全新CoD颠覆推理范式，准确率接近但token消耗成倍降低

机器之心报道

编辑：凯文、杜伟

随着推理模型 Deepseek R1 的爆火，Zoom 研究团队将认知科学中的思维链注入进 AI 推理领域，开创性地提出 Chain of Draft（CoD）技术框架，重塑大语言模型推理范式。

如今，OpenAI o1 和 DeepSeek R1 等推理模型的发展，显著提升了思维链 (CoT) 之类的技术在大语言模型 (LLM) 推理任务上的表现。这种范式鼓励模型将问题分解为逐步探索，模仿人类的结构化推理过程。虽然这种方法有效，但它在推理时需要更多的计算资源，导致输出冗长且延迟更高。

这种冗长与人类通常解决问题的方式形成了鲜明的对比：我们依靠简洁的草稿或速记笔记来捕捉基本见解，而无需不必要的繁琐。

受这种差异的启发，来自美国 Zoom 视频通讯公司的研究团队提出了Chain of Draft（CoD），这是一种新颖的提示策略，通过优先考虑效率和极简主义，更接近人类推理。

具体来讲，CoD 鼓励 LLM 在每个步骤生成简洁、信息密集的输出，而不是过度强调中间步骤。这种方法在不牺牲准确性的情况下减少了延迟和计算成本，使 LLM 更适合效率至上的实际应用。

• 论文标题：Chain of Draft: Thinking Faster by Writing Less
• 论文地址：https://arxiv.org/pdf/2502.18600

针对大语言模型传统推理范式中的效率瓶颈，该研究捕捉到了人类思维中「关键信息快照」的本质特征，提出了 CoD。为了评估 CoD 的有效性，研究团队在数学推理、常识推理和符号推理等需要多步推理的基准上进行了实验。

结果显示，在符号推理任务中，CoD 的信息密度达到标准 CoT 输出的 14.7 倍，同时显著减少了 token 的使用和延迟。

本文的研究贡献包括：

• 设计稀疏的推理草稿，仅需 7.6% 的 token 量即可完成等效推理深度，开创了认知启发的模型压缩新路径；
• 端到端推理延迟压缩与部署成本的降低，推理延迟从 0.9 秒压缩至 0.7 秒，实现「降本增效」的双重突破；
• 提出了新的大模型重构推理架构，为金融高频交易、自动驾驶决策等时延敏感型应用提供了可行性验证，标志着 LLM 从实验室模型向工业引擎的实质性跨越。

方法概述

该研究创新性地提出了 CoD。CoD 提示将推理过程浓缩为最小的抽象表示。推理过程被提炼为一个简洁的方程式，仅关注得出解决方案所需的基本数学运算。通过抽象出不相关的上下文细节，CoD 显著减少了 token 数量，同时保持了透明度和正确性。

CoD 基于认知科学中人类思维模式，其信息密度是传统 CoT 的 13.2 倍，在开发过程中，研究团队通过跨学科迭代：

• 首先基于思路链的结构化提示，构建端到端、简化认知等特征的思维稿；
• 继而设计思维稿对大模型驱动推理赋能，在 Claude 3.5 Sonnet 上实现算术推理 token 消耗从 189.4 骤降至 14.3（节省 92.4%）；
• 最终通过并行稀疏注意力框架（吞吐量 + 3.8 倍）和动态批处理技术（批次弹性扩展 1-128）完成工业级优化，实测端到端延迟从 3.1 秒压缩至 1.6 秒（降幅 48.4%），为高频金融交易等场景提供亚秒级（<0.5s）高效推理支持。

下图展示了 CoT 与 CoD 提示的区别：

实验结果

研究中较为全面、科学地评估其有效性和性能，设置了一系列严谨且针对性强的实验：基准测试实验、效率验证实验和成本效益实验。

• 基准测试实验选取了多个要求多步推理的基准测试，涵盖了数学推理、常识推理和符号推理等领域。
• 效率验证实验包括 token 消耗评估和推理延迟测试，其中 token 消耗评估包括精确测量 CoD 在各个基准测试任务中所使用的 token 数量，并与 CoT 进行对比；推理延迟测试通过 CoD 在不同任务中的端到端推理延迟，并与 CoT 进行比较。
• 成本效益实验基于 token 消耗和推理延迟等因素，计算 CoD 和 CoT 的单位推理成本。

推理试验数据集考虑以下五个数学应用题基准，(1) 数学应用题的 GSM8K 数据集，(2) 结构各异的数学应用题的 SVAMP 数据集，(3) 各种数学应用题的 ASDiv 数据集，(4) 代数应用题的 AQuA 数据集，以及 (5) MAWPS 基准。

研究中所提出的模型方法在 GSM8K 这一数学推理任务中，在 GPT-4o 下，CoD 的准确率达到了 91.1%，CoT 的准确率为 95.4%，CoT 的准确率略高于 CoD。但 Token 消耗方面，CoD 仅需 14.3 个 Token，相比传统模型的 161.2 个 Token。推理延迟也从传统模型的 4.2 秒大幅压缩至 1.0 秒，降低了 76.2%。

对于 Claude 3.5 Sonnet，CoD 和 CoT 的准确率表现相近。在 Token 消耗方面，CoD 相较于 CoT 下降了 79.1%，推理速度提升至 1.6 秒，延迟降低了 48.4%。这表明 CoD 在保证较高准确率的同时，极大地提升了推理效率，减少了计算资源的消耗。

对于常识推理任务（下表 2 日期理解），在 GPT-4o 下，CoD 的准确率为 88.1%，低于 CoT 的 90.2%。Token 消耗上，CoD 为 30.2 个 Token，CoT 则达到 75.7 个 Token，节省了 60.1% 的 Token，时间也从 1.7 秒降低到 1.3 秒。

对于 Claude 3.5 Sonnet，CoD 的准确率高达 89.7%，高于 CoT 的 87.0%，而 token 消耗相较于 CoT 下降了 82.0%，推理时间从 3.2 秒减少到 1.4 秒。CoD 在常识推理任务中同样展现出高效性和准确性，能够更快速且精准地处理常识性问题。

在原始 CoT 研究论文中提出的硬币翻转推理任务框架下，研究者要求大语言模型（LLM）根据一系列抛硬币操作序列预测最终硬币的正反面状态。由于该研究的原始实验数据集尚未开源，本研究严格遵循其方法论复现了包含 250 个测试样本的基准数据集。研究人员按照相同的设计合成了一个包含 250 个示例的测试集，基于 NameDataset 数据集，从美国地区排名前 1000 的名字中随机选择 4 个，并随机决定是否对每个名字抛硬币。评估数据的示例如下所示。

GPT-4o 和 Claude 3.5 Sonnet 的测试结果如表 4 所示。在标准提示方式下，这两个模型的准确率分别为 73.2% 和 85.2%。不过当采用 CoT和 CoD提示策略时，两个模型均达到了 100% 的完美准确率。通过与 CoT 相比， CoD 显著减少了 token 使用量，对于 GPT-4o 减少了 68%，对于 Claude 3.5 Sonnet 则减少了 86%。

更多实验结果请参阅原论文。