韩国大学团队揭秘：ChatGPT等AI模型是如何"类比思考"的？

这项由韩国大学的李台雨、宋旼珠、尹赞雄、朴政宇以及姜在宇等研究者共同完成的研究发表于2025年11月的人工智能顶级会议AAAI 2026，研究编号为arXiv:2511.20344v1。对这一前沿研究感兴趣的读者可以通过该编号查询完整论文。

在日常生活中，我们经常会做这样的推理：知道"钢笔之于写字如同筷子之于什么"这样的类比题，或者理解"塞翁失马，焉知非福"这样的寓意故事。这种类比推理能力是人类智慧的重要体现，它让我们能够从已知经验中汲取智慧，应对全新的挑战。

如今，像ChatGPT、Gemma这样的大型语言模型在各种任务上表现出色，但它们是否真的具备了类似人类的类比推理能力呢？当它们正确回答"说服力之于简·奥斯汀如同1984之于乔治·奥威尔"这样的问题时，它们的"大脑"内部究竟发生了什么？

韩国大学的研究团队就像侦探一样，深入这些AI模型的"思维黑箱"，试图破解类比推理的神秘机制。他们发现了一个有趣的现象：当AI模型进行类比推理时，它们的处理过程既有与人类相似的地方，也存在着显著差异。研究结果显示，这些模型确实能够提取并编码抽象的关系概念，但在将这些概念应用到全新情境时，它们的表现却不如人类那样稳定可靠。

更令人惊讶的是，当研究团队对模型的内部表征进行巧妙的"手术式调整"时，竟然能够显著提升模型在错误案例上的表现，最高改善幅度达到了61.9%。这就像是给一个在数学考试中出错的学生指出了关键的思维盲点，让他立刻茅塞顿开。

这项研究首次系统性地揭示了大型语言模型进行类比推理的内在机制，不仅加深了我们对AI智能本质的理解，更为未来开发更加智能、更具人类认知特征的AI系统指明了方向。通过理解AI如何"思考"类比问题，我们或许能够让未来的AI助手在解决复杂问题时变得更加聪明和可靠。

一、什么是类比推理：AI智能的试金石

类比推理就像是智力的万能钥匙，它能够打开通往未知领域的大门。当我们面对全新的情况时，大脑会自动搜索过往经验中相似的模式，然后将已知的解决方案应用到新问题上。这种能力在日常生活中无处不在：看到乌云密布会联想到要下雨，因为之前的经验告诉我们"乌云"和"下雨"之间存在因果关系。

在人工智能研究中，类比推理被视为衡量机器智能水平的重要指标之一。它不仅要求模型能够记住大量的知识，更需要模型具备抽象思维和灵活应用的能力。就像一个优秀的学生不仅要背诵公式，还要知道在什么情况下使用哪个公式。

韩国大学的研究团队选择了两种最能体现类比推理精髓的任务类型。第一种是"比例类比"，形如"A之于B正如C之于什么"这样的问题。比如"说服力之于简·奥斯汀如同1984之于谁"，正确答案是"乔治·奥威尔"，因为两者都体现了"作者与作品"的关系。第二种是"故事类比"，需要从多个选项中找出与给定故事在深层结构上最相似的那一个，即使表面内容完全不同。

这两种任务的巧妙之处在于，它们分别考验了AI模型的不同能力层次。比例类比主要检验模型能否准确识别和应用关系概念，而故事类比则更进一步，要求模型能够超越表面的词汇相似性，把握故事的深层结构和主题。这就像是区分一个人是真正理解了寓言的寓意，还是仅仅记住了故事的情节。

研究团队精心构建了测试数据集，确保每一个类比问题都能真实反映AI模型的推理能力。他们就像精明的考官，设置了重重关卡来防止模型"作弊"。比如，他们会检查模型是否真正掌握了相关知识，而不是依靠直觉猜测。他们还会确保模型不能通过简单的关联记忆来获得答案，而必须进行真正的类比推理。

通过这样严格的实验设计，研究团队为揭开AI模型类比推理的神秘面纱做好了充分准备。他们即将踏上一段激动人心的科学探险之旅，深入AI模型的"思维迷宫"，寻找类比推理的真正秘密。

