CreativeBench:通过自我演化挑战基准测试和增强机器创造力 CreativeBench: Benchmarking and Enhancing Machine Creativity via Self-Evolving Challenges
构建基于认知框架的代码创造力基准,发现扩展收敛现象并提出EvoRePE增强方法
前置知识
组合创造力
指将熟悉的概念以新颖方式组合在一起的能力。在代码生成场景中,这涉及将来自不同领域的代码组件(如数据处理与图算法)融合成一个统一的解决方案。这种方法强调知识重组和跨领域连接,本质上是识别不同概念之间的深层共性并创造性地结合它们。
本文的核心任务之一,理解组合创造力对于评估AI系统综合和重组知识的能力至关重要,这是演化系统的关键能力。
探索创造力
指在结构化的概念空间中导航以发现新的可能性。在代码生成中,这通常涉及在约束条件下找到非常规的解决方案路径,例如在禁止使用特定算法或语言特性时找到替代方法。探索创造力要求模型能够偏离高概率的解决方案,进入低概率区域。
本文的另一核心任务,理解探索创造力对于评估AI系统在受限环境下的创新能力至关重要,这是真正创造性问题解决的标志。
P-创造力 vs H-创造力
P-创造力指对个体而言新颖的想法,无论历史上是否有人提出过;H-创造力指在整个人类历史上客观新颖的想法。论文专注于P-创造力,即模型在其知识范围内能够新产生的内容,而不是验证历史独特性。
理解这个区分对于准确定义评估范围至关重要,因为验证H-创造力在LLM中存在根本性歧义,而P-创造力可以通过测量解决方案与基准线的偏差来量化。
表示工程
一种控制和干预LLM行为的方法,通过监控和干预残差流和内部激活来引导模型输出。常见方法是从对立对的激活差异中提取引导向量(如诚实vs不诚实),然后在推理时注入这个向量来改变模型行为。
本文提出的EvoRePE方法的核心技术基础,理解表示工程对于掌握如何将演化搜索模式内化为潜在空间引导至关重要。
研究动机
随着高质量预训练数据的饱和,研究焦点已经转向能够持续生成新颖人工制品的演化系统,如AlphaEvolve。然而,这些系统的进展受到了缺乏严谨量化评估的严重阻碍。现有评估方法存在三个主要问题:一是难以区分创造力与幻觉,因为主观评估经常将两者混淆;二是任务复杂度不足,无法激发真正的创造性行为而不是死记硬背;三是缺乏对演化系统创造力进行可靠、可自动化量化的指标。此外,虽然大型语言模型在代码生成方面表现出色,但现有的基准测试(如HumanEval、MBPP、LiveCodeBench)主要关注功能正确性,忽略了创造性维度。
本文的目标是本文的目标是构建一个基于认知创造力框架的机器创造力基准测试,能够客观、定量地评估演化系统的组合创造力和探索创造力。通过严格的指标设计,区分真正的创造力与幻觉,确保任务复杂度足以激发创造性而非记忆行为,并提供可自动化的评估流程。此外,基于对现有模型行为的分析,提出一种有效增强模型创造力的方法。
与已有工作不同的是,本文的独特切入角度是将Boden的认知创造力框架引入机器创造力评估,首次将创造力明确分为组合创造力和探索创造力两个维度进行量化评估。与现有工作的本质区别在于:采用代码生成作为评估领域,利用可执行性严格区分创造力与幻觉;构建全自动化的高难度数据集构建流程;定义统一的创造力评分作为质量与新颖性的乘积;基于对模型行为的深入分析,提出EvoRePE方法将演化搜索模式内化为潜在空间引导,开辟了引导演化的新范式。
核心方法
本文方法分为三个主要部分:数据集构建、评估框架和创造力增强。数据集构建采用逆向工程和自对弈两种自动化流水线,分别生成组合创造力任务和探索创造力任务。逆向工程流程从预验证的组合代码导出问题描述,自对弈流程通过约束生成器和解算器的动态交互逐步增加难度。评估框架定义统一的创造力评分作为质量与新颖性的乘积,质量通过沙盒执行和Pass@1指标衡量,新颖性通过嵌入距离和字符级n-gram距离测量。基于分析发现,提出EvoRePE方法,从演化轨迹中提取创造力向量,在推理时注入以引导模型生成更有创造性的解决方案。
核心创新点是将Boden的认知创造力框架具体化为可计算的评估指标,并首次将演化搜索模式内化为模型内部表示。与现有方法的本质区别在于:采用质量乘以新颖性的乘积形式,只有既正确又有意义的解决方案才能获得高分;使用可执行的代码严格区分创造力与幻觉;通过逆向工程和自对弈自动构建高难度任务,确保测试的是创造性而非记忆;EvoRePE将演化优化的部分效益内部化为潜在空间引导,实现无需训练的推理时增强,且与底层演化策略正交。这种方法开辟了引导演化新范式,其中模型自身的创造性轨迹促进表示空间中的自我演化。
方法步骤详情
