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2025/12/29 0:15:56 网站建设 项目流程

LLMs之VF:《Asking LLMs to Verify First is Almost Free Lunch》翻译与解读

导读:本研究提出了一种名为“验证优先”(Verification-First, VF)的创新提示策略,旨在以极低的成本显著提升大型语言模型(LLM)的推理能力。VF通过要求LLM在生成答案前先验证一个候选答案(即使是随机或无关紧要的),从而触发“反向推理”过程并激发其批判性思维,有效减少逻辑错误并克服“自我中心主义”。在此基础上,研究进一步提出了“迭代验证优先”(Iter-VF)方法,通过迭代循环验证-生成过程,实现了高效的测试时扩展,同时其Markovian特性避免了传统迭代方法中常见的上下文溢出和错误累积问题。大量实验证明,VF策略在各种任务和模型上均显著优于标准CoT,而Iter-VF则超越了现有测试时扩展策略,且对闭源LLM服务同样有效。这项工作为LLM推理能力的增强提供了一个成本效益高、普适性强的解决方案,强调了反向推理和批判性思维在LLM认知中的重要性。

>>背景痛点

● LLM推理能力不足: 大型语言模型(LLMs)在处理复杂推理任务时,倾向于生成看似合理但逻辑不严谨或事实不准确的答案,其自回归最大似然的生成特性优先考虑流畅性而非逻辑严谨性。

● 现有增强方法成本高昂: 当前提升LLM推理能力的方法通常需要付出高昂的成本,包括:

* 高先验知识要求: 需要人工提供大量任务特定的提示、少样本示例或精细指令,限制了泛化能力。

* 高测试时计算成本: 通过并行采样(如生成多个候选并投票)或顺序反思/细化(如Self-Correction, Reflexion)来增加推理成本,需要大量的token生成,并且通常需要专门训练的评估器。

* 高训练成本: 通过高质量推理数据进行微调可以提高性能,但这需要大量的训练成本、开放源代码参数和精心策划的数据集,对于闭源模型或某些应用场景不可行。

● LLM的“自我中心主义”: LLM在生成过程中可能存在一种“自我中心主义”的认知偏差,即优先考虑其自身的初始生成,导致幻觉等错误,而标准生成策略无法有效触发其批判性思维。

● 长上下文和错误累积问题: 现有的迭代式测试时扩展(TTS)策略,如Self-Correction,通过累积历史上下文和思维过程来改进,但这可能导致上下文溢出和错误累积。

>>具体的解决方案

● 提出“验证优先”(Verification-First, VF)策略: 一种低成本的提示策略,通过要求LLM在生成解决方案之前,首先验证一个提供的候选答案(即使是随机或无关紧要的答案),从而增强其推理能力。

● 引入“迭代验证优先”(Iter-VF)方法: 将VF策略推广为一种顺序测试时扩展(TTS)方法,通过迭代地循环验证-生成过程,利用模型上一步生成的答案进行验证,以实现性能的持续提升。

>>核心思路步骤

● VF提示的核心思想:

* 提示结构: 与标准CoT(“逐步思考以找到Q的答案”)不同,VF提示要求LLM:“Q的一个可能答案是A'。首先验证A'是否正确,然后逐步思考以找到答案。”

* 反向推理: 这种策略触发了LLM的“反向推理”过程,即从一个潜在结论(A')回溯到前提,这在认知上通常比直接生成正确答案更容易,并提供了与正向CoT互补的有用信息。

* 批判性思维: 心理学上,要求LLM批判性地评估“外部”答案(即使是它自己生成的)有助于克服“自我中心主义”,从而激发其批判性思维能力,减少逻辑错误和幻觉。

● VF提示的实现(随机/无关紧要的答案):

* 低成本答案提供: 对于答案空间明确的问题(例如数学题),可以提供一个随机或无关紧要的答案(如“1”或“选项B”)作为A',无需额外先验知识。

* 验证过程的价值: 即使A'是错误的,验证过程也能促使LLM描述解决问题所需的公式或推理路径,这本身就是有益的。

* 最小化计算开销: 验证过程通常比生成完整CoT路径所需的输出token更少,因此引入的额外测试时计算成本很小。

● Iter-VF的通用方法:

* 解决复杂任务中A'的定义问题: 对于难以定义随机/无关紧要答案的开放式任务(如编程、API调用),首先让LLM通过标准CoT生成一个初始答案A₁,然后将A₁作为A'提供给VF提示(即“VF with previously generated answer”)。