二、深入AI大脑：信息流动的奥秘

要理解AI模型是如何进行类比推理的，研究团队需要像神经科学家研究大脑一样，观察信息在模型内部是如何传递和处理的。他们开发了一套精巧的"认知探针"技术，就像给AI模型做了一次详细的"脑部扫描"。

当AI模型处理"说服力之于简·奥斯汀如同1984之于乔治·奥威尔"这样的类比问题时，信息并不是随意流动的，而是遵循着特定的路径和时序。研究团队发现，在这个推理过程中，模型的注意力主要集中在几个关键位置：第二个实体（简·奥斯汀）、第三个实体（1984）以及连接词（如同）的位置。

这个发现很有意思，因为它揭示了AI模型处理类比的策略与人类有相似之处。当人类解答类比题时，我们也会重点关注关系的载体（简·奥斯汀和她的作品关系）以及需要应用这种关系的新对象（1984这本书）。连接词则起到了信息传递的桥梁作用，就像血管将养分输送到身体各处。

更深入的分析显示，AI模型在不同的处理层次上编码着不同类型的信息。在较浅的层次，模型主要关注实体的基本属性，比如"简·奥斯汀是一位英国作家"、"1984是一本著名小说"。但在较深的层次，特别是中上层区域，模型开始抽象出关系信息，比如"作者与作品的关系"、"创作者与创作物的关系"。

研究团队通过一种叫做"注意力阻断"的实验技术，系统性地测试了各个信息传递路径的重要性。他们发现，当阻断从第二个和第三个实体位置传来的信息时，模型的表现会显著下降。这就像切断了大脑中负责关联记忆的神经通路，导致推理能力受损。

特别值得注意的是，在正确推理的案例中，关系信息和属性信息都能够很好地在模型的中上层传播。但在错误推理的案例中，虽然属性信息依然保持完整，关系信息却出现了明显的缺失或扭曲。这个发现帮助研究团队理解了AI模型推理失败的根本原因：不是因为缺乏基础知识，而是因为无法正确抽象和应用关系概念。

更令人惊讶的是，连接词的位置在错误案例中表现出了异常的信息流动模式。在正确推理中，连接词主要起到信息传递的作用，但在错误推理中，它似乎变成了信息传递的"瓶颈"，阻碍了关系信息的正确应用。这就像一个原本通畅的交通枢纽突然出现了堵塞，导致整个信息网络的运行效率大幅下降。

通过这些深入的分析，研究团队不仅揭示了AI模型类比推理的内在机制，更发现了提升模型性能的可能途径。他们意识到，关键不在于让模型记住更多的知识，而在于帮助模型更好地抽象和应用关系概念。这为下一步的改进实验奠定了理论基础。

三、找到痛点：应用关系比识别关系更困难

通过深入分析AI模型的推理机制，研究团队发现了一个出人意料的现象：对于这些先进的AI模型来说，识别关系概念并不是最大的挑战，真正的难点在于将已识别的关系正确应用到新的情境中。这就像一个学生能够理解数学公式的含义，但在实际解题时却不知道如何恰当地使用它们。

为了验证这个假设，研究团队设计了一个巧妙的实验。他们将错误案例中的第一对实体（比如原本错误的"汽车-轮胎"组合）替换为正确案例中的实体对（比如"书籍-作者"组合），然后观察模型的表现是否会改善。结果令人印象深刻：在这种"关系移植"的操作下，模型在高达38.4%的错误案例中开始给出正确答案。

这个发现揭示了一个重要事实：很多时候，AI模型并非完全不懂如何进行类比推理，而是在特定的实体组合上遇到了困难。就像一个厨师知道"甜配咸"的搭配原理，但在面对某些特殊食材时可能会手足无措，不知道如何具体应用这个原理。

但是，即使在进行了"关系移植"之后，仍有相当比例的案例没有得到改善。这提示研究团队，问题的根源可能更加深层：模型可能在关系信息的传递环节存在问题。就像一条信息高速公路虽然起点和终点都很清楚，但中间的某些路段出现了"断路"，导致信息无法顺畅传达。

