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[[涌现]]这个概念在物理学、生物学和计算机科学等领域已经得到长期讨论。诺贝尔物理奖获得者Philip Anderson在一篇名为 “多者异也 (More is Different)”<ref>P. W. Anderson,More Is Different.''Science,'' 177(4047): 393-396, 1972. DOI:10.1126/science.177.4047.393</ref><ref name=":5">Jacob Steinhardt. Future ml systems will be qualitatively different, 2022. URL <nowiki>https://bounded-regret</nowiki>. ghost.io/future-ml-systems-will-be-qualitatively-different/. Accessed May 20, 2022.</ref>的文章中提出：涌现是指系统中定量的变化所导致的行为上定性的变化。 Jason Wei等人<ref name=":0" />沿用了Anderson对于涌现定性的定义，首次在大语言模型领域提出判断模型能力是否发生涌现的定性标准：某种能力在小规模模型中不存在，但当模型增长到一定规模时（定量的变化），这项能力才突然出现（定性的变化）。也就是说，涌现是一种整体行为上的剧烈变化，不能通过研究小规模模型进行直接预测<ref>Bernardo A. Huberman and Tad Hogg. Phase transitions in artificial intelligence systems. Artificial Intelligence, 33(2):155–171, 1987. URL <nowiki>https://www.sciencedirect.com/science/article/</nowiki> abs/pii/0004370287900336.</ref>。
[[涌现]]这个概念在物理学、生物学和计算机科学等领域已经得到长期讨论。诺贝尔物理奖获得者Philip Anderson在一篇名为 “多者异也 (More is Different)”<ref>P. W. Anderson,More Is Different.''Science,'' 177(4047): 393-396, 1972. DOI:10.1126/science.177.4047.393</ref><ref name=":5">Jacob Steinhardt. Future ml systems will be qualitatively different, 2022. URL <nowiki>https://bounded-regret</nowiki>. ghost.io/future-ml-systems-will-be-qualitatively-different/. Accessed May 20, 2022.</ref>的文章中提出：涌现是指系统中定量的变化所导致的行为上定性的变化。 Jason Wei等人<ref name=":0" />沿用了Anderson对于涌现定性的定义，首次在大语言模型领域提出判断模型能力是否发生涌现的定性标准：某种能力在小规模模型中不存在，但当模型增长到一定规模时（定量的变化），这项能力才突然出现（定性的变化）。也就是说，涌现是一种整体行为上的剧烈变化，不能通过研究小规模模型进行直接预测<ref>Bernardo A. Huberman and Tad Hogg. Phase transitions in artificial intelligence systems. Artificial Intelligence, 33(2):155–171, 1987. URL <nowiki>https://www.sciencedirect.com/science/article/</nowiki> abs/pii/0004370287900336.</ref>。
这些能力包括数学推理（如多步计算与逻辑判断）、链式思维（Chain-of-Thought，CoT）推理、编程与代码生成、跨任务泛化能力（如零样本任务迁移）、事实知识记忆、多语言翻译与理解等，这些能力往往在较小模型上完全缺失或表现极差。研究表明，这些涌现并非线性延伸，而是与模型规模、训练数据量、指令微调策略等因素交互产生的非平滑性能跃迁。
这些能力包括数学推理（如多步计算与逻辑判断）、链式思维（Chain-of-Thought，CoT）推理、编程与代码生成、跨任务泛化能力（如零样本任务迁移）、事实知识记忆、多语言翻译与理解等。所有这些能力往往在较小模型上完全缺失或表现极差。研究表明，这些涌现并非线性延伸，而是与模型规模、训练数据量、指令微调策略等因素交互产生的非平滑性能跃迁。
足够复杂的大语言模型除了具有涌现现象，还会出现神经标度律（Neural Scaling Laws）、顿悟（Grokking）、双下降（Double Descent）等现象。神经标度律是大模型训练中最常见的现象，即随着模型的规模增加（包括数据规模、训练迭代次数等），模型能力表现以一个幂律的形式增长 <ref>Jared Kaplan, Sam McCandlish, Tom Henighan, et al. Scaling Laws for Neural Language Models. arXiv:2001.08361, 2020</ref>。顿悟是指对于同一个大模型，随着训练的进行，训练损失会很快收敛，但测试损失需要训练足够长的时间后才会突然收敛到和训练损失一致的水平 <ref>Ziming Liu, Ouail Kitouni, Niklas Nolte, et al. Towards Understanding Grokking: An Effective Theory of Representation Learning. arXiv:2205.10343, 2022</ref>。双下降是指模型的表现随着模型规模变大（或随着训练的进行）不是一个单调变化的关系，而是会在某些时候，模型的损失反而会随着模型规模的增加而上升，达到一个峰值再继续下降 <ref>Preetum Nakkiran, Gal Kaplun, Yamini Bansal, et al. Deep Double Descent: Where Bigger Models and More Data Hurt. arXiv:1912.02292, 2019</ref>。这些现象和涌现现象不同，但背后的底层机制很可能是相通的。许多学者试图为这些现象（包括涌现）提供一个统一的理论框架来解释<ref name=":uni-view">Huang, Y., Hu, S., Han, X., Liu, Z., & Sun, M. (2024). Unified View of Grokking, Double Descent and Emergent Abilities: A Perspective from Circuits Competition (arXiv:2402.15175). arXiv. <nowiki>https://doi.org/10.48550/arXiv.2402.15175</nowiki> </ref>。
足够复杂的大语言模型除了具有涌现现象，还会出现神经标度律（Neural Scaling Laws）、顿悟（Grokking）、双下降（Double Descent）等现象。神经标度律是大模型训练中最常见的现象，即随着模型的规模增加（包括数据规模、训练迭代次数等），模型能力表现以一个幂律的形式增长 <ref>Jared Kaplan, Sam McCandlish, Tom Henighan, et al. Scaling Laws for Neural Language Models. arXiv:2001.08361, 2020</ref>。顿悟是指对于同一个大模型，随着训练的进行，训练损失会很快收敛，但测试损失需要训练足够长的时间后才会突然收敛到和训练损失一致的水平 <ref>Ziming Liu, Ouail Kitouni, Niklas Nolte, et al. Towards Understanding Grokking: An Effective Theory of Representation Learning. arXiv:2205.10343, 2022</ref>。双下降是指模型的表现随着模型规模变大（或随着训练的进行）不是一个单调变化的关系，而是会在某些时候，模型的损失反而会随着模型规模的增加而上升，达到一个峰值再继续下降 <ref>Preetum Nakkiran, Gal Kaplun, Yamini Bansal, et al. Deep Double Descent: Where Bigger Models and More Data Hurt. arXiv:1912.02292, 2019</ref>。这些现象和涌现现象不同，但背后的底层机制很可能是相通的。许多学者试图为这些现象（包括涌现）提供一个统一的理论框架来解释<ref name=":uni-view">Huang, Y., Hu, S., Han, X., Liu, Z., & Sun, M. (2024). Unified View of Grokking, Double Descent and Emergent Abilities: A Perspective from Circuits Competition (arXiv:2402.15175). arXiv. <nowiki>https://doi.org/10.48550/arXiv.2402.15175</nowiki> </ref>。