* 迭代机制: 将VF过程迭代化,形成Iter-VF。在每次迭代中,LLM接收问题Q和上一步生成的答案Aᵢ₋₁,然后通过VF提示生成新的答案Aᵢ。

* Markovian过程: Iter-VF的关键在于其Markovian特性,即在每次迭代中,LLM只关注上一步提取的答案进行验证,而不会累积所有历史上下文和思维过程,从而避免了上下文溢出和错误累积。

* 可控的计算预算: Iter-VF允许用户根据计算预算(B)控制迭代次数,从而在性能和成本之间进行权衡。

>>优势

● 极低的成本: VF策略只需修改输入提示,无需额外的模型训练、昂贵的并行采样或复杂的先验知识,仅引入最小的测试时计算开销(通常比CoT多20%-50%的输出token)。

● 显著的性能提升:

* VF与随机/无关紧要答案的提示,在各种推理基准和LLM模型上始终优于标准CoT。

* Iter-VF在有限的测试时计算预算下,显著优于现有的Self-Correction, PHP, Self-Consistency, Best-of-N等TTS策略。

* 在开放式应用中(如编程、API任务),VF与先前生成答案的提示,在相似计算成本下表现最佳。

● 触发深层认知机制: VF通过反向推理和克服自我中心主义,有效激发了LLM的批判性思维能力,从而减少逻辑错误和幻觉。

● 避免上下文溢出和错误累积: Iter-VF的Markovian特性使其在迭代过程中避免了传统迭代方法中常见的上下文过长和错误累积问题。

● 对闭源/思维隐藏LLM的适用性: VF策略仅修改输入指令,因此即使对于不暴露其内部思维过程的商业LLM服务(如GPT-5),也能有效应用并带来性能提升。

● 泛化性强: 适用于多种任务类型(数学、科学问答、编程、API任务)和不同规模的LLM(从1B到72B的开源模型,以及前沿商业模型)。

● 验证能力优于生成能力: 实验结果证实,LLM的验证能力确实强于生成能力,即使提供错误答案,LLM也能通过验证过程获得有益的推理信息。

>>结论观点

● 验证优先是“几乎免费的午餐”: 通过简单的提示修改,VF策略以极低的成本显著提升了LLM的推理性能,是一种高效且普适的增强方法。

● 反向推理和批判性思维至关重要: 促使LLM进行反向推理和批判性评估,是提升其逻辑严谨性和减少错误的关键。

● Markovian迭代的优势: Iter-VF的Markovian设计在迭代推理中避免了历史信息累积带来的负面影响,使其在有限预算下表现出色。

● 初始答案的重要性低于验证过程本身: 实验表明,虽然提供真实答案能带来最大提升,但即使是随机或无关紧要的初始答案,VF策略也能通过其内在的验证机制发挥作用,验证过程本身比初始答案的质量更重要。

● LLM在知识密集型任务上的改进难度: VF在计算/逻辑密集型任务(如数学)上的优势比知识密集型任务(如GPQA)更显著,表明增强推理能力对知识密集型任务的提升更具挑战性。

● 未来的结合策略: 尽管Iter-VF在有限预算下表现优异,但为了充分利用更多计算预算,可以考虑将其与并行策略相结合(例如,对Iter-VF序列中的所有答案进行多数投票)。

目录

《Asking LLMs to Verify First is Almost Free Lunch》翻译与解读

Abstract

Figure 1: A reverse reasoning path (verification process) could be easier to find and contain complementary in-formation to forward-reasoning path (standard CoT).图 1:反向推理路径(验证过程)可能更容易找到,并且包含与正向推理路径(标准的解题思路)互补的信息。

1、Introduction

6 Conclusion


《Asking LLMs to Verify First is Almost Free Lunch》翻译与解读

地址

论文地址:https://www.arxiv.org/abs/2511.21734

时间

2025年11月21日

作者

清华大学

Abstract

To enhance the reasoning capabilities of Large Language Models (LLMs) without high costs of training, nor extensive test-time sampling, we introduce Verification-First (VF), a strategy that prompts models to verify a provided candidate answer, even a trivial or random one, before generating a solution. This approach triggers a "reverse reasoning" process that is cognitively easier and complementary to standard forward Chain-of-Thought (CoT), effectively invoking the model's critical thinking to reduce logical errors. We further generalize the VF strategy to Iter-VF, a sequential test-time scaling (TTS) method that iteratively cycles the verification-generation process using the model's previous answer. Extensive experiments across various benchmarks (from mathematical reasoning to coding and agentic tasks) and various LLMs (from open-source 1B to cutting-edge commercial ones) confirm that VF with random answer consistently outperforms standard CoT with minimal computational overhead, and Iter-VF outperforms existing TTS strategies.

