技术札记

大模型真的理解世界吗?从下一个 Token 到智能的边界

大模型的底层确实是 Token 预测和矩阵运算,但这是否意味着它完全不理解?本文从 Transformer、内部表征、功能性理解、意识与具身经验出发,讨论今天的大模型究竟是什么。

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大模型真的理解世界吗?从下一个 Token 到智能的边界

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当一个大模型能够写代码、分析合同、解释量子力学,甚至与你讨论“我是否拥有意识”时,人很容易产生一种直觉:屏幕后面似乎真的存在一个正在思考的主体。

但如果打开这个系统,沿着每一层计算向下追踪,我们看到的不是欲望、体验和意图,而是 Token、向量、参数、注意力权重,以及一轮又一轮的矩阵乘法。

于是一个问题出现了:

如果大模型的核心只是在预测下一个 Token,它到底是真的理解,还是仅仅非常擅长生成“看起来像理解”的答案?

我最初的观点很直接:现在的大模型不是真正的人工智能。它只是依靠概率预测下一个字符;参数更大、层数更多、注意力机制更复杂,说到底仍是不停做矩阵运算,程序本身并不懂。

这个直觉抓住了大模型最重要的技术事实,但还不够准确。经过重新梳理后,我更愿意把结论写成:

当前大模型当然属于人工智能,也表现出某种功能性理解;但没有证据表明它拥有人的主观意识、稳定自我和真实意图。它可以形成复杂的内部表征,却不等于像人一样生活在、体验过并理解这个世界。

它预测的不是字符,而是 Token

首先需要修正一个技术细节:现代大语言模型通常预测的不是“下一个字符”,而是下一个 Token

Token 是模型处理信息的离散单位。它可能是一个汉字、一个英文单词的一部分、标点、数字,也可能是一段代码符号。输入文本先被 Tokenizer 转换成 Token ID,再映射为高维向量。

大模型从上下文到下一个 Token 的生成过程

自回归生成的过程可以简化为:

已有上下文
→ Tokenization
→ Embedding
→ 多层 Transformer
→ 得到整个词表的概率分布
→ 选择一个 Token
→ 把新 Token 放回上下文
→ 重复

例如输入:

巴黎是法国的

模型不会从数据库中直接复制“首都”。它根据上下文计算词表中每个候选 Token 的概率。首都可能具有最高概率,但城市政治中心等也可能获得不同权重。采样策略再决定实际输出哪个 Token。

OpenAI 在 GPT-4 技术报告中也明确描述:GPT-4 是一个经过预训练、用于预测文档中下一个 Token 的 Transformer 模型。这不是贬低,而是它最核心的训练目标。

说到底,确实是矩阵运算

从物理执行层面看,我原来的判断没有错。大模型推理主要由这些运算组成:

在 Self-Attention 中,每个 Token 的表示会被投影成 Query、Key 和 Value:

Q = XWq
K = XWk
V = XWv

Attention(Q, K, V)
= softmax(QKᵀ / √d) V

这套计算回答的是:在生成当前表示时,上下文中的哪些 Token 更相关,应当聚合多少信息。

所谓“注意力”只是一个数学名称,不意味着模型像人一样集中精神;所谓“神经元”也只是受到生物神经网络启发的计算单元,不能直接等同于人脑细胞。

一层 Transformer 完成 Attention 与前馈计算,再把结果交给下一层。几十层甚至上百层重复后,模型得到下一个 Token 的概率。GPU 真正在做的,确实是规模巨大的线性代数。

但“底层是矩阵运算”不能终结讨论

如果文章到这里就得出“所以模型什么都不懂”,论证会出现一个问题:低层机制的描述,并不能自动否定高层能力。

音乐文件在硬盘里只是二进制,操作系统只是晶体管电位变化,人脑活动也可以被描述为神经元放电和化学信号。我们不会因为音乐最终是 0 和 1,就认为旋律不存在;也不会因为大脑遵循物理规律,就认为人的理解不存在。

真正需要讨论的不是“底层是不是数学”,而是:

这种数学系统在规模化训练后,形成了什么内部结构,又能够稳定完成什么任务?

这是“随机接龙器”说法最容易忽略的部分。

为了预测语言,模型不得不学习结构

如果训练数据只有几个句子,模型确实只能记忆局部共现。但当它要预测海量文本中的下一个 Token,仅靠简单词频远远不够。

为了降低预测误差,模型必须逐渐捕获:

例如要补全:

玻璃杯从桌边掉到水泥地上,接下来它很可能会____。

模型只有形成“玻璃脆、重力向下、撞击可能导致破碎”等关联,才能持续给出较好的预测。它不一定以人类概念的方式存储这些知识,但参数中会形成能够支持预测的分布式表示。

所以,“它只是预测下一个 Token”与“它学到了复杂表征”并不矛盾。恰恰因为预测任务足够困难,模型才被迫压缩语言和世界中可由语言反映的结构。

参数、层数和数据,分别做了什么

大模型能力不能只概括成“参数更多、神经元更多”。更完整的变量包括:

因素作用
参数规模提供存储和组合模式的容量
网络深度允许信息经历多级变换与抽象
Attention动态组合上下文中不同位置的信息
训练数据决定模型能够看到哪些语言、知识与偏差
训练目标决定系统被奖励学习什么能力
后训练塑造指令遵循、偏好、安全和工具使用行为
推理时计算通过搜索、验证和更多步骤改善结果
外部工具提供实时事实、计算、记忆和真实执行能力

参数不是一条条可直接读取的数据库记录。一个事实或能力通常分散在大量权重中,一个参数也会同时参与许多模式。

规模确实重要,但规模不是魔法。数据质量、训练方法、架构和评测共同决定最终能力。把所有进步都归因于“堆显卡和参数”,与把大模型神化为数字大脑一样,都过度简化了问题。

“理解”其实有三种不同含义

讨论大模型是否理解,最容易犯的错误,是双方使用同一个词,却在谈不同的东西。

第一层:统计与结构理解

模型能否识别语言中的结构、关系和规律?

