干货分享！如何评估大型语言模型（LLMs）的输出质量？评估方法大盘点！

天承办公室 2023-10-12 发布于北京

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引言

大型语言模型(LLM)展现出了杰出的性能，并为我们提供了新的解题思路。但在实际应用过程中，如何评估大型语言模型的输出质量对于我们来说也至关重要。因为大模型的输出是概率性的---这意味着同样的Prompt产生的结果都有可能不同，大模型评估能够衡量模型输出的质量水平，能够确保用户的体验。为此，今天给大家整理了一些LLMs输出结果的评估方法。

一、用户反馈

评估的黄金标准(Gold Standard)是收集真实的用户反馈。即：如果想要深入了解应用程序的质量与实用性，最佳方法是收集真实用户的反馈。除此之外，其它的评估方法都是从侧面反映出模型的质量水平。收集用户反馈的具体策略可以有不同的形式，例如：

「显式反馈」：通过相关功能来收集用户反馈，例如：对于模型的输出结果，如果觉得好就点个赞，如果觉得不好就点个差；亦或者对输出进行打分评级，特别好9分以上，好8分以上，较好7分以上，一般6分以上，差6分以下等。
「隐式反馈」：通过用户行为分析，例如：对于模型的输出结果并不关心则视为负面结果，对于模型的输出结果停留的时间较长则视为正面结果等。

通过以上两种规则方式，随着越来越多的用户开始使用该模型应用程序，就会收集到很多用户关于该模型的使用数据，根据该数据来分析模型的输出效果，从而不断地改进模型效果。但该方法也存在一定滞后性。因为只有当模型上线对客且用户使用一段时间之后，这些数据才能够收集到。为此，在模型应用上线对客之前我们还需要对其进行评估测试，这就需要下面的这几个方法。

二、人工评估

上线对客之前，评估大模型应用输出水平的最佳选择是：让标注人员在预部署阶段评估大模型应用的输出。典型的评估方法是构建测试数据集，根据测试数据集进行模型评估。让我们看一个简单的问答案例。即：根据用户评论，来回答有关华为耳机产品相关问题，如下所示。目标是对大模型输出结果进行评级。

❝
用户评论：华为耳机pro是一款特别优秀的耳机，音质特别好，可以听到音乐的每个细节。
问题：为什么华为耳机pro是一款好耳机？
❞

这里假如模型给出的响应结果是：

❝
因为音频体验超级棒。
❞

当遇到此类情况时，有多种方法可以对此响应进行评估，例如：案例对比、评分、A/B测试等，具体如下。

2.1 案例对比

评估人员将模型的输出结果与理想案例结果进行对比。拿上面的示例来说，理想的结果可能是：因为音频体验无与伦比。基于该结果标注人员对此做出判断。但这种方法需要事先构建基本事实。

鉴于没有两个用例完全相同，这意味着必须为每个提示和模型应用构建基本事实案例。此外，基本事实的质量直接影响评估结果——如果构建不正确，可能会产生误导性的结果。

2.2 评分

评估人员对模型输出结果进行打分来评估结果的好坏（例如0到10之间的评级），由于该种情况没有基本事实案例参考，所以评估人员需要自行对输出质量做出判断。

评估分数可以是单个分数，也可以是一组分数，可以是宽泛的，也可以是细粒度的，具体情况具体分析。例如，创意写作任务可能需要对不同的输出特征进行更细粒度的评分，例如流畅性、趣味性和简洁性。

评估标准可以是按等级划分的分数，也可以是对标志的检查。例如，摘要任务可能需要检查输出的一致性，并且不会生成实际文档中不存在的内容。特定任务可能需要检查特定的规则，例如俳句中的音节数。

2.3 A/B测试

根据模型应用获得一对模型输出结果，并要求评估人员评估出最好的答案。这对于比较不同时间点、不同配置参数（prompt、超参数等）的模型质量非常有用。例如，让评估人员比较下面两个模型输出结果的最优答案：

❝
1、因为音频体验超级棒。
2、因为麦克风品质特别好。
❞

对于我们来说，上面两个回答最好的应该是第一个（因为音频体验超级棒），因为它的回答最准确，第二个回答（因为麦克风品质特别好）主要讲述了麦克风的质量而不是耳机的音质。

