展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 硬件相关 > 纽约大学与弗拉托恩研究所:AI大模型到底是怎么"记住"知识的?

纽约大学与弗拉托恩研究所:AI大模型到底是怎么"记住"知识的?

关于大语言模型如何记忆事实,一个流传甚广的比喻是“电话本”:每一条知识都像一条独立的记录,存储在模型庞大的参数矩阵里。查询时,模型通过模式匹配找到对应的词条。这个思路很直观,但代价也显而易见——知识越多,模型就越臃肿。 然而,一项由纽约大学与弗拉托恩研究所联合开展的最新研究,为我们揭示了一个截然不同

本文目录


    关于大语言模型如何记忆事实,一个流传甚广的比喻是“电话本”:每一条知识都像一条独立的记录,存储在模型庞大的参数矩阵里。查询时,模型通过模式匹配找到对应的词条。这个思路很直观,但代价也显而易见——知识越多,模型就越臃肿。

    然而,一项由纽约大学与弗拉托恩研究所联合开展的最新研究,为我们揭示了一个截然不同、且更为精巧的真相。这项于2026年5月以预印本形式发布的研究(论文编号:arXiv:2605.12426)发现,模型采用的是一种“几何化压缩”策略。它并非笨拙地开辟独立空间存储每条知识,而是将多条相关信息叠加编码进同一个向量空间,就像一个多层透明胶片叠放在一起。负责读取的模块则像一个智能滤镜,能根据问题精准抽取出对应的那一层信息。

    这不仅仅是效率的提升,更是一种记忆哲学的转变。

    一、记忆的两种哲学:电话本还是叠影

    不妨把大语言模型的记忆系统想象成一座图书馆。传统的“电话本”式认知认为,图书馆里每个人都有一个独立的档案柜,里面分门别类地存放着他的所有信息。查询“爱因斯坦的出生地”,就去找到“爱因斯坦”的柜子,翻开“出生地”那一页。这种方式清晰,但代价是图书馆的规模必须与档案数量同步增长。

    而这项研究提出的“几何记忆”方式,则描绘了另一番景象。在这座图书馆里,没有独立的档案柜,取而代之的是一面巨大的“叠影投影墙”。每个人的信息——出生地、职业、语言等——都被编码成特定角度的光影,叠加在同一束光里。当你想知道某人的出生地时,一个名为MLP的“智能滤镜”就会启动,过滤掉其他所有信息,只让与“出生地”对应的那道光影显现出来。

    这个思路的惊人之处在于,它彻底模糊了“存储”与“计算”的界限。知识并非静态地存放在某个固定地址,而是以一种动态的、几何叠加的结构存在于向量空间中,由一个通用的筛选机制实时提取。这意味着,存储一千个人的信息,可能并不需要比存储一百个人多出十倍的“书架空间”。

    二、实验的舞台:一个干净的玩具世界

    为了将这一猜想转化为可严格验证的结论,研究团队构建了一个极度简化但保留核心矛盾的“玩具实验”。他们没有在GPT或Llama这类复杂模型上直接动手,因为干扰因素太多。

    实验场景设定如下:有N个“主体”(如人物),R种“关系”(如出生地、职业),每种关系将每个人映射到一个“属性”上(如“伦敦”)。关键约束在于,所有关系共享同一个属性池,且每种关系都是“双射”——即每个属性只对应一个主体。这比许多理论假设更困难,因为模型无法通过属性本身来判断它属于哪种关系。

    在这个场景中训练一个单层Transformer,任务很简单:给定主体名称和关系类型,预测正确的属性。这就像一场填空题测试:“张三的出生地是?”模型需要从N个可能答案中选出正确的一个。

    核心问题随之浮现:模型到底需要多大的向量维度,才能完美记住所有N×R条知识?

