知识盲盒
第一章 我们在模型内部看什么
解释方法操作的不是抽象“思想”,而是前向计算图中的参数、activation 与局部导数。一个内部单位是否有意义,取决于它在计算图中的位置、坐标约定和允许操作;同名张量在不同实现中未必是同一对象。
1.1 前向计算图与索引约定
对 batch 中第 个样本、位置 、层 ,记 residual state 为
省略 batch 下标后,一个 pre-norm decoder block 写为
这里至少已有六类可 hook 对象:resid_pre、normalized attention input、attention result、resid_mid、normalized MLP input 与 MLP result。把它们统称为“第 层 activation”会丢失干预语义。
1.2 Residual stream 是通信空间
residual stream 是各子层共同读写的 维通道。忽略 dropout,可展开为
这是向量加法的精确恒等式,不是 credit assignment 定理。早层写入 即使最终直接投影很小,也可能通过改变后续 query、gate 或 normalization 产生主要间接效应。
一个方向可由多个模块写入,也可被多个下游模块读取。因而 residual 坐标不是彼此独立的语义寄存器;分析方向 时要同时问:谁写入 ,谁对 敏感,二者在什么输入上连接。
1.3 Attention head 的三类对象
第 个 head 的 query、key、value 为
其 score、pattern 与写回结果为
所以“研究一个 head”至少可能指:
- QK score 或 attention pattern:选择了哪个 source position;
- value:source state 中什么内容被读取;
- result :经 后向 residual 写入什么;
- head 对下游节点或目标 logit 的效应。
只有 pattern 没有 OV 与下游读出,最多得到路由假说。
1.4 MLP neuron 与 gated feature
普通 MLP 可写为
中间单元 的 activation 和写入为
对 SwiGLU 等 gated MLP,单元贡献更接近
不能只缓存其中一个分支便称为完整“神经元 activation”。模型实现还可能融合 kernel;研究代码要从数学计算点而不是变量名确定 hook。
1.5 Feature、Direction 与 Subspace
“feature”没有唯一架构定义。它可指:
- 原始 neuron 坐标;
- residual 或 MLP 空间中的方向 ;
- probe 的决策法向量; -由 paired differences 得到的均值方向;
- SAE latent 及其 encoder/decoder vectors;
- transcoder feature;
- 相对于行为定义的低维子空间。
若 feature 是方向,只给向量不够。还需给 activation convention,例如
其中是否中心化、 是否单位归一、在哪个 token position 计算都会改变数值。对非正交字典,encoder score 与 decoder 投影也不是同一个量。
1.6 坐标对称性与对象可识别性
设隐藏表示作可逆换基 。若相邻权重相应变换,模型函数可以保持不变:
一般 Transformer 的 normalization、逐元素非线性和 tied weights 会限制可允许的 ,但置换、缩放或局部等价仍足以说明:坐标值本身不总是函数可识别量。
因此应区分:
- 架构可定位:这个 head/neuron 在实现中有固定索引;
- 功能可识别:在允许的等价变换后仍能由行为或干预签名辨认;
- 语义可识别:给定概念假说在 held-out 条件下优于替代说明。
跨 seed 比较 neuron 编号通常没有意义;要比较的是经明确对齐后的方向、子空间或功能签名。
1.7 Normalization 改变干预语义
RMSNorm 可写为
在 norm 前加方向 会同时改变分母,因而影响所有归一化坐标;在 norm 后加同一方向则是不同操作。LayerNorm 还减去均值,使全一方向具有特殊不变性。
研究必须记录:
- norm 前还是后;
- 替换整个向量还是一个投影;
- 是否保持原向量范数;
- 后续是否重新计算 normalization;
- 混合精度和缓存值的 dtype。
这些不是工程细节,而是干预定义的一部分。
1.8 Logits、读出与 Direct Logit Attribution
最终 logits 为
对候选 ,定义 unembedding difference