「人类评估的局限性」 它无法有效地扩展。所需要的时间成本明显高于自动化方法。另一个局限性是人类评估是主观的——一个评估者的判断可能与另一个评估者的判断不同。上面的例子相对简单，但在更具挑战性的任务中，对于响应结果的好坏，会有更多的模糊性和解释空间。许多因素都会影响评估者的判断，例如专业知识、风格和偏见，从而影响评估结果。

三、利用LLM评估

替代人工评估的另外一种方法是利用LLM进行结果评估，即：通过Prompt来引导LLMs模拟人工评估过程。上面介绍的人工评估方法（案例对比、评分和A/B测试)都可以利用LLM来实现。

在下面示例中，使用大模型对相同的问答任务执行A/B测试评估。该模型的任务是在对问题的两个回答中选择最好的答案，输出结果显示回答1是最好的。「LLM评估的优缺点」：消除了人工评估的时间成本限制，但它是否能在准确性和质量上超越人类评估尚无定论。它在一项任务上的有效性并不能保证它会推广到其他任务和领域，唯一解决方法是在特定应用程序上测试它。

「LLM评估的挑战」：LLM 生成的评估也面临着与人类评估相同的主观性挑战。许多因素都会影响模型的评估结果，例如模型的整体能力、是否经过专门训练来执行评估、是否存在可能引入偏差的训练数据等等。

四、单词级评估

另一种评估方法在单词/Token级别上比较参考案例和生成结果。目前有多种评估指标可用，例如 BLEU、ROUGE、Perplexity 和 BERTScore。

让我们看一个ROUGE的例子，它最初是为了评估摘要而创建的。它测量参考文本和生成文本之间匹配的“n-gram”的数量。N-gram是文本中“n”项的连续序列，其中“n”可以是 1、2 等。为了简单起见，我们将使用“n=1”，也称为“一元语法”。例如，在“我爱猫”这句话中，一元词是“I”、“love”和“cats”。根据参考答案“因为音质是最好的”来计算问答任务的n元语法的精确度、召回率和 F1 分数，其中:

精度(Precision):是匹配一元组的数量与生成文本中一元组的数量的比值；
召回率(Recall ):是匹配一元组的数量与参考文本中一元组的数量的比值；
F1-score：是根据精确率和召回率计算得出的，公式如下：2*(精度*召回率)/(精度+召回率) 具体代码如下所示：

from collections import Counter

def rouge_1(reference, candidate):
    # Turn into unigrams
    reference_words = reference.split()
    candidate_words = candidate.split()

    # Compute the number of overlapping words
    reference_count = Counter(reference_words)
    candidate_count = Counter(candidate_words)
    overlap = sum(min(candidate_count[w], reference_count[w]) for w in candidate_count)
    
    # Compute precision, recall, and F1 score
    recall = overlap / len(reference_words)
    precision = overlap / len(candidate_words)
    f1 = 2 * (recall * precision) / (recall + precision)

    # Return resuls
    return {'recall': recall, 'precision': precision, 'f1': f1}


for idx,gen_answer in enumerate(gen_answers):
    result = rouge_1(ref_answer, gen_answer)
    print(f'Answer #{idx+1}')
    print(f'Precision: {result['precision']:.2f}')
    print(f'Recall: {result['recall']:.2f}')
    print(f'F1-Score: {result['f1']:.2f}')
    print('\n')

输入结果为：

Answer #1
Precision: 0.50
Recall: 0.33
F1-Score: 0.40

Answer #2
Precision: 0.71
Recall: 0.56
F1-Score: 0.63

「单词级指标优缺点」 上面输出结果第二个生成的答案在准确率、召回率和F1分数方面的得分高于第一个答案，这并不是预期结果。这是因为它与参考答案有更多的一元组重叠，例如“best”和“quality”等词。这是一个单词级指标可能达不到要求的示例。它们很方便，因为它们易于解释，并且实现快速且廉价，但在比较两段文本时，它们可能无法捕获整体含义和准确性。