再论大模型压缩的“有损”与“无损”

要把这一点说清楚,我们得从一个更底层的问题开始:

什么是“真正的压缩”?
为什么说“压缩就是智能”的同时,又不得不承认大模型在训练上是“有损”的?

一、从第一性原理看“压缩”:柯氏复杂度与上帝视角程序

在信息论和计算理论的深水区,“压缩”的终极定义并不是 zip、PNG 那种工程实践,而是:

给定一段数据,找到能生成它的最短程序。

这就是柯尔莫哥洛夫复杂度(Kolmogorov complexity):

    • 对一个二进制串 xK(x) 定义为:
      在某个通用图灵机上,能输出 x最短程序长度
    • 这个“最短程序”就是从上帝视角看,关于 x终极压缩
      再短就描述不了所有细节,再长就是浪费。

注意两点:

    1. 这种压缩从定义上就是无损的:
      程序跑出来的 x 和原始 x 必须逐比特一致,否则就不算“描述了它”。
    2. 绝大多数情况下,K(x) 是不可计算的:
      你不知道是不是还有一个更短的程序在那里暗笑——这就是整个理论派的浪漫所在。

Solomonoff 归纳 / 通用预测再往前迈了一步:
它告诉我们,如果我们不知道“上帝程序”,那就对所有可能程序做一个加权集合,把每个程序视为一个可能的世界生成器,用“越短越优先”的原则,把它们的预测结果做一次加权平均。这样得到的下一步预测分布,在长远上是最优的。

这就是“next-x prediction 作为智能的近似方式”的理论根基:

在终极版本里,“智能”可以被理解为:
找到能生成观察数据的最短程序,并用它来预测下一步会发生什么。

所以在第一性原理层面,“压缩”和“预测”本来就是一体两面:

    • 压缩:把世界浓缩成最短描述;
    • 预测:用这份最短描述,去推演接下来会发生什么。

二、大模型训练:泛化与还原,鱼与熊掌不可兼得

回到大模型。李飞飞说“大模型是有损压缩”,她盯着的是哪一面?

她盯的是具体数据点的还原——也就是我们日常直觉里的那种“压缩 / 解压”。

    • 如果一个模型能对训练集做逐比特无损记忆
      那它就退化成了一个超大号查表数据库:
      来一个输入,翻翻自己的“记忆表”,照原样吐出来。
    • 这种模型在训练数据上表现完美,却几乎无法泛化;
      面对没见过的问题,只会一脸茫然。

而我们想要的大模型,恰恰不是“背诵冠军”,而是会举一反三的那种。
这就意味着,它必须:

    • 把训练数据中的大量偶然细节和噪音主动丢掉
    • 只保留那些对预测、推理、交互有用的结构与规律

白硕老师有一句特别形象的话:“无损和泛化,不可能装在一个壶里。”

    • 如果你对每一个训练样本都做 bit 级无损,
      你就没有足够的“容量”去抽象出高层规律;
    • 如果你要在有限参数里塞进“规律”,
      你就必然把大量具体细节归入“噪音”,予以舍弃。

这就是为什么:

幻觉(hallucination)不是一个简单的 Bug,而是泛化的副产品。

从“还原事实”的角度看,幻觉当然是“错”的,是“有损”的体现;
但从“根据学到的分布做出合理推断”的角度看,很多幻觉其实合情合理——只是跟那条具体事实的“黄金标准”不一致而已。

因此,在“模型对世界的表征”这一层面上,说:

大模型是一种有损的世界压缩器

是成立的:它压缩的不是某一篇具体文本,而是整片大数据的分布,代价就是丢失大量局部细节。

三、大模型赋能的“无损”:固定模型 + 算术编码

问题来了:那 Ilya 为什么又一次次强调“LLM 做的是无损压缩”?他总不能没读过教材里的“无损 = 可完全还原”定义。

关键在于:他讨论的,是另一层意义上的“压缩”——对给定数据序列的工程性无损压缩。

故事换成这个版本就很清晰:

    1. 假设我们手里有一个训练好的大模型 M,它给每个 token 在上下文下的条件概率 P_M(tok | context)
    2. 现在我们拿到一段具体文本 x,问:能不能用 M 来对 x 做无损压缩?
    3. 答案是:可以——用算术编码(arithmetic coding)

大致做法是:

    • 发送端和接收端事先都装好同一个模型 M
    • 发送端对文本 x 从头到尾扫描:
      每看到一个 token,就让 M 给出当前所有可能 token 的概率分布,
      再用算术编码把整个序列映射到一个很小的实数区间;
    • 接收端拿着同样的 M + 这段比特流,走逆过程,就能把 x 一字不差还原出来