    三、数学的结论:对数维度就够了

    这是整篇论文的理论核心。所谓“维度”,可以理解为每个词汇被表示成多长的一串数字。维度越大,表达能力越强,但参数也越庞大。

    传统的关联记忆方法,其所需维度大约与主体数量N成正比。主体翻倍,所需维度和参数量也近乎翻倍。

    而研究团队的核心定理(定理4.1)证明:如果允许模型自主学习嵌入向量,那么所需维度d大约仅为 4R × log₂(N) + 1。这里的log₂(N)是以2为底N的对数。

    对数增长意味着什么?如果N是4096(约4千),log₂(N)等于12。即使N膨胀到一百万,log₂(N)也只有20。换句话说,需要记忆的主体数量翻几百倍,所需维度的增加却微乎其微。这是一个质的飞跃。

    那么,压缩是如何实现的?答案在于“叠加编码”。每个主体的向量,实际上是其在所有R种关系下的属性向量的线性叠加。就像将旋律、节奏、歌词信息同时压缩进一段声波。随后,MLP模块扮演“筛选器”的角色。当被问及特定关系时,它通过ReLU等非线性操作,精准地从叠加的向量中抽取出对应信息,屏蔽其他干扰。至关重要的是,这个MLP的宽度仅与关系种类R成正比,与主体数量N无关——它是一个通用的提取器,而非庞大的记忆库。

    四、梯度下降能找到这个解吗?实验给出的答案

    理论很优美,但模型在训练中真能自发找到这个高效解吗?这是理论与现实之间的关键桥梁。

    研究团队进行了系统性实验。他们固定N=4096,让关系数R在2到16间变化,向量维度d在32到768间调整,进行了大量测试。

    第一个发现是:当维度d达到128或以上时,模型几乎总能完美记忆所有知识,准确率100%。相比之下,如果冻结嵌入向量(模拟传统记忆方式),则需要d达到512甚至更高才能达到同等精度。

    更进一步,他们测量了达到95%准确率所需的最小维度d。对于可学习嵌入,d随N的增长完美符合对数曲线。而对于随机固定嵌入,d则随N呈线性增长。两条曲线的对比,直观展示了几何记忆的效率优势。

    五、叠影结构真的存在吗?三种验证方式

    光有性能表现还不够,必须验证模型内部是否真的形成了理论预测的叠加结构。研究团队设计了三种互补的实验进行探查。

    1. 线性读出测试:为每种关系单独训练一个线性变换矩阵,尝试直接从主体嵌入向量中解码出对应属性。结果清晰显示,在维度足够时,所有关系的线性解码准确率都接近100%。这意味着每个主体的向量里,确实线性叠加了所有关系的信息。而使用随机嵌入的模型,解码准确率与随机猜测无异。

    2. 因果干预测试:思路是,如果MLP是精准的关系选择器,那么只扰动主体向量中与某种关系对应的部分,就应该只影响对该关系的预测,而不影响其他。实验通过构造精准扰动并计算“选择性”分数来验证。在维度足够时,该分数接近1,证实了MLP确实在进行关系特异性的筛选。

    3. MLP冻结迁移测试:这是最令人印象深刻的验证。先用一组随机映射训练模型直至收敛,然后完全冻结MLP的参数。接着,换上一套全新的、模型从未见过的随机映射,并仅通过线性代数方法重新初始化主体嵌入向量(使其成为新属性向量的叠加)。最后,直接测试,不做任何额外训练。结果发现,冻结了MLP的模型,在新映射上的零样本准确率依然接近100%。这强有力地证明,MLP学到的不是具体的“张三-北京”映射,而是一套通用的筛选机制——只要信息按正确方式叠加,它就能正确提取,无论具体内容是什么。

    六、多跳推理:当你问“X的妻子的母亲是谁”

    以上实验都是单步事实查询。但现实问题往往更复杂,例如“这本书作者的出生地是哪里?”,这涉及两步推理。研究团队将此类问题称为“多跳推理”,并深入探究了其容量瓶颈。

    直觉上,多跳推理更难,但难在何处?论文定理4.2从信息论角度给出了精确答案。

    该定理通过计数分析揭示,模型的参数比特数W与嵌入维度比特数D之间必须满足特定不等式,否则无法区分所有可能的映射关系。分析指出了三种迥异的情形:

    当嵌入维度D非常小时,模型权重必须承担海量存储工作,参数需求巨大。当D足够大时,嵌入空间足以容纳完整的推理树,权重负担减轻,但代价是嵌入维度随推理跳数k指数增长(约R^k量级)。在这两个极端之间,则存在参数与维度的连续权衡。

    为了证明这个理论下界是“紧的”(即存在实际构造能达到该效率极限),研究团队给出了两种明确的多跳Transformer构造方案,恰好对应了两个极端,验证了理论分析的完备性。

    七、思维链:一个优雅的解法

    面对多跳推理的维度瓶颈,一个自然的解决方案是:让模型一步步推导,把中间结果“说”出来,而不是试图一次完成所有计算。这正是“思维链”(Chain-of-Thought)的核心思想。

    论文定理4.4为此提供了明确的理论支持。它证明,当模型被允许生成中间步骤时,仅需一个单层Transformer,嵌入维度约为R×log(N),即可解决任意跳数的推理问题。与不使用思维链的方案相比,这是一个质的飞跃:嵌入维度从R^k级别降回对数级别,模型层数也从k层降为1层,唯一的代价是需要多一些推理时间来生成中间步骤。

    这背后的逻辑非常优雅。思维链的本质,是将连续的“隐式计算”转化为分步的“显式中间状态”。每输出一个中间答案,模型就把该主体的完整嵌入信息重新带入序列,作为下一步推理的起点。这相当于每次推理后都重置了状态,无需在内部维持指数级复杂的信息。

    实验结果印证了这一点:在多跳任务中,使用思维链的模型在4跳高难度配置下仍能保持接近完美的准确率;而不使用思维链的模型,在2跳时准确率就已显著下降,4跳时几乎完全失败。

    八、真实大模型里的线性结构

    理论和玩具模型都支持几何记忆的图景,但在Llama、Qwen、Phi这些真实的庞然大物内部,是否也存在类似结构?研究团队进行了探索性验证。

    他们构建了一个涵盖4610个实体、42种关系的测试集,并在Qwen、Llama、Phi等多个不同规模的模型上,训练“线性探针”来尝试从模型中间层的隐向量中预测答案。

    结果呈现出一个清晰一致的模式:线性探针的预测准确率远高于随机猜测。更有趣的是各层的动态变化:探针效果随着网络层数加深而持续提升,在深度50%到80%处达到峰值,之后趋于平稳。这与“信息层层丰富化”的理论预测高度吻合——模型在前向传播中,逐渐将隐向量加工成更容易线性解码的结构。

    此外,实验还发现,如果用单层词嵌入模型来记忆相同语料,其线性解码准确率甚至比多层预训练大模型更高。这进一步印证了“主体嵌入直接编码属性信息”这一理论预测在简化场景下的有效性。

    九、与以往观点的对比和理论的精确位置

    这项研究并非凭空而来,它是在与既有理论框架的对话中确立自身位置的。此前最具影响力的观点,如Bietti等人(2024)和Nichani等人(2025)的工作,将Transformer的知识存储理解为一种“联想记忆”,即注意力或MLP权重相当于存储键值对的外积。这种方式所需的参数量,大致与知识条数(N×R)成正比。

    而本篇论文的核心突破在于,它证明了当模型被赋予学习嵌入向量的自由度时,可以突破这种线性增长的束缚,实现对数量级的压缩。这并非否定了前人的工作,而是指明了在另一种更高效的机制下,模型记忆知识的根本性不同路径。它为我们理解大模型如何以如此经济的参数存储海量知识,提供了一个强有力的、且可验证的新范式。

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    硬件相关
    相关文章 更多
    精品专题 更多
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    macOS软件

