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PHD / RESEARCH ENGINEERING

实验设计与统计证据

分析配对运行均值、不确定性和预先声明的实际改进阈值。

本地计算与合成示例,不调用付费 API,不代表真实大模型基准。
学习指南与本课目录LEARNING CONTRACT

理解 → 实现 → 研究

目标:解释本课机制、复现一个例子、测试一个失败案例。读完不自动代表掌握。

01 · 理解与推导

前置知识 · 均值、方差、独立样本单位与配对比较。

只有共享有意义的实验单位时才进行配对。重采样整对数据以保留协方差。此处每行代表独立运行或种子均值,而不是同一次运行中的每个样本。区间需要与预先指定的实际阈值比较。

Text / 原始公式
dᵢ = Bᵢ − Aᵢ (reverse sign for lower-is-better)
Δ = mean(dᵢ)
Resample n pairs with replacement, 2000 times
CI = [percentile₂.₅, percentile₉₇.₅]
逐步推导与研究解释
  1. 先定义估计目标:跨独立训练运行的均值提升,不同于跨评测样本的不确定性。重采样单位必须匹配结论。
  2. 配对运行满足 ,B)。重采样整对以保留关系,但有配对 ID 并不代表配对在科学上合理。
  3. 区分实际效应大小、区间不确定性与假设检验。工具提供百分位区间,不是 p 值,也不校正反复选择最佳实验造成的偏差。

常见误区:窄区间不能防止数据泄漏、相关种子、选择性评测或不公平调参预算。

02 · 检查知识掌握

配对提升为 [0.02,0.04,0.03],均值提升是多少(指标原单位)?

查看推导

(0.02+0.04+0.03)/3 = 0.03; for accuracy this is 3 percentage points

03 · 运行对照实验

实验任务

分析示例,反转指标方向,并重复种子 ID 观察校验。再比较均值提升相同但噪声更大的数据,解释为什么不能只报告均值。

可执行的对照实验流程
  1. 默认五对数据均值提升为 0.026;固定 bootstrap 种子得到约 [0.018,0.034],先保持阈值 0.01。
  2. 改为阈值 0.03 观察无法确定的比较。这是教学敏感性检查;真实研究应预先声明阈值,而非看结果后移动。
  3. 构造均值差相同但离散更大的第二组数据,解释区间变化、种子数量限制以及重复 ID 被拒绝的原因。

交付物:输入配置、结果导出、控制变量说明、观察结果、替代解释及下一步验证。

查看提示

区间跨过阈值时,按本规则无法确定。区间高于阈值也只是依赖采样假设的证据,不证明因果关系或没有泄漏。

04 · 检查证据

运行实验后查看证据。

仅比较控制变量后的运行结果,导出包含输入与方法。

05 · 解释研究判断

自评要点:解释机制、识别假设、提出可区分不同解释的实验。不使用 LLM 自动评分。

1. 为什么不能把一次训练的 1000 个评测样本当成 1000 个种子?

查看参考答案与评分要点

这些样本没有覆盖独立的训练随机性,抽样单位必须对应所估计的不确定性。

2. 为什么预先声明实际改进阈值?

查看参考答案与评分要点

看完结果再选择阈值容易导致选择性结论,阈值应由任务和部署代价决定。

3. 可信的消融还应控制什么?

查看参考答案与评分要点

数据与划分、训练和调参预算、评测协议、种子配对及报告检查点的选择。

假设与限制

95% 配对百分位 bootstrap,2000 次重采样,最多 200 行。小样本和恒定差值可能误导。本工具不做多重检验校正、功效计算或自动因果推断。

参考资料

arXiv:1709.06560 · 2017

Deep Reinforcement Learning that Matters

Henderson et al. · 年份为首次 arXiv 投稿年份

建议阅读:实验变异来源与报告建议。

读后自测:区分随机性、实现差异与调参差异。借鉴实验控制方法,不直接把 RL 数值结果套用到 LLM。

BibTeX
@misc{arxiv170906560,
  title = {Deep Reinforcement Learning that Matters},
  year = {2017},
  eprint = {1709.06560},
  archivePrefix = {arXiv},
  url = {https://arxiv.org/abs/1709.06560}
}

arXiv:1909.03004 · 2019

Show Your Work: Improved Reporting of Experimental Results

Dodge et al. · 年份为首次 arXiv 投稿年份

建议阅读:给定计算预算下的期望验证表现与模型选择。

读后自测:最终分数旁同时报告搜索空间、试验次数和选择规则。

BibTeX
@misc{arxiv190903004,
  title = {Show Your Work: Improved Reporting of Experimental Results},
  year = {2019},
  eprint = {1909.03004},
  archivePrefix = {arXiv},
  url = {https://arxiv.org/abs/1909.03004}
}
MATHEMATICAL REVIEW · 2026-10-26

假设、参考实现与验收

95% 配对百分位 bootstrap,2000 次重采样,最多 200 行。小样本和恒定差值可能误导。本工具不做多重检验校正、功效计算或自动因果推断。

已复核目标、导数、算例及实现。通过有限差分或清单检查不代表完成论文复现。

匹配独立种子对 → B−A 差值 · 选择方向 → 固定种子成对 bootstrap → 置信区间与实际阈值比较
机制图:从上到下跟踪每次变换。

运行前:预测一个边界情况

分析示例,反转指标方向,并重复种子 ID 观察校验。再比较均值提升相同但噪声更大的数据,解释为什么不能只报告均值。

提示:隔离假设

固定基线输入,只改变一个参数或边界;同时比较数值与声明单位。单例通过仅验证该样例。

最小可运行算例

将算例及所链接模块保存在同一目录。使用 Node.js 22 或更高版本,然后运行 node experiment-design.mjs. 无需第三方运行依赖。

import {runPhd} from './phd-core.mjs';
const params={
  "csv": "id,a,b\n1,0.72,0.75\n2,0.74,0.76\n3,0.71,0.75\n4,0.75,0.76\n5,0.73,0.76",
  "direction": "higher",
  "threshold": 0.01,
  "seed": 42
};
console.log(runPhd('experiment-design',params));

测试与迁移

分析示例,反转指标方向,并重复种子 ID 观察校验。再比较均值提升相同但噪声更大的数据,解释为什么不能只报告均值。

在下方笔记记录输入、代码版本、期望值和实测值;再构造违反上述假设的反例,解释原结论为何不再成立。

下载完整代码包(.tar.gz) · 完整参考代码与回归检查

预测、检验与证据记录

展开答案前先预测一个结果;练习后记录差异和迁移测试。记录仅存本地,在不同语言版本间共用。

打开记录/导出/清除 →

数学复核范围逐篇记录,不代表完成论文实证复现;可在笔记中记录疑似错误。 复核范围