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统计检验——为什么看一眼输出不算数

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模型 A 在 100 道题上答对了 72 道(72%),模型 B 答对了 68 道(68%)。A 比 B 好吗?

不一定。

偶然性

这 100 道题只是所有可能问题的一个样本。如果换一组 100 道题,A 可能答对 70 道,B 可能答对 71 道——结论就反了。

4 个百分点的差距可能是真实的能力差异,也可能只是采样运气——恰好这 100 道题对 A 更友好。

这跟抛硬币是一回事。一枚公平的硬币抛 100 次,正面出现 52 次——你不能据此说这枚硬币偏向正面。52/100 和 50/100 的差距完全在正常的波动范围内。

标准误差

统计学用标准误差来衡量分数的不确定性。粗略地说,如果正确率是 p%,题目数量是 n,标准误差大约是:

SE ≈ √(p × (1−p) / n)

用数字算一遍:

模型 A:p = 0.72,n = 100
SE = √(0.72 × 0.28 / 100)
   = √(0.2016 / 100)
   = √0.002016
   ≈ 0.045
   = 4.5%

这意味着 72% 的真实含义是「大约 67%-77%」——有一个 ±4.5% 的不确定范围。

模型 B 的 68% 也有类似的不确定范围:大约 63%-73%。

两个模型的不确定范围大幅重叠:

模型 A 的范围:|===========[  67%  ===== 72% ===== 77%  ]=========|
模型 B 的范围:|==[  63%  ===== 68% ===== 73%  ]===================|
                              ↑ 重叠区间 ↑

4% 的差距完全落在两个模型的不确定范围之内——这个差距完全可能是统计噪声。

怎么减小不确定性

方法一:增加题目数量。

100 道题:SE ≈ 4.5%    → 4% 的差距不可信
400 道题:SE ≈ 2.2%    → 4% 的差距开始有意义
1000 道题:SE ≈ 1.4%   → 4% 的差距相当可靠

SE 和 √n 成反比——题目数量翻四倍,标准误差减半。

方法二:重复评测。

语言模型有随机性——同一道题每次的回答可能不同(因为采样过程中有随机选择)。一次评测只是一个样本。

对同一组题目让模型回答多次,取平均分数。多次评测的平均值比单次评测更稳定。如果每题采样 16 次取平均,相当于把每题的「有效样本量」放大了——随机波动被平均掉了。

Sophia 的做法

Sophia 的评测在 SophiaBenchmark 的 134 道题上,对每道题采样 16 次取平均,标准误差约 ±1.1 个百分点。

为什么是 ±1.1?因为 134 道题 × 16 次采样,等效的统计精度远高于只评测一次。在这个精度下,2-3 个百分点的差距就能被可靠地检测到。

但光知道「A 比 B 高 3 个百分点,标准误差是 1.1%」还不够——你需要一种严格的方法来判断「这个差距是不是真的」。下一章节来看一种具体的统计检验方法——配对 t 检验。

下一章节来看一种具体的统计检验方法——配对 t 检验——怎么严格地比较两个模型。