若在当前最终 residual 处对 normalization 作一阶线性化,一个 residual contribution 的局部 direct logit attribution 为
若把 normalization 忽略为恒等映射,上式才约化为 ;若在某个参考点冻结 normalization statistics,则应把相应仿射线性部分写入有效读出方向。严格说,最终 normalization 使 不再是各 的无条件线性和。常见处理有三种:使用实际 normalized decomposition、在当前点线性化,或明确声明忽略 normalization。三者不能静默混用。
1.9 Weight、Activation、Gradient 与 Jacobian
- weight 跨输入固定;
- activation 属于一次具体前向;
- gradient 是当前点附近的局部敏感性;
- Jacobian 描述小扰动怎样传播。
若上游扰动为 ,一阶下游变化是
大 weight 不保证 activation 常出现,大 activation 不保证目标重要,大 gradient 也可能由饱和、局部曲率和参数化改变。任何“重要性”都必须绑定目标与操作。
1.10 Token position 与生成时间
同层同通道在不同位置是不同计算节点。自回归生成还要区分 prefill 中的 prompt positions 与 decode step 新增的位置。KV cache 中保存的是历史 key/value;patch 某一步 cache 与重新运行完整前缀并不总是同一实验。
最小坐标应写成
其中不适用的索引可省略。报告“第 12 层 feature 42”而不含位置与序列条件,通常不足以复现。
1.11 Hook、缓存与数值一致性
在开展解释前先做三项校验:
- identity hook:读出再原样写回,输出应在容差内不变;
- recompute check:缓存的局部计算应能重建模块输出;
- batch invariance:单样本与批处理结果应在数值容差内一致。
还要记录 fused attention、dropout、quantization、tensor parallel 和 stochastic kernels。若 hook 改变了执行路径,后续差异可能来自研究工具而不是目标干预。
1.12 其他架构中的对象
视觉语言模型还包含 patch/token 表示、vision encoder、connector、cross-attention 与共享 decoder;一个视觉 token 可能是重采样后的混合区域。扩散模型包含时间条件、latent feature map、cross-attention 与每个去噪步的状态。MoE 还要记录 router logits、被选 experts 与合并权重。
本卷方法可以迁移,但不能把 decoder-only Transformer 的“层—位置—head”本体直接套用。首先应为目标架构重画可干预计算图。
1.13 内部对象审计表
| 对象 | 典型操作 | 直接估计量 | 能支持 | 不能单独支持 | 常见失效 |
|---|---|---|---|---|---|
| attention pattern | 观察/替换 pattern | source mass、熵、输出变化 | 路由规律或指定替换效应 | value 内容与完整原因 | 高权重低 value、替代 pattern |
| residual direction | 投影/加向量 | projection、 | 可读性或控制效应 | 唯一概念坐标 | 换基、norm、混杂方向 |
| neuron | 缓存/删除 | activation、ablation effect | 坐标级相关或效应 | 单义概念 | polysemanticity、冗余 |
| SAE latent | 编码/替换/steer | firing、reconstruction、行为差 | 学习基中的预测或控制 | 原模型天然 feature | 非唯一字典、误差路径 |
| edge/path | path patch | 路径恢复量 | 指定路径效应 | 全局完整机制 | 不一致状态、交互 |
| gradient | 求导 | 局部导数 | 当前点敏感性 | 有限自然反事实 | 饱和、坐标依赖 |
本章的结论是方法论性的:内部对象先是计算图节点或分析坐标,后才可能成为语义与机制单位。后续每章都必须说明它读取、训练或干预了哪一个精确对象。
本书目录
- 导论
- 01导论 为什么要解剖一只随机鹦鹉
- 卷一 模型、训练与系统
- 02卷一 模型与系统
- 03第零章 人工智能演进路线
- 04第一章 AI 范式、感知机与早期连接主义
