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基于因果归因的剪枝可保持大语言模型的推理性能

文章摘要

研究者提出因果归因剪枝(CAP),一种无需训练的方法:通过在小型推理校准集上前向屏蔽注意力头、测量性能下降来估算每个头的因果贡献,并据此对权重进行细粒度剪枝。在 Llama-3-8B-Instruct 与 Mistral-7B-Instruct 上、GSM8K、StrategyQA 与 ARC-Challenge 三个基准的实验中,10%–20% 中等稀疏度下 CAP 多数配置优于 Wanda,ARC-Challenge 上相对准确率提升最高达 61%;但 50% 高稀疏度时受限于粗粒度的 MLP 归因。

来源arXiv Computational Linguistics作者: Amogh Sheth, Biruk Assefa, Yi Wen Huang, Andrew Lin, Yuhao Ge
基于因果归因的剪枝可保持大语言模型的推理性能
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大语言模型在多步推理任务上表现突出,但推理阶段的成本也随规模迅速上升。网络剪枝是降低这一成本的常见思路,然而多数剪枝准则依赖权重幅值或激活统计,这类指标只是与最终性能相关,并不能直接说明某个组件对推理能力究竟有多重要。来自 Amogh Sheth、Yuhao Ge 等五位作者的论文《Pruning via Causal Attribution Preserves Reasoning Performance in Large Language Models》提出因果归因剪枝(Causal Attribution Pruning,CAP),试图把剪枝依据从相关性转向因果性。该工作已被 ICLR 2026 的 LLM Reasoning 研讨会接收,共 13 页、含 2 幅图,于 2026 年 4 月 27 日提交至 arXiv,编号 2606.19350,属于计算与语言(cs.CL)方向。

CAP 是一种免训练方法,核心思想是逐个评估注意力头的功能贡献。具体做法是:准备一小批推理问题作为校准集,在模型前向传播时依次屏蔽某个注意力头,观察任务性能下降多少,并把这一期望退化量作为该头的因果分数。由于测量方式是干预式的——主动移除某个头再看结果变化——它反映的是头与推理表现之间的因果联系,而不是单纯的数值大小或激活强度。随后,这些头级分数被映射为对应投影矩阵中的权重级重要性值,从而把粗粒度的结构判断转化为细粒度的权重剪枝决策。

实验覆盖 Llama-3-8B-Instruct 与 Mistral-7B-Instruct 两个指令微调模型,以及 GSM8K、StrategyQA、ARC-Challenge 三个推理相关基准,并设置 10%、20%、50% 三档稀疏度。在中等稀疏度(10%–20%)区间,CAP 在大多数模型与基准的组合上优于此前常用的 Wanda 方法。最显著的结果出现在 20% 稀疏度的 ARC-Challenge 上:CAP 相对 Wanda 的准确率提升最高达 61%,这一差距说明剪枝准则的选择会直接影响模型保留多少推理能力。

作者也指出了方法的局限。当稀疏度提高到 50% 时,CAP 的优势明显减弱,原因在于该方法目前只对注意力头做细粒度因果归因,而对 MLP 部分仍采用较粗粒度的处理,这一瓶颈制约了更高压缩率下的表现。总体而言,论文的结论是:在同等稀疏度下,基于注意力头级因果归因的剪枝准则,比基于相关性的准则更能保留下游基准上的推理性能;若要把优势扩展到极端稀疏场景,则需要进一步细化 MLP 部分的归因方式。

展开要点与分析

文章情报

工程师进阶

要点

  • CAP 无需训练,通过屏蔽单个注意力头测量性能下降,得到头的因果重要性分数
  • 因果分数被转换为对应投影矩阵的权重级重要性,用于细粒度剪枝
  • 20% 稀疏度下 ARC-Challenge 上相对 Wanda 准确率最高提升 61%,且在多数模型-基准组合中领先
  • 50% 高稀疏度时效果受限于粗粒度的 MLP 归因

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