Что такое Chain-of-Thought Prompting?

💡 Tip
Chain-of-Thought Prompting (CoT) — техника создания запросов к языковой модели, при которой модель не просто выдаёт ответ, а явно показывает ход рассуждений: шаг за шагом, как человек, решающий задачу на бумаге.

Представьте, что вы просите друга решить сложную математическую задачу. Если он просто называет ответ — вы не знаете, верен ли он. Но если друг объясняет каждый шаг вслух, ошибку легко заметить и исправить. Именно так работает CoT для ИИ.

Chain-of-Thought prompting — это техника prompt engineering, которая направляет большие языковые модели на разбиение сложных задач на последовательные шаги рассуждения.

Немного истории

Один из важнейших прорывов в промптинге произошёл в 2022 году с появлением Chain-of-Thought (CoT) prompting. Метод был описан в статье «Chain-of-Thought Prompting Elicits Reasoning in Large Language Models» (Wei et al., NeurIPS 2022) и быстро стал стандартом для задач, требующих логического вывода.

Как это работает?

Техника специально направлена на сложные задачи рассуждения — математические задачи, логические головоломки, многошаговые инструкции. Вместо того чтобы запрашивать только финальный ответ, CoT-подсказки побуждают модель явно обозначить процесс рассуждения шаг за шагом, прежде чем прийти к выводу.

Существует два основных способа применения CoT:

Zero-shot CoT — достаточно добавить в запрос фразу вроде «Давай думать шаг за шагом» (англ. «Let’s think step by step»). Просто добавив такие фразы или предоставив несколько CoT-примеров, способность модели к сложным рассуждениям улучшается кардинально.

Few-shot CoT — в запрос включают несколько примеров с готовыми цепочками рассуждений. Few-shot CoT в целом превосходит zero-shot CoT: добавление демонстраций может повысить точность на 28,2% в некоторых задачах.

Пример в действии

Обычный запрос:

В магазине было 150 ящиков яиц. В понедельник продали 35,
во вторник получили 60. Сколько ящиков осталось?

Ответ модели: 175 (неверно)

CoT-запрос:

В магазине было 150 ящиков яиц. В понедельник продали 35,
во вторник получили 60. Сколько ящиков осталось?
Давай решим шаг за шагом.
  1. Начало: 150 ящиков.
  2. После понедельника: 150 − 35 = 115.
  3. После вторника: 115 + 60 = 175.

Один и тот же ответ? Не всегда — но теперь вы видите логику и можете проверить каждый шаг.

Почему это работает?

«Chain-of-Thought prompting представляет собой фундаментальный сдвиг от поиска паттернов к структурированному рассуждению в ИИ-системах.»

Используя CoT-промптинг, мы не только чаще получаем правильные ответы, но и получаем представление о мыслительном процессе модели, делая его прозрачным и легко верифицируемым.

Важно учитывать, что CoT-промптинг является эмерджентной способностью, зависящей от масштаба модели — он не оказывает положительного влияния на производительность до тех пор, пока не используется с моделью достаточного размера. Иными словами, на маленьких моделях эффект минимален.

Результаты: насколько эффективен CoT?

Исследования демонстрируют следующие улучшения точности при использовании CoT по сравнению со стандартным промптингом (модель PaLM 540B):

ЗадачаСтандартный промптингCoT-промптингПрирост
GSM8K (математика)55%74%+19%
SVAMP (математика)57%81%+24%
Commonsense (CSQA)76%80%+4%
Символьные рассуждения~60%~95%+35%

Например, применение всего восьми CoT-примеров с моделью PaLM 540B позволило достичь результатов на уровне state-of-the-art на бенчмарке математических задач GSM8K, превзойдя даже дообученный GPT-3 с верификатором.

Где применяется CoT на практике?

  • Математика и логика. В задачах, включающих многошаговую арифметику или алгебраические рассуждения, CoT-промптинг помогает модели разбить задачу шаг за шагом.
  • Кодирование. Анализ требований, пошаговое написание алгоритма, отладка — всё это выигрывает от явной цепочки рассуждений.
  • Принятие решений в агентах. Для ИИ-агентов CoT-промптинг обеспечивает прозрачное принятие решений в многошаговых рабочих процессах.
  • Медицина и наука. CoT применяется в медицинской диагностике, научном анализе данных и юридическом рассуждении.
  • Образование. ИИ-тьюторы используют CoT, чтобы объяснять решения учащимся, а не просто называть ответ.

Разновидности CoT

ВариантСутьКогда использовать
Zero-shot CoTФраза «думай шаг за шагом»Быстрые эксперименты
Few-shot CoTПримеры рассуждений в промптеСложные, специфичные задачи
Self-consistencyНесколько цепочек → голосованиеМаксимальная точность
Auto-CoTАвтоматическая генерация примеровМасштабирование без ручной разметки
Multimodal CoTРассуждения по тексту + изображениюМультимодальные задачи

Self-consistency значительно повышает производительность CoT-промптинга на многих популярных бенчмарках арифметических и логических рассуждений: например, на GSM8K она увеличила точность CoT-промптинга на 17,9%.

Ограничения

  • Требует крупных моделей. На небольших LLM эффект слабее или отсутствует.
  • Увеличивает длину ответа — а значит, и стоимость API-запросов.
  • Возможно «зацикленное» мышление. Модель может генерировать избыточные или ошибочные шаги.
  • Не панацея для фактических знаний. Если модель не знает факта — рассуждение не поможет его «придумать» верно.

См. также: Prompt Engineering, Few-Shot Learning, Zero-Shot Learning, Self-Consistency, LLM (Large Language Model)