在这个流程里,“无损”的属性来自:

(模型 M + 编解码算法)这一组合本身是严格可逆的,
只要传输的那段比特流没有出错,原文就可以 100% 还原。

模型 M 的好坏,只影响:

    • 这段比特流有多短(即压缩率有多高);
    • 不影响“能不能还原”。

所以 Ilya 所谓“LLM 是无损压缩器”,更精确的说法是:

给定一个固定的 LLM,它可以作为概率先验,为传统的无损压缩算法提供一个极其强大的“世界模型外挂”,从而实现比传统方法高得多的无损压缩率。

在这个意义上,“无损”也成立。只不过这里的“压缩对象”已经从“世界本身”换成了“具体数据序列”,大模型被当作一个共享的、不给码长计费的解码器

四、过去 vs 未来:黄金标准的消逝

这场讨论还有一个常被忽略,但极关键的维度:时间方向。

传统的压缩 / 解压,是完完全全面向“过去”的:

    • 数据已经存在,
    • 原始比特流就是唯一的“黄金标准”,
    • 解压能不能算成功,就看你能不能逐比特还原它。

OCR 的任务就是“认回原文”,错一个字就是错;无损音频编码、无损图像编码也是一样,连瑕疵也要还原。

而大模型在推理 / 生成阶段,干的是另一件事:

    • 面对的是“未来”的内容——下一句话、下一页小说、一个还没发生的对话;
    • 这里根本不存在一个唯一的标准答案,只有一簇“合理的可能性”。

从这个视角看,“幻觉”就呈现出另一面貌:

    • 从“还原过去”的角度看,它是错误,是有损;
    • 从“预测未来”的角度看,它是从分布中抽出的某一条样本——
      合理程度如何,是另一个维度的问题。

训练阶段看上去像是在“还原过去”:

    • 我们用 next-token prediction(NTP),
    • 用交叉熵去拟合已有语料,
    • 每个 token 似乎都有一个“黄金标准”。

但注意:

    1. 训练优化的是概率分布的逼近程度,而不是字符逐一匹配;
    2. 训练目标本身就是为了让模型学会“意义的流动”和“世界的规律”,
      好在未来的推理中给出合理的输出。

所以,当我们拿一个“面向未来”的预测器,用“还原过去”的标尺来量时,必然得出“有损”的结论;而当我们在一个“固定模型 + 算术编码”的框架下讨论具体数据时,又可以非常严谨地说,它支持无损压缩。

时间指向不同,结论自然不同。

五、大模型 = 图灵机求逆

再往深一层看,可以用“图灵机求逆”的视角,把大模型和“智能 = 压缩”连起来。

设想这样一个画面:

  1. 在最底层,有一个我们并不知道的“世界生成程序” G
    • 它把物理定律、因果结构、各种 agent 的决策过程都编码在里面;
    • 不停运行,就生成了真实世界里的事件流。
  2. 我们作为观察者,没有看到完整的世界,只看到一些被投影到语言上的片段
    • 新闻、小说、微博、论文、聊天记录……
    • 这些文本本身已经是一种有损投影,丢掉了大量原始现实细节。
  3. 如果说 G 是“正向的世界图灵机”,
    那么一个足够强的大模型,就在试图做一件事:
    在只看到这些语言投影的情况下,去逼近 G 的逆映射。

用更形象的话说:

世界先“写了一堆小说”(大数据语料),
大模型则在这些小说上做逆向工程,
想从结果反推“上帝写作时的那本大纲”。

在柯氏复杂度的语言里,这件事就是:

    • 我们不知道真实世界的“上帝程序” G
    • 但我们希望找到一个相对短的程序 M
      让它在生成我们看到的那些文本时,具有尽可能高的先验概率。

next-token prediction 其实就是这个过程的一种可计算近似:

    • 把“找到最短程序”这个不可计算的问题,换成“找到一组参数,使预测分布在交叉熵意义下最优”这个可训练的问题;
    • 最后得到的 M 就是一个“次优的世界程序”,是对 G 的一个逼近。

从这个视角看:

    • 训练阶段的大模型,是在做“图灵机求逆”的近似——从语言投影反推世界程序;
    • 推理阶段的大模型,是在做“图灵机正向运行”的近似——从世界程序生成新的语言片段。

