化科研本身,这件事的想象空间比攻克某个具体任务大得多。两位导师也很支持,项目从一年前就启动了。
时间花得很有意思:搭生成点子的agent,两三个月;找人、组织人类实验,八个月。AI的部分反而是快的,人的部分才是大头。
为什么这个问题重要?Nathan在节目里把逻辑挑明了:如果AI能对机器学习研究本身做出实质贡献,研究效率提高10倍、100倍,那最终模型能好到什么程度,没人说得准。迈过这道坎,一切预测失效;迈不过,世界照常运转。
Chenglei提到了Leopold Aschenbrenner那份著名的《Situational Awareness》,里面有个数据点:到2028年左右,可能拥有“自动化的Alec Radford”。Alec Radford是GPT论文的第一作者。节目录制当天,他刚在推特上被一群人提名为“影响力最大却最不为人知的科学家”。导师提醒过Chenglei,在学术场合说“智能爆炸”显得太激进,但这个愿景确实是他做这件事的动力之一。
他也清楚,自动化Alec Radford目标太高,全领域只有一个Alec Radford。他更想回答一个务实的问题:当前这代模型,跟普通博士生比,出点子的水平到底怎么样?给整个领域一个具体的基准点。
“如果有一天,你告诉我有一个agent想出了点子,自动把它执行成完整项目,投给顶会,还拿了最佳论文奖,那才说明这事真的成了。”
这是他给自动化科研“尤里卡时刻”下的定义。在此之前,领域里已有几次著名尝试。卡内基梅隆大学Gabe Gomes团队的Coscientist,用户说一句“帮我合成阿司匹林”,系统查资料、写步骤,通过API操控真实的自动化实验室,最后吐出成品。Nathan当时给它的定位是“文本到实验协议”,AI执行得很漂亮,但点子本身还是人给的。日本公司Sakana AI的AI Scientist往前走了一步,批量生成点子,用Semantic Scholar API查重判断新颖度,再自动写论文,一篇成本只要几十美元,不过按他们自己的评估,水平大致相当于需要导师再带一带的初期研究生。还有NVIDIA Jim Fan团队的Eureka,让GPT-4给机器人手写强化学习的奖励函数,写出来的比人类作者还好。奖励函数这东西,街上随便拉个人可写不了,GPT-4能超过人类作者,而且结果客观可测,这个信号当时就很硬。
实验怎么搭:八个月磨人的盲测
实验设计遵循两条原则。第一,要有像样的人类基线,博士生就是这个任务上的专家。第二,所有评审由人类专家完成,因为大模型当审稿人还不到时候,后面有数据。
人类这边,100多位参与者以NLP方向的博士生为主。AI这边,主力模型是Claude 3.5 Sonnet。团队起初用GPT-4o,听实验室同事说Claude 3.5在科学和推理任务上更强,对比两边生成的点子后果断切换。o1刚发布还没来得及测,在待办清单上。研究题目一共7个,全部集中在提示词技术这个方向。记住这个范围,聊争议时会用到。
AI的生成流程堆了不少细节:
- 先检索与主题相关的论文,塞进提示词当灵感;
- 手工写了6个示范样例,统一格式:动机、问题设定、提出的方法、分步实验计划;
- 批量生成,每批5个,先把数量堆上去,单个主题最多冲到8000到10000个;
- 把已生成点子的标题追加进提示词,要求模型别重复自己;
- 用语义相似度去重,大约95%的点子被过滤掉,每个主题剩下约200个不重复的点子。
去重之后是排序,这里有个很实用的发现:让模型直接给1到10分,效果很差;两两对比再汇总战绩,好用得多。配对方式也有讲究:每个点子和当前累计得分最接近的对手比,类似瑞士轮,没有淘汰制。不然两个最好的点子第一轮撞上,输的那个战绩0胜直接沉底,好点子就被埋了。
AI自己排完,Chenglei又人工重排了一遍。他没看AI的排序,完全按自己的判断来,对比后发现,有几个他一眼认定顶级的点子,AI根本没排到前面。这就是论文里“AI点子+人类重排”这个实验组的由来。
还有一步容易忽略:所有点子,人类的和AI的,都过同一个改写agent,统一成学术文风,只许改表达,不许动内容。原因是人类原稿的痕迹太明显,有人句子不通顺,有人写得太口语、太热情,评审一眼能猜出来源。市面上的AI检测器普遍不靠谱,但领域内的人对AI文风有直觉,某些高频词一出现就露馅。偏好一掺进来,数据就脏了。
最后,专家评审给每个点子打1到10分,五个维度:新颖性、兴奋感、可行性、有效性,外加一个总分。每个点子平均拿到3份评审,最少2份,最多4份。
结果:新颖性和兴奋感,AI显著胜出
