As large language models (LLMs) gain popularity in conducting prediction tasks in-context, understanding the sources of uncertainty in in-context learning becomes essential to ensuring reliability. The recent hypothesis of in-context learning performing predictive Bayesian inference opens the avenue for Bayesian uncertainty estimation, particularly for decomposing uncertainty into epistemic uncertainty due to lack of in-context data and aleatoric uncertainty inherent in the in-context prediction task. However, the decomposition idea remains under-explored due to the intractability of the latent parameter posterior from the underlying Bayesian model. In this work, we introduce a variational uncertainty decomposition framework for in-context learning without explicitly sampling from the latent parameter posterior, by optimising auxiliary queries as probes to obtain an upper bound to the aleatoric uncertainty of an LLM's in-context learning procedure, which also induces a lower bound to the epistemic uncertainty. Through experiments on synthetic and real-world tasks, we show quantitatively and qualitatively that the decomposed uncertainties obtained from our method exhibit desirable properties of epistemic and aleatoric uncertainty.


翻译:随着大语言模型(LLMs)在情境预测任务中的广泛应用,理解情境学习中不确定性的来源对于确保其可靠性至关重要。近期关于情境学习执行预测性贝叶斯推断的假设为贝叶斯不确定性估计开辟了新途径,特别是将不确定性分解为因情境数据不足导致的认知不确定性(epistemic uncertainty)与情境预测任务固有的偶然不确定性(aleatoric uncertainty)。然而,由于底层贝叶斯模型中隐参数后验分布的难解性,该分解思路尚未得到充分探索。本研究提出了一种情境学习的变分不确定性分解框架,无需对隐参数后验进行显式采样,而是通过优化辅助查询作为探针,获得LLM情境学习过程中偶然不确定性的上界,同时推导出认知不确定性的下界。通过在合成任务和真实任务上的实验,我们从定量和定性角度证明,本方法所分解的不确定性展现出认知不确定性与偶然不确定性的理想特性。

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