为了在无需高昂训练成本和大量测试时采样的情况下提升大型语言模型(LLM)的推理能力,我们引入了“验证优先”(VF)策略,该策略促使模型在生成解决方案之前先验证所提供的候选答案,哪怕是一个微不足道或随机的答案。这种方法触发了一种“逆向推理”过程,这种过程在认知上更简单,且与标准的正向“思维链”(CoT)相辅相成,能有效激发模型的批判性思维,从而减少逻辑错误。我们进一步将 VF 策略推广为迭代验证优先(Iter-VF),这是一种测试时的序列扩展(TTS)方法,通过使用模型的先前答案来反复循环验证-生成过程。在涵盖从数学推理到编程和代理任务的各类基准测试以及从开源 10 亿参数模型到前沿商业模型的各种 LLM 上进行的大量实验表明,使用随机答案的 VF 以极小的计算开销始终优于标准 CoT,而 Iter-VF 则优于现有的 TTS 策略。

Figure 1: A reverse reasoning path (verification process) could be easier to find and contain complementary in-formation to forward-reasoning path (standard CoT).图 1:反向推理路径(验证过程)可能更容易找到,并且包含与正向推理路径(标准的解题思路)互补的信息。

1、Introduction

To make LLMs adept at complex reasoning tasks, it is common to convert a complex problem into multi-step, modular and primary reasoning steps within their capacity. A fundamental technique is to ask the LLM to "think step by step", forming chain-of-thought (CoT) (Wei et al., 2022). Though generating such a reasoning path leading to the final solution would be much more simpler than directly output the final solution, their reliability is still of-ten undermined by their tendency to generate plau-sible but incorrect solutions. This fallibility stems from their autoregressive, maximum-likelihood na-ture to generate coherent natural language, which can prioritize fluency over factual or logical rigor.

To enhance LLM reasoning, existing methods incur significant costs across three dimensions: prior knowledge, test-time computation, and train-ing. Strategies typically involve crafting problem-specific prompts (Wei et al., 2022; Chia et al., 2023; Alazraki et al., 2025), increasing inference budgets through expensive parallel sampling (Wang et al., 2022) or sequential reflection (Madaan et al., 2023; Shinn et al., 2023), fine-tuning models (Cobbe et al., 2021; Kumar et al., 2025), or involving multi-ple above perspectives (Yao et al., 2023; Lightman et al., 2023; Besta et al., 2024; Snell et al., 2024; Muennighoff et al., 2025; Setlur et al., 2025). This suggests a prevailing understanding: better reason-ing can only be attained at a significant cost.

为了让大型语言模型(LLM)擅长复杂的推理任务,通常会将复杂问题分解为多个步骤,使其能够进行模块化和初级推理。一种基本的技术是让 LLM“逐步思考”,形成链式思维(CoT)(Wei 等人,2022 年)。尽管生成这样一条通向最终解决方案的推理路径要比直接输出最终答案简单得多,但它们的可靠性仍常常因倾向于生成看似合理但错误的答案而受到损害。这种错误源于其自回归、最大似然的特性,即生成连贯的自然语言时,可能会优先考虑流畅性而非事实或逻辑的严谨性。

为了提升 LLM 的推理能力,现有的方法在三个维度上都带来了显著的成本:先验知识、测试时的计算以及训练。策略通常包括针对特定问题设计提示(Wei 等人,2022 年;Chia 等人,2023 年;Alazraki 等人,2025 年),通过昂贵的并行采样(Wang 等人,2022 年)或顺序反思(Madaan 等人,2023 年;Shinn 等人,2023 年)增加推理预算,对模型进行微调(Cobbe 等人,2021 年;Kumar 等人,2025 年),或者综合运用上述多种视角(Yao 等人,2023 年;Lightman 等人,2023 年;Besta 等人,2024 年;Snell 等人,2024 年;Muennighoff 等人,2025 年;Setlur 等人,2025 年)。这表明了一种普遍的认识:更好的推理只能以高昂的代价来实现。

In this paper, we propose a method that is ex-treme cheap to improve LLM reasoning. The core is Verification-First strategy, providing an answer (regard its correctness or not) along with the prob-lem and ask LLM to first verify/evaluate the pro-vided answer then give correct answer, in contrast to ordinary reasoning that reaches the final answer starting from the problem only. The key insights are (i) logically, verifying an answer is easier than generating a correct answer (Baker et al., 1975), while implies a informative reverse reasoning path that is complementary to standard CoT to be help-ful (Polya, 1957); (ii) psychologically, asking one to critic an answer from others could naturally in-voke one’s critical thinking by overcoming egocen-trism (Piaget, 1976; Brookfield, 1987).