    正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

    IOS软件

    正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

    AI

    正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

    Mac软件 更多
    Aperty macOS版
    Aperty macOS版

    Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    立刻MV 网页版
    立刻MV 网页版

    立刻MV 面向音乐人、内容创作者和品牌团队,帮助用户低成本完成歌曲 MV、歌词视频、AI 分镜、图生视频与最终合成。

    蛙蛙写作 网页版
    蛙蛙写作 网页版

    蛙蛙写作 AI 创作工具,覆盖小说、剧本、文案,一键生成文稿,打通文字转视频全流程,高效解决创作难题。

    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    超级简历WonderCV 网页版
    超级简历WonderCV 网页版

    超级简历WonderCV是面向应届生和AI小白的智能求职平台,覆盖简历、面试与职业规划。

    音述AI 网页版
    音述AI 网页版

    音述AI,是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区。

    AionClaw macOS版
    AionClaw macOS版

    AionClaw 是可在桌面端运行的任务型 AI 助手,通过数字专家与技能市场组合办公、创作、数据和开发能力。

    Loomy macOS版
    Loomy macOS版

    Loomy 是科大讯飞推出的桌面 AI 助手,可通过对话、任务与工作目录协助处理办公、内容创作和资料整理。

    AirBuddy 3 macOS版
    AirBuddy 3 macOS版

    AirBuddy 3 是面向 macOS 的蓝牙外设增强工具,可集中查看 AirPods、Beats 与苹果设备电量,提供快速连接、播放控制、电量提醒、桌面小组件和多台 Mac 外设接力等功能。

    AirServer macOS版
    AirServer macOS版

    AirServer macOS版可把 Mac 转换为无线投屏接收端,通过 AirPlay 或 Google Cast 接收手机、平板和电脑画面,并支持多设备同时连接、高清镜像及会话录制,适合家庭娱乐、课堂教学、会议演示和应用展示。

    AnyDesk macOS版
    AnyDesk macOS版

    AnyDesk macOS版是一款适用于远程办公、设备维护和客户支持的远程桌面工具,可连接并操作异地计算机,支持文件传输、无人值守访问、会话权限控制及跨平台协作。

    WINDOWS 更多
    讯飞绘文 网页版
    讯飞绘文 网页版

    讯飞绘文网页版是科大讯飞推出的AI图文创作与内容运营工具,覆盖热点选题、文章生成、稿件校对、智能配图、排版发布和数据复盘等环节,适合自媒体创作者及内容团队在线使用。

    Maya(Autodesk Maya) Windows版
    Maya(Autodesk Maya) Windows版

    Autodesk Maya 是面向影视、电视、动画和游戏行业的专业三维制作软件,集多边形与 NURBS 建模、角色绑定、关键帧和动作捕捉动画、Bifrost 特效模拟、材质开发及 Arnold 渲染于一体,

    Aperty Windows版
    Aperty Windows版

    Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    立刻MV 网页版
    立刻MV 网页版

    立刻MV 面向音乐人、内容创作者和品牌团队,帮助用户低成本完成歌曲 MV、歌词视频、AI 分镜、图生视频与最终合成。

    蛙蛙写作 网页版
    蛙蛙写作 网页版

    蛙蛙写作 AI 创作工具,覆盖小说、剧本、文案,一键生成文稿,打通文字转视频全流程,高效解决创作难题。

    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    超级简历WonderCV 网页版
    超级简历WonderCV 网页版

    超级简历WonderCV是面向应届生和AI小白的智能求职平台,覆盖简历、面试与职业规划。

    音述AI 网页版
    音述AI 网页版

    音述AI,是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区。

    AionClaw Windows版
    AionClaw Windows版

    AionClaw 是可在桌面端运行的任务型 AI 助手,通过数字专家与技能市场组合办公、创作、数据和开发能力。

    Loomy Windows版
    Loomy Windows版

    Loomy 是科大讯飞推出的桌面 AI 助手,可通过对话、任务与工作目录协助处理办公、内容创作和资料整理。

    AirServer Windows版
    AirServer Windows版

    AirServer Windows版可把电脑变成AirPlay、Google Cast和Miracast无线投屏接收端,适合会议演示、课堂教学及家庭大屏分享。发送设备通常无需另装客户端,并可同时接收和智能排列多个镜像会话。