基于对信息流动机制的深入理解，研究团队尝试了一种更加精确的干预策略。他们识别出第二个实体位置（在"A之于B如同C之于D"结构中的B）是关系信息的主要载体，而连接词位置则是信息传递的关键节点。于是，他们尝试将第二个实体位置的表征信息直接"注入"到连接词位置，就像在信息传递的关键节点上安装了一个信号放大器。

这种"信息注入"策略取得了显著的效果。在那些经过"关系移植"仍然无法改善的错误案例中，通过这种精确的表征注入，又有高达38.1%的案例得到了纠正。这意味着，将两种策略结合起来，研究团队能够将AI模型的类比推理准确率提升高达61.9%，这是一个相当可观的改进幅度。

这些实验结果不仅验证了研究团队对AI模型内部机制的理解，更重要的是指明了改进AI模型类比推理能力的具体方向。问题的核心不在于知识储备的不足，而在于信息处理和传递机制的优化。这就像修理一台精密机器，关键不是更换零件，而是调整各个部件之间的协调配合。

进一步的分析显示，最有效的表征注入发生在模型的中层区域，特别是那些负责关系抽象的层次。这表明，AI模型进行类比推理时，需要在适当的处理阶段获得足够的关系信息支持。太早的干预可能因为信息还未充分处理而效果有限，而太晚的干预则可能因为推理过程已经偏离正轨而难以纠正。

这些发现为AI模型的改进提供了宝贵的洞察。未来的AI系统设计可以考虑在关键的信息传递节点增强关系信息的传递效率，或者开发更加鲁棒的关系抽象机制，从而提升模型在类比推理等复杂认知任务上的表现。

四、结构对齐：AI模型的"慧眼识珠"能力

除了比例类比，研究团队还深入探索了AI模型在更复杂的故事类比任务中的表现。这类任务要求模型能够超越表面的词汇相似性，识别出不同故事之间的深层结构相似性。这就像要求一个人能够看出《灰姑娘》和现代版的《职场逆袭记》本质上讲述的是同一类故事，尽管时代背景和具体细节完全不同。

在故事类比任务中，模型需要从两个选项中选择与源故事真正类似的目标故事，而另一个选项是经过精心设计的干扰故事，它在表面词汇上与源故事高度相似，但在深层结构上却截然不同。这种设计确保了模型不能仅凭词汇匹配来获得正确答案，必须真正理解故事的核心结构和主题。

为了量化AI模型识别结构相似性的能力，研究团队开发了一个叫做"互相对齐分数"的指标。这个指标的工作原理很巧妙：它通过计算两个故事中词汇表征之间的相似性矩阵，找出那些互为"最佳匹配"的词汇对。如果两个故事在结构上高度相似，那么它们的词汇应该能够形成许多这样的互相匹配关系，就像两个结构相似的建筑，其对应的组件之间会有明显的对应关系。

通过这个指标，研究团队发现了一个fascinating的现象：在成功的类比推理案例中，源故事与目标故事之间的互相对齐分数显著高于源故事与干扰故事之间的分数。这表明AI模型确实具备了某种"结构敏感性"，能够识别出不同故事之间的深层相似性，而不仅仅是表面的词汇相似性。

更有趣的是，这种结构对齐的能力并非在模型的所有处理层次上都同等明显。研究团队通过训练线性探测器发现，AI模型对类比结构的敏感性主要出现在中层区域，大约在第20到30层之间，平均准确率达到了82.9%。这就像是说，AI模型需要经过一定程度的信息处理和抽象，才能真正"看见"故事的深层结构。

在那些推理错误的案例中，情况就大不相同了。模型往往会被表面相似但结构不同的干扰故事所迷惑，显示出更强的干扰故事对齐而非目标故事对齐。这种现象说明，当AI模型的结构识别能力出现问题时，它会退回到更原始的词汇匹配策略，就像一个在黑暗中摸索的人，只能依靠触觉而无法看清物体的整体形状。