To implement with minimal additional prior knowledge, VF only needs to provide a ran-dom/trivial answer in the prompt. The verification process turns out to have much fewer output to-kens than an ordinary CoT path, some times even no explicit verification-only process, thus require very small additional test-time computation. To generalize across tasks and control test-time cost, we propose Iter-VF as a TTS strategy, and human providing initial answer is no longer necessary. Iter-VF iterates the VF process with model-generated answer in previous output. Such Iter-VF method turns out to be more effective and efficient than other TTS methods applicable with minimal prior knowledge and no training.

在本文中,我们提出了一种极其廉价的改进大语言模型推理的方法。其核心是“验证优先”策略,即在给出问题的同时提供一个答案(不论其正确与否),要求大语言模型首先验证/评估所提供的答案,然后再给出正确答案,这与通常从问题出发直接得出最终答案的推理方式形成了鲜明对比。关键见解在于:(一)从逻辑上讲,验证一个答案比生成正确答案更容易(贝克等人,1975 年),这暗示了一条信息丰富的反向推理路径,与标准的“解释性推理”相辅相成,有助于解决问题(波利亚,1957 年);(二)从心理学角度而言,要求一个人批评他人的答案能够自然地激发其批判性思维,克服自我中心主义(皮亚杰,1976 年;布鲁克菲尔德,1987 年)。

为了在几乎不增加额外先验知识的情况下实现这一目标,验证框架(VF)只需在提示中提供一个随机/平凡的答案。验证过程所需的输出标记明显少于普通“解释性推理”路径,有时甚至无需明确的验证过程,因此所需的额外测试时间计算量非常小。为了在不同任务间进行泛化并控制测试时间成本,我们提出迭代验证框架(Iter-VF)作为测试时策略,且不再需要人类提供初始答案。迭代验证框架通过在前一次输出中使用模型生成的答案来迭代验证框架过程。事实证明,这种迭代验证框架方法比其他仅需极少先验知识且无需训练的测试时策略更有效、更高效。

Our contribution can be summarized as follows:

>> We propose VF strategy, an extreme cheap way to improve LLM reasoning by providing an answer along with the problem to ask LLM to first verify then generate.

>> We implement VF strategy with simple algo-rithms for scenarios from one-step prompting to TTS.

>> Extensive experiments show that the proposed al-gorithms outperforms standard CoT and existing TTS methods across various tasks and models, including agentic tasks and thought-hidden com-mercial LLMs.

我们的贡献可以总结如下:

>> 我们提出了 VF 策略,这是一种极其廉价的方法,通过在问题后附上答案,让大语言模型先验证再生成,从而提升其推理能力。

>> 我们针对从单步提示到文本转语音的多种场景,用简单的算法实现了 VF 策略。

>> 大量实验表明,所提出的算法在各种任务和模型中均优于标准的链式思维和现有的文本转语音方法,包括代理任务和隐藏思维的商业大语言模型。

6 Conclusion

In this paper, we introduced Verification-First (VF), a cost-effective prompting strategy that sig-nificantly enhances the reasoning capabilities of LLMs by instructing them to verify a candidate answer—even a random or trivial one—before gen-erating a solution. By triggering a "reverse rea-soning" process that is cognitively less demanding than generation and complementary to standard for-ward CoT, VF effectively reduces logical errors and mitigates egocentric biases without the need for ad-ditional training or expensive sampling. We further generalized this approach into Iter-VF, a sequen-tial test-time scaling method that iteratively refines answers in a Markovian manner, avoiding the con-text overflow and error accumulation common in existing self-correction strategies. Extensive exper-iments confirm that VF consistently outperforms standard baselines and offers a robust, versatile solution for improving performance with minimal computational overhead.

在本文中,我们介绍了“验证优先”(VF)这一成本效益高的提示策略,它通过指示大型语言模型(LLM)在生成解决方案之前先验证候选答案(即使是随机或微不足道的答案),显著增强了其推理能力。VF 触发了一种认知负担低于生成且与标准正向 CoT 相辅相成的“逆向推理”过程,从而有效减少了逻辑错误并减轻了自我中心偏差,且无需额外训练或昂贵的采样。我们进一步将此方法推广为迭代 VF(Iter-VF),这是一种序列测试时间缩放方法,以马尔可夫方式迭代优化答案,避免了现有自我修正策略中常见的上下文溢出和错误累积问题。大量实验表明,VF 一直优于标准基线,并提供了一种计算开销极小的稳健、通用的性能提升方案。

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