核心结果一句话:AI点子在新颖性和兴奋感上显著高于人类点子,而且换了三种统计口径,结论都稳。三种口径分别是:每份评分当一个数据点;每个点子的平均分当一个数据点;每位评审对AI组和人类组的打分差当一个数据点。第三种专门用来排除评审个人偏差。Chenglei全程盯着评审提交的过程,看到有的评审讨厌提示词研究,通篇给2、3分;有的特别喜欢,张口就7、8分;还有的对某个题目偏爱,给的点子 systematically 分高。他和导师当时约定,把能想到的统计检验全跑一遍,只要有一种检验下结论不成立,就不下这个结论。结果新颖性这一项,哪种检验都推翻不了。
其余维度:可行性人类略高,没到统计显著;有效性两边接近;总分AI更高,经过人类重排的AI点子总分优势最明显。
几个细节值得单独拎出来。单点最高分,新颖性一项人类最高8分,AI拿到10分;兴奋感人类最高8分,AI拿到9分。AI点子得分的标准差和人类基本一样,兴奋感一项甚至略宽。Nathan平时给人科普AI能力,惯用的框架是:不同任务之间差异巨大,翻译这种任务已经超人,堆叠物体的空间常识还很差,但同一任务内部表现相当稳定。所以他看到AI点子的波动和人类一样大、峰值还更高时,觉得这个信息量很大。他引用Tyler Cowen的说法:看一个人的水平,看他的峰值。按这个标准,AI的峰值已经压过人类。
Chenglei自己通读了所有点子,人类提交的和他盯着的AI生成的都看了。他的观感是,AI点子有种奇怪的气质,和近几年论文里的常见套路拉开了距离,扎根现有文献扎得没那么深,跳出框框跳得更远。举一个论文里的例子:在“不确定性校准”题目下,AI提出把self-consistency升级,生成一堆多样化的答案,两两之间计算谁支持谁、谁反驳谁,构建一张图,再用中心性这类图指标度量不确定性,替换简单多数投票。另一个没写进论文的点子更怪:先让模型生成“不确定性样例”,这个答案算不确定度10,那个算9,建一张映射表,新问题来了,拿生成的答案去比对,离哪档最近定哪档。他的评价是,跟现有所有不确定性估计方法都不一样,很怪,但有意思,还没验证。
钱的事也值得交代。人类报酬总计约3万美元,API账单比这还多一点点。大头在三处:超额生成,想要200个不重复点子得先生成4000个,团队实际按8000到10000的量去测极限,大量token花在最后会被扔掉的重复点上;提示词越滚越长,历史标题不断追加,输入token持续膨胀;新颖性过滤,每个点子要和检索回来的每篇相关论文逐一比对,开销不小。摊下来,得到一个有效的不重复点子,大约要花几美元。Nathan补了一个视角:他和前沿实验室的人聊过,对方反复强调,人们普遍缺乏对推理算力堆量的直觉,试1次、试3次没戏就下结论说模型不行,很少有人想试1000次、100万次会怎样。AI Scientist一篇论文几十美元,质量不行,可如果千分之一出好东西,经济账就算得过来。
泼冷水的人说了什么
这篇论文在网上引发了激烈争论。Nathan的评价是,它像罗夏墨迹测验,乐观的人看到里程碑,怀疑的人看到方法漏洞,评论往往暴露的是评论者自己。
第一条质疑,领域太窄。所有点子都集中在提示词技术,结论未必能推广到更硬的科学。Nathan认可这一点,不能把一个结果外推到所有领域,但他认为实验设计本身扎实,统计上显著的结果可信。
第二条,人类基线偏弱。团队问过写点子的参与者,得到的回答是,这些点子大约代表博士生的平均水平,够不上顶尖。Chenglei的补救计划是拿AI点子去和ACL这类顶会的正式录用论文比,那才是更强的基线。
第三条,谄媚问题。大模型经过RLHF,学会了讨人喜欢的表达,会不会只是把“新颖”的词藻堆在开头,内容其实空洞?Chenglei承认没百分之百排除这个可能。两边用了同一套改写提示词,文风已经拉平,但个别AI点子开头的新颖措辞可能漏了过来。团队计划做用词和文风的后续分析,而终极答案只有一个:把点子真的做出来,看它到底管不管用。
第四条,点子多样性有天花板。几千个生成里只有约200个不重复,曲线在后期批次明显饱和。两种解释:要么这个题目下的点子空间本来就有限,要么模型能生成的多样性有上限。Chenglei说团队没往死里压榨多样性,防重复的手段很朴素,就是追加历史标题,微调模型、改解码策略这些手段都还没用。如果全都用上还是撞墙,那才能下结论说基础模型有硬上限。
还有一条和主线无关但重要的数据:自动审稿现在不可信。把真实投稿压缩成接收与拒稿的二元判断,衡量两套审稿意见的一致率,随机是50%,NeurIPS人类审稿人之间66%,ICLR做到71.9%,他们测试的大模型审稿人只有56%。人类和人类的一致度,明显高于AI和人类的一致度,差距实打实。在主观性强、利害关系大的评审任务上,现在还不到放手让模型打分的时候。
下一步:把点子真的做出来