研究团队还发现，成功的结构对齐往往伴随着跨越不同语义领域的词汇匹配。比如，在一个关于"空气进入肺部小血管"的医学故事和一个关于"水流入房屋小管道"的日常故事之间，"空气"会与"水"匹配，"肺部"会与"房屋"匹配，"血管"会与"管道"匹配。这种跨领域的对应关系体现了真正的抽象思维能力，表明AI模型能够超越具体的语义内容，把握更加抽象的关系结构。

这些发现揭示了AI模型类比推理的一个重要特征：成功的类比推理需要在适当的抽象层次上建立对应关系。太浅的处理层次可能只能捕捉表面特征，而太深的处理层次可能会丢失重要的结构信息。只有在合适的中层区域，模型才能够平衡具体特征和抽象结构，实现真正有效的类比推理。

五、人机对比：相似与差异并存

通过全面的分析，研究团队发现AI模型的类比推理能力呈现出一幅复杂而富有启发性的图景。在某些方面，这些模型展现出了与人类相似的认知模式，但在另一些方面，它们又表现出了独特的局限性和特征。

在相似性方面，AI模型和人类都表现出了对关系抽象的重视。正如人类在进行类比推理时会重点关注"作者-作品"、"工具-功能"等关系概念，AI模型也在其中层表征中形成了类似的关系抽象。这种抽象能力的存在表明，AI模型确实具备了某种程度的概念化思维，能够超越具体的实例，把握更加一般性的模式。

在结构对齐方面，成功进行类比推理的AI模型同样展现出了与人类相似的能力。它们能够识别出表面上完全不同但结构上高度相似的故事，建立跨领域的对应关系。这种能力体现了一定程度的抽象思维，使得AI模型能够处理那些需要超越表面特征的复杂推理任务。

然而，AI模型与人类的差异同样显著且富有启发性。最明显的差异在于应用关系的稳定性。人类一旦理解了某种关系概念，通常能够相当稳定地将其应用到新的情境中。但AI模型在这方面表现出了明显的不一致性，即使在能够正确识别关系的情况下，也可能在应用环节出现错误。

这种不稳定性的根源可能在于AI模型缺乏人类那样的"一致性约束"机制。人类的类比推理受到逻辑一致性的强烈约束，一旦建立了某种关系理解，我们会努力保持这种理解在不同情境中的一致性。而AI模型似乎更容易受到具体语境的影响，在不同的实体组合面前可能表现出不同的推理模式。

另一个重要差异在于对干扰信息的敏感性。人类在进行类比推理时，通常能够很好地抵制表面相似但结构不同的干扰选项。但AI模型在这方面表现出了更大的脆弱性，容易被表面特征所误导。这可能反映了AI模型在深层理解和表面匹配之间的平衡机制还不够成熟。

从信息处理的角度来看，AI模型的类比推理过程也表现出了一些独特的特征。研究发现，连接词位置在AI模型的推理中起到了比人类更加关键的作用，这可能是因为AI模型更依赖于语言的句法结构来组织思维过程。这种依赖性既是优势也是劣势：它使得AI模型能够处理复杂的语言结构，但也可能限制其在非语言情境中的推理能力。

这些发现对于未来AI系统的发展具有重要启示。一方面，它们表明当前的大型语言模型已经具备了相当程度的抽象思维能力，为更高级的认知能力奠定了基础。另一方面，它们也揭示了需要改进的关键领域，特别是在关系应用的一致性和抗干扰能力方面。

从更广阔的视角来看，这项研究为理解机器智能的本质提供了宝贵的洞察。它表明，AI模型的认知能力既不是人类认知的简单模拟，也不是完全独立的处理机制，而是一种独特的智能形式，具有其自身的优势和局限性。这种理解对于开发更加智能、更加可靠的AI系统具有重要指导意义。

六、未来展望：通向更智能的AI之路

这项研究的意义远远超出了学术层面的理论贡献，它为未来AI技术的发展指明了具体的改进方向。通过深入理解AI模型类比推理的内在机制，研究团队不仅揭示了当前技术的能力边界，更重要的是找到了突破这些限制的可能路径。