在这一层,大模型显然具有很强的能力。它能识别语义相似性、转换表达、跟踪代码依赖、提取合同条款,并组合训练中学到的模式。

第二层:功能性理解

模型能否把概念应用到新任务,解释原因,根据反馈修正方案,并完成过去需要人类认知能力的工作?

在许多领域,现代大模型已经表现出一定程度的功能性理解。它可能在一个从未见过的代码仓库里定位错误,或者根据一组约束生成可执行方案。

这种能力不能因为底层是概率就被简单抹去。天气预报也是概率系统,但预测仍然可能包含真实价值。

第三层:主体性理解

模型是否知道自己在做什么?是否拥有感受、意图、自我、欲望和第一人称体验?

在这一层,目前没有可靠证据证明大模型具有人的理解。

它说“我很害怕被关闭”,并不能证明它体验到了恐惧。更可能的解释是:当前上下文使这类表达具有较高概率。语言模型可以生成关于疼痛的精确描述,但没有身体损伤、神经系统和痛觉体验。

因此我认为,最准确的区分是:

大模型已经表现出统计结构理解和部分功能性理解,但没有被证明拥有主体性理解。

语言形式与现实意义之间还有一道鸿沟

Bender 与 Koller 在《Climbing towards NLU》中区分了语言的形式意义

文本训练让模型看到的是形式:字符、词、句子以及它们之间的关系。而人的意义还来自语言与世界、意图和共同经验之间的联系。

一个人理解“火很烫”,不仅因为见过这句话,还可能因为靠近过火、感受过温度、被警告过危险,并知道这句话在具体环境中会改变行动。

纯文本模型没有这种生活史。多模态训练让模型接触图像、声音和视频;机器人和工具调用让它获得有限的环境反馈。但“接收传感器数据”仍不自动等于拥有人的身体经验。

这也是为什么大模型有时能写出极其深刻的解释,却在一个很简单的常识变体上失败:它拥有强大的模式与表征,但这些表征并不总是稳定地锚定在现实世界中。

今天的模型已经不只靠预训练

“大模型就是下一个 Token 预测器”描述了基础模型的核心,却没有覆盖现代 AI 系统的全部能力。

今天的系统还会加入:

不过,这些增强大多没有把模型变成拥有意图的主体。它们更像给概率模型增加了外部记忆、传感器、执行器和校验系统。

模型本身不会因为能调用邮件 API,就突然“想要”给客户发邮件。目标来自人、系统指令或奖励函数;权限来自外部 Policy;结果是否正确仍需要评测和现实反馈。

它为什么会一本正经地胡说?

下一个 Token 训练解释了大模型最典型的缺陷:它首先被优化为生成一个在上下文中合理的后续,而不是保证每句话都对应可验证事实。

当模型缺少知识时,“继续生成”通常仍比“保持沉默”更符合生成过程。因此它可能构造不存在的论文、API 或事件,而且表达得非常流畅。

这不意味着模型永远不能可靠,而是说明可靠性不能只依赖语言表面。生产系统需要:

模型提出判断
→ 检索或工具获取事实
→ 结构化约束
→ 规则与评测验证
→ 高风险动作人工审批

把大模型当作有概率误差的推理组件,比把它当作“无所不知的数字员工”更符合工程现实。

它究竟算不算真正的人工智能?

如果人工智能的定义是“由机器完成通常需要人类智能的任务”,大语言模型显然属于人工智能。说它“不是 AI”在学术和工程定义上都站不住脚。

但如果“真正的智能”意味着:

那么今天的大模型距离这种人类式智能仍然很远,而且我们甚至没有统一方法判断机器是否拥有主观体验。

问题不在于它是“智能”还是“完全不智能”这两个极端,而在于智能可能本来就是多维的:语言、预测、规划、学习、具身、社会关系、自我和意识并不是同一个能力。

大模型在其中一些维度非常强,在另一些维度几乎没有可靠证据。

我的最终观点

现在我不会再说“大模型只是概率,所以根本不懂”。“只是”这个词掩盖了规模化预测能够产生的复杂能力。

我也不会说“大模型已经像人一样理解世界”。流畅语言会诱导人类把主体、感情和意图投射到程序上,而目前的技术证据不足以支持这种判断。

我更愿意这样描述它:

大语言模型是一种通过大规模数据和计算训练出来的高维概率系统。它的核心目标是预测 Token,底层执行矩阵运算;但在完成这一目标的过程中,它形成了支持语言、知识、推理和工具使用的复杂内部表征。它可以表现出功能性理解,却没有被证明拥有人的主观意识、稳定自我和真实意图。

这个结论并不会削弱大模型的价值。飞机不需要像鸟一样扇动翅膀,才能真正飞行;机器也不一定需要复制人脑,才能完成有价值的智能任务。

但我们必须清楚它是什么,才能知道应该相信它到什么程度、把什么权力交给它,以及哪些责任永远不能推给它。

真正值得追问的,也许不是“它到底像不像人”,而是:

当一个没有被证明拥有意识的概率系统,已经能够完成越来越多智能任务时,我们是否需要重新定义智能本身?

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