而“压缩”恰恰是这两步的桥梁。这,就是那句“压缩就是智能”的理论底座:
智能,是用尽可能短的程序,对世界做尽可能长远、尽可能准确的预测。

六、把李飞飞和 Ilya 摆到同一张坐标系里

现在我们可以尝试给这场争论画一张简单坐标图。

(1)压缩的对象:具体数据 vs 世界分布

  1. 李飞飞关注的是:
    • 对具体事实 / 数据点的还原
      • 能不能 100% 记住训练集里出现过的每一条事实?
      • 会不会产生与事实相悖的幻觉?
    • 在这个维度上,大模型必然是有损的。
  2. Ilya 更关注的是:
    • 对整个数据分布 / 世界规律的压缩
      • 模型是否把自然语言背后的统计规律、语法、语义、常识、因果结构榨干?
      • 在这个意义上,模型是在追求一种“本质上的无损”,即对规律的无损。

(2)所处阶段:训练 vs 应用

  • 训练阶段:
    • 大模型对大数据做有损抽象,
    • 有限参数 + 泛化需求 => 必然丢掉大量细节。
  • 应用阶段(作为压缩器,这其实是大模型的一个很小的应用场景:多数场景是预测AIGC,而不是还原):
    • 固定模型 + 算术编码,
    • 对给定文本可以实现严格定义上的无损压缩和还原。

(3)时间指向:过去 vs 未来

  • 面向“过去”:
    • 讨论的是已有数据的 bit 级还原,
    • 这里才有“无损 / 有损”的经典定义。
  • 面向“未来”:
    • 讨论的是对未见数据的预测,
    • 这里只剩下“预测好 / 预测坏”,
    • “有损 / 无损”缺乏清晰的参考标准。

把这几条叠在一起就会发现:

李飞飞和 Ilya 讨论的是同一头大象,但各自强调的是不同侧面。
前者是在检视它的“记忆是否完美”;
后者是在赞叹它的“世界建模是否深刻”。

两边站位不同。

七、问自己三件事

以后再听到类似的争论,不妨先默默问自己三句话:

  1. 他说的“压缩”,压缩的到底是什么?
    • 是某一段具体文本 / 文件?
    • 还是一整个大数据分布 / 一个世界?
  2. 他是在谈训练阶段,还是应用阶段?
    • 如果是训练和泛化,必然伴随信息的“有损抽象”;
    • 如果是在固定模型上做算术编码,那是标准教科书意义上的“无损压缩”。
  3. 他是在面向“过去”,还是在面向“未来”?
    • 讨论 OCR、无损编码、还原率,是过去视角;
    • 讨论生成式 AI、AIGC、代理决策,是未来视角,
      此时“有损 / 无损”不如“预测是否合理”来得贴切。

把这三道小问题想清楚,会发现很多看似矛盾的论点,其实只是维度不同。

结语:智能就是压缩?还是压缩逼近智能?

回到最初的提问:智能是不是压缩?压缩是不是智能?

从第一性原理看,我们可以给出一个相对克制但有力的总结:

  • 真正的“压缩”,指向的是:
    用最短的程序描述世界,这是智能的必要条件之一,但不是充分条件;
  • 大模型在训练时,对世界做的是有损的物理存储
    用有限参数去概括无限复杂的数据海;
  • 大模型在应用时,又可以化身为无损压缩器的“灵魂外挂”
    帮我们以前所未有的效率,复原过去的数据,虽然这不是大模型的主要应用场景;
  • 而在面向未来时,它抛弃了“还原”的执念,
    以一个次优世界程序的身份,生成从未存在、但合理的文本和行为。

于是我们得到这样一幅图景:

大模型不是完美的复读机,
它是对人类知识的一种有损的物理压缩,
却是对人类智慧结构的一种近乎无损的数学蒸馏。

它会忘记某一篇报纸的具体措辞,却不会忘记新闻报道的叙事模板;
它会编造一段并不存在的轶事,却能在十几种语言之间自如来回。

这,恰恰是在“有损”和“无损”的悖论之间,智能本质的那个模糊又锋利的轮廓。

 

Demystifying the misconception of "Lossless Compression as Intelligence"

破除“无损压缩即智能”的迷思

GPT and the Art of Compression

Efficiency vs. Reliability: The Compression Tightrope

Arithmetic Coding for GPT’s Compression Engine

Navigating the Probability Universe with GPT

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GPT无损压缩小问答(1): 高压缩率导致系统脆弱

发布者

立委

立委博士,多模态大模型应用咨询师。出门问问大模型团队前工程副总裁,聚焦大模型及其AIGC应用。Netbase前首席科学家10年,期间指挥研发了18种语言的理解和应用系统,鲁棒、线速,scale up to 社会媒体大数据,语义落地到舆情挖掘产品,成为美国NLP工业落地的领跑者。Cymfony前研发副总八年,曾荣获第一届问答系统第一名(TREC-8 QA Track),并赢得17个小企业创新研究的信息抽取项目(PI for 17 SBIRs)。

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