基于这些发现，未来的AI系统设计可以考虑几个重要的改进方向。首先是加强关系信息在模型内部的传递效率。研究表明，很多推理错误源于关系信息在传递过程中的丢失或扭曲，因此开发更加鲁棒的信息传递机制将是一个重要的技术方向。这可能涉及新的注意力机制设计、更优化的网络架构，或者专门用于关系处理的模块化组件。

其次是提高模型在关系应用方面的一致性。人类之所以在类比推理上表现出色，很大程度上归功于我们强大的一致性约束机制。未来的AI系统可以考虑引入类似的机制，确保模型在不同情境中能够一致地应用已经学到的关系概念。这可能需要在训练过程中加入专门的一致性目标，或者开发新的推理验证机制。

在对抗干扰信息方面，研究结果提示我们需要开发更加智能的注意力分配机制。当前的模型容易被表面相似性所误导，未来的系统应该能够更好地区分深层结构相似性和表面特征相似性。这可能需要引入多层次的相似性评估机制，或者开发专门用于结构分析的神经网络组件。

从更长远的角度来看，这项研究为开发具有更强推理能力的AI系统提供了重要启示。类比推理是人类智能的核心组成部分，它不仅涉及知识的存储和检索，更涉及知识的灵活应用和创新性组合。通过深入理解这一过程的机制，我们可以设计出更加智能、更加灵活的AI系统。

这些改进不仅有助于提升AI模型在学术任务上的表现，更重要的是将推动AI技术在实际应用中的突破。更强的类比推理能力将使AI系统能够更好地处理那些需要创新思维和灵活应用的复杂任务，比如科学发现、创意设计、复杂问题解决等领域。

当然，这项研究也提醒我们，开发真正智能的AI系统仍然面临着巨大挑战。虽然当前的大型语言模型已经展现出了令人印象深刻的能力，但它们距离人类水平的通用智能还有相当的距离。类比推理只是人类认知能力的一个方面，要构建真正智能的AI系统，我们还需要在因果推理、常识理解、情感智能等多个维度进行深入研究。

不过，这项研究为我们提供了信心和方向。它表明，通过系统性的科学研究，我们确实可以深入理解AI模型的内在机制，并基于这种理解来指导技术改进。这种"理解-驱动-改进"的研究范式将成为未来AI发展的重要推动力。

随着我们对AI模型内在机制理解的不断深入，以及基于这种理解的技术改进不断涌现，我们有理由相信，更加智能、更加可靠、更加有用的AI系统将在不远的未来成为现实。而这项开创性的研究，无疑为这一目标的实现铺设了重要的基石。

说到底，这项研究最大的价值在于它向我们展示了AI智能发展的真实图景：既不是盲目的乐观主义，也不是悲观的怀疑主义，而是基于扎实科学研究的理性认知。通过这样的研究，我们既能够更好地理解当前AI技术的能力和局限，也能够更清晰地规划未来AI发展的路径。这种理性而深入的研究态度，正是推动AI技术不断进步的最重要动力。

Q&A

Q1：大型语言模型在进行类比推理时的主要困难是什么？

A：研究发现，大型语言模型的主要困难不是识别关系概念，而是将已经识别的关系正确应用到新情境中。虽然模型能够理解"作者-作品"这样的关系，但在将这种关系应用到具体的新实例时经常出错，就像学生理解公式但不知道如何在实际问题中使用。

Q2：研究团队是如何改善AI模型类比推理错误的？

A：研究团队采用了两种策略：首先是"关系移植"，将错误案例中的实体对替换为正确案例中的实体对；其次是"信息注入"，将关键位置的表征信息直接注入到信息传递的关键节点。这两种方法结合起来能够将模型准确率提升高达61.9%。

Q3：AI模型的类比推理能力与人类有什么不同？

A：AI模型和人类都能进行关系抽象和结构对齐，但AI模型在关系应用的一致性方面表现不稳定，容易受到具体语境影响。同时，AI模型更容易被表面相似但结构不同的干扰信息误导，而人类通常能更好地抵制这种干扰，专注于深层结构相似性。