大语言模型是如何推理的？

不管是写点日常文案，还是解决复杂问题，大模型都展现出了让人惊叹的实力。

但话说回来，当我们说到“推理”这个词时，它真的像人一样，会自己“思考”、有逻辑地推导出答案吗？

什么是推理Reasoning？

要讨论推理，我们首先要定义它的含义，并达成共识。推理的基本过程可以概括为：你接收到某些信息，经过思考后得出结论。

举个例子：

“标普 500 指数在三个月内下跌了 15%。”

当你听到这条信息时，你的大脑会开始思考，并将其与近期发生的事件联系起来。

例如，你可能会想到特朗普最近关税政策、美国经济增长低于预期、全球冲突等因素。

如果我进一步问你：

“明天股市会如何变化？”

你可能会查阅相关预测、新闻、税收和关税政策，并在不同假设下构建自己的观点。通常，投入的思考和研究越多，结论的准确率就越高。

人类的推理能力依赖于经验、知识和逻辑思维，它是一个主动的信息加工过程。

LLM 与推理

但LLM 并不能真正进行推理，而是通过模拟推理来生成答案。有时它的回答看起来很合理，有时却未必准确。

这与 LLM 的本质有关：它们是超强的文本预测器，依靠大规模训练数据和上下文信息来生成答案。

LLM 预测答案的方式

假设一个 LLM 在训练过程中学习到了如下信息：

• • 物体可以有不同颜色：蓝色、红色、绿色、紫色、黄色等。
• • 球可以是红色。
• • 球可以是蓝色。
• • 车可以是紫色。
• • 旗帜可以是紫色。

现在，如果我们问它：

“球可以是什么颜色？请给出三个答案。”

LLM 会计算最有可能的答案：

1. 1. 球可以是红色。
2. 2. 球可以是蓝色。
3. 3. 球可以是……

由于紫色在数据集中出现的频率较高，LLM 可能会回答“紫色”。但我们都知道，球的颜色没有限定，它可以是任何颜色。

LLM 并不是在真正“推理”颜色的可能性，而是基于训练数据的模式进行概率预测。

OpenAI 真的让 LLM 具备推理能力了吗？

OpenAI 在文档^[1]中声称：“推理模型（如 OpenAI o1 和 o3-mini）是通过强化学习训练的大型语言模型，能够执行复杂推理任务。”

并且，他们提到：“推理模型会在回答前进行深入思考，生成内部的推理链，从而在复杂问题求解、编程、科学推理和多步规划等任务中表现优异。”

乍一看，这似乎意味着 LLM 具备推理能力，但实际上它仍然是基于生成式文本预测来模拟推理。

LLM 的推理模拟机制：CoT

LLM 所谓的“推理”能力，实际上是一种称为 Chain of Thought（思维链） 的方法。

让我们看一个例子。

问题：

“球可以是什么颜色？”

CoT 过程：

1. 1. 球可以是蓝色。
2. 2. 球可以是红色。

最终输出：

“因此，球可以是红色或蓝色。”

这个过程看似合理，但它并不是推理，而是文本生成。

但是，这种机制可能会出错：

问题：

“球可以是什么颜色？请给出三个答案。”

错误的 CoT 过程：

1. 1. 球可以是蓝色。
2. 2. 球可以是红色。
3. 3. 汽车可以是紫色。

最终错误的输出：

“因此，球可以是蓝色、红色，嗯……紫色？”

当上下文信息不足时，LLM 可能会做出错误的推断，如误把“车可以是紫色”混入答案中。

业界专家的观点

Meta 首席 AI 科学家 Yann LeCun 指出：

“LLM 并不会真正‘思考’或‘推理’，它们只是在做概率计算。”

换句话说，LLM 依赖的是海量数据中的模式匹配，而非像人类那样进行逻辑推演。

结论

LLM 在很多场景下都非常强大，但它们的核心仍然是文本预测，而非真正的推理能力。

• • 人类推理：依靠经验、逻辑和主动思考来分析问题。
• • LLM 生成答案：基于统计概率预测最有可能的文本输出，并“模拟”出推理过程。

虽然 LLM 在很多场景下表现出色，但其本质依然是一个文本预测器。了解这一点，有助于我们更好地利用技术，同时避免对其能力的过高预期。

正如阿瑟·克拉克的第三定律所说：

Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic.

“任何足够先进的技术，都与魔法无异。”

大语言模型的能力有时让人惊叹，但理解其原理和局限性，才能更好地利用它们。