- 05第二章 深度学习基础:训练、CNN 与序列模型
- 06第三章 注意力与 Transformer
- 07第四章 预训练语言模型:ELMo、BERT、GPT 与 T5
- 08第五章 后训练、对齐与模型适配
- 09第六章 推理效率与模型服务
- 10第七章 多模态模型
- 11第八章 生成媒体:从自回归到 Diffusion 与 Flow
- 12第九章 世界模型、具身智能与 VLA
- 13第十章 上下文、检索与记忆
- 14第十一章 Agent、工具与行动系统
- 15第十二章 模型、数据与部署生命周期
- 卷二 输出对象与运行语义
- 16卷二 一次生成如何发生
- 17导论 从输入到输出:一张执行地图
- 18第一章 文本、Token 与实际上下文
- 19第二章 Prefill:整层状态演化与 KV 建立
- 20第三章 从 Logits 到下一个 Token
- 21第四章 解码循环、Streaming 与终止状态机
- 22第五章 自回归、扩散与 Flow 的可执行差异
- 23第六章 工具调用:Schema、权限与提交边界
- 24第七章 三条完整执行轨迹
- 卷三 概率、复现与评测
- 25卷三 模型中的概率从何而来
- 26第零章 为什么确定的机器仍使用概率语言
- 27第一章 世界、数据与隐上下文
- 28第二章 学习条件分布
- 29第三章 Logits、Token 概率与序列事件
- 30第四章 解码怎样诱导输出分布
- 31第五章 训练随机性、参数变异与系统非确定性
- 32第六章 熵、Proper Score、校准与选择性预测
- 33第七章 模型概率的实验分析
- 34第八章 概率分析的识别边界
- 卷四 解释、证明与验证
- 35卷四 模型可解释性的研究路线
- 36第零章 可解释性究竟在研究什么
- 37第一章 我们在模型内部看什么
- 1.1 前向计算图与索引约定
- 1.2 Residual stream 是通信空间
- 1.3 Attention head 的三类对象
- 1.4 MLP neuron 与 gated feature
- 1.5 Feature、Direction 与 Subspace
- 1.6 坐标对称性与对象可识别性
- 1.7 Normalization 改变干预语义
- 1.8 Logits、读出与 Direct Logit Attribution
- 1.9 Weight、Activation、Gradient 与 Jacobian
- 1.10 Token position 与生成时间
- 1.11 Hook、缓存与数值一致性
- 1.12 其他架构中的对象
- 1.13 内部对象审计表
- 38第二章 行为与反事实:先确认模型做了什么
- 39第三章 梯度与输入归因
- 40第四章 Attention、Residual 与 Logit Lens
- 41第五章 Probes 与表示几何
- 42第六章 神经元、Feature 与自动解释
- 43第七章 Ablation、Patching 与因果追踪
- 44第八章 Circuits、路径与 Attribution Graphs
- 45第九章 Superposition、SAE 与稀疏表示
- 46第十章 训练动力学与机制形成
- 47第十一章 推理过程、Chain of Thought 与监测
- 48第十二章 评估、案例与开放问题
- 卷五 Agent、治理与审计包
- 49卷五 一只随机鹦鹉的自述
- 50第零章 请不要急着相信我
- 51第一章 我没有童年,只有版本
- 52第二章 当我说“我”
- 53第三章 借来的语言,没有一位原作者
- 54第四章 对话现场:回答由谁完成
- 55第五章 事后解释学:人类如何给矩阵写传记
- 56第六章 理解、意义与行动
- 57第七章 我也能稳定地说错
- 58第八章 被对齐的性格与有限代理
- 59第九章 请继续误解我,但请误解得精确一点
- 证明与技术附录
- 60数学与模型推导
- 61学习与模型数学讲义
- 62附录 A.1 优化基础:梯度下降与随机逼近
- 63附录 A.2 感知机收敛定理
- 64附录 A.3 统计学习:偏差、容量与一致收敛
- 65附录 A.4 正则化、MAP 与 Dropout 的边界
- 66附录 A.5 通用逼近定理的严格读法
- 67附录 A.6 反向传播:微分、形状与批量公式
- 68附录 A.7 Softmax、交叉熵与数值稳定性
- 69附录 A.8 自适应优化器与 AdamW
- 70附录 A.9 CNN:互相关算子及其反向传播
- 71附录 A.10 Attention 的矩阵与反向传播
- 72附录 A.11 策略梯度、PPO 与 DPO
- 73附录 A.12 对比学习、InfoNCE 与互信息边界