团队现在的重心是执行研究:招募研究者,把人类点子和AI点子分别实现成完整项目,每实现一个点子付几千美元。这一步做完,前面所有关于主观评审的质疑都有机会被客观数据回答。那些看起来很怪的AI点子,到底只是怪,还是真能跑出结果,到时候见分晓。Chenglei说,无论哪个方向的结果都有意思:如果AI点子不光看着新颖、做出来也有效,故事就非常硬;如果反过来,那连人类评审在点子阶段的可靠性都要打个问号。
执行agent他们已经做了初步尝试,踩到的坑很有代表性。agent能写出能跑的代码,能报出基线和新方法两组数字,但细看实现,问题不少。有一次做文本分类,agent拿基于关键词的方法当基线,这个年代完全不合理;还有时候,agent实现新方法时会偷偷跳过某些步骤。这类问题要求对实现的中间步骤做正确性检查,光看最终数字不够。他的目标是把执行能力的评测做成公开挑战,让整个社区一起攻。执行环节一旦打通,点子生成加自动执行就能串起来,规模化之后,才有机会摸到他定义的那个尤里卡时刻。
新模型方面,o1在他的待办清单上。Nathan自己最近用o1加Cursor写代码,感受很直接:o1能通读整个代码库和他的新功能计划,给出批评和通常确实更好的替代方案。Nathan的总体判断是,Claude 3.5 Sonnet和GPT-4o这一代模型,在系统设计上花大力气、烧掉几百万token之后,有时能产出有意义的新点子,但还远没让前沿研究变得人人可及;o1这一代很可能改变这一点。如果o1能把自动评估做到接近人类水平,重排序环节的推理扩展就能转起来,迭代周期大幅缩短。另外Chenglei也在想,手里攒了大量会议论文数据,也许可以对Llama这类小模型做微调,用更低的成本跑通这条流水线。
时间线上他放了个判断:让AI写的论文被顶会接收,离得并不远。他觉得现在最好的那些点子,形状已经和ACL上发表论文很像,只要执行环节啃下来就有戏。至于最佳论文奖那个终极目标,他给自己的期限是毕业前,大概三四年。他承认这个估计激进,但这是目标。
明天就能用的几条经验
这场对话里藏着不少可以直接搬走的做法:
- 评估开放性任务,用两两对比,别让模型直接打1到10分。这是实测出来的差距,成本只多一点配对逻辑。
- 想要高质量输出,先超额生成再过滤。95%的重复率是正常水位,预算按这个比例留,别指望一次生成就是精品。
- 做盲评之前,把所有样本过一遍统一的风格改写,抹掉来源痕迹。评审的偏好偏见比多数人以为的更隐蔽。
- 分析评审数据多换几个口径:按单条评分、按条目平均、按评审人内部对比。结论只在一种口径下成立,那不叫结论。
- 对推理算力建立新直觉。同一个任务,试3次和试300次是两种游戏,前提是配一个哪怕不完美、但能区分好坏的排序器。
- 看你的数据。Chenglei读完了全部几千个点子,所以当数字说AI赢了,他能拿出具体的点子告诉你为什么。数字可以被操纵,亲手读过的原始输出不会骗人。
这场实验最有意思的地方,在于它同时给出两个信号:AI的点子更新颖、峰值更高,同时可行性略逊、多样性会饱和、执行还没打通。两件事都成立。真正的问题是,哪一边会先在下一代模型里被放大。Chenglei押的是前者,他的毕业时间表,就是这场押注的截止日期。
In this episode of The Cognitive Revolution, Nathan delves into the fascinating world of AI-generated research ideas with Stanford PhD student Chenglei Si. They discuss a groundbreaking study that pits AI against human researchers in generating novel AI research concepts. Learn about the surprising results that show AI-generated ideas scoring higher on novelty and excitement, and explore the implications for the future of AI research and development. Join us for an insightful conversation that challenges our understanding of AI capabilities and their potential impact on scientific discovery.
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