CreativeBench-Combo数据集构建流程包括四个步骤:首先是解决方案融合,提示模型将来自不同领域的代码组件合并成统一解决方案,并在沙盒中验证正确性;其次是测试函数生成,从验证后的解决方案生成输入和获取真实输出,构建标准断言语句;然后是问题合成,要求模型解释代码的语义意图,生成清晰连贯的问题描述;最后是三阶段过滤,包括难度检查(移除过于简单的问题)、质量审计(使用GPT-4o审核)和多样性检查(通过语义去重)。CreativeBench-Explore数据集采用自对弈方法,基于创建约束比求解该约束下的问题更容易的不对称性。流程包括动态约束堆叠,从无约束问题开始,只有当解算器成功解决当前级别时才进入下一级;每步生成器分析前一级的解算器解决方案并引入新的负约束来禁用其特定的算法选择;解算器通过参考引导的细化策略尝试满足累积的约束,最多允许固定次数的细化尝试。
技术新颖性
技术新颖性体现在多个层面:理论上,首次将Boden的认知创造力框架具体化为机器创造力评估的量化指标,明确区分组合创造力和探索创造力;方法上,采用逆向工程和自对弈的全自动化数据构建流水线,实现了无需人工参与的高难度任务生成;指标上,定义统一的创造力评分作为质量与新颖性的乘积,质量通过沙盒执行和LLM-as-a-judge验证,新颖性通过嵌入距离和字符级n-gram距离的混合度量,对语义和词汇层面的新颖性都敏感;增强上,提出的EvoRePE方法将演化搜索模式内化为潜在空间引导,实现了无需训练的推理时增强,且与底层演化策略正交,能够叠加在任何进化算法上持续提升创造力。
实验结果
实验结果显示CreativeBench对最先进的基础模型构成显著挑战,即使是最强的Gemini-3-Pro在两个子集上的Pass@1率都低于60%,反映了基准的高难度。通过系统性分析发现了三个关键洞察:扩展有利于组合而非探索,模型规模扩展显著改善组合创造力,但对探索创造力的收益递减,这可以从压缩角度理解,训练大型语言模型可以被视为将大量语料库压缩成有限参数集,扩展增加了压缩预算和可存储模式多样性,使模型更擅长识别深层共性并连接远程领域,但探索创造力需要偏离主导解决方案模式,进入模型先验的低概率区域,扩展虽然增强了分布先验但使高概率常规解决方案更稳定;通过扩展而收敛,扩大模型规模持续改善Pass@1,而新颖性下降或趋于平台期,整体创造力评分主要因功能提升而上升,而不是更强的发散,这被称为通过扩展而收敛;推理帮助探索而非组合创造力,启用推理模式对不同类型的创造力有非常不同的影响,在组合创造力任务中推理几乎没有收益,表明跨领域融合更多依赖有效的知识检索和组合而非长思维链,相比之下在探索创造力任务中推理显著改善性能,当搜索空间由约束定义时,更结构化的思考过程帮助模型找到更深的替代解决方案。
查看结构化数据
| 任务 | 指标 | 本文 | 基线 | 提升 |
|---|---|---|---|---|
| CreativeBench-Combo | Pass@1 | Gemini-3-Pro: 55.9% | HumanEval: 约80% | 展示了基准的高难度,远低于传统代码基准 |
| CreativeBench-Explore | Pass@1 | Gemini-3-Pro: 56.8% | MBPP: 约80% | 展示了基准的高难度,远低于传统代码基准 |
| Qwen2.5-7B-Instruct with EvoRePE | Creativity Score (Combo) | 0.192 | AlphaEvolve: 0.175 | 提升9.7% |
| Qwen2.5-7B-Instruct with EvoRePE | Creativity Score (Explore) | 0.0169 | AlphaEvolve: 0.0163 | 提升3.7% |
| Novelty (Gemini-3-Pro) | Novelty Score | Combo: 0.652, Explore: 0.386 | 无直接可比基准 | 首次量化探索了模型在不同创造力类型上的新颖性表现 |
局限与改进
论文承认的局限性包括语言范围、训练范围和潜在生成器偏差。首先CreativeBench目前仅在Python中实例化,虽然简洁语法和成熟工具便于控制分析新颖性和功能正确性,但原则上可通过代码和测试的程序化翻译扩展到其他编程语言和范式。其次工作专注于评估和分析自演化代码生成系统中的创造力,而不是使用CreativeBench训练模型,由于计算资源有限,本文不进行大规模训练或微调实验。最后CreativeBench是自动构建的,可能继承底层基于LLM的流水线的生成器偏差,先前研究表明这种偏差可以被测量和缓解,在适当条件下不太可能推翻基于排名的比较。本文观察到的局限性还包括:新颖性指标可能对表面编辑敏感,虽然通过规范化操作缓解了这个问题;EvoRePE方法在特定层注入效果最佳,但存在一定的敏感性;研究主要关注代码生成,扩展到其他创造性领域需要领域特定的结构化表示和可靠评估标准。
独立分析的弱点
独立分析的弱点包括:新颖性指标的混合设计虽然旨在平衡语义和词汇层面,但字符级n-gram项可能仍然对轻量级文本编辑过于敏感,尽管通过规范化操作和弱相关性分析缓解了这个问题,但在极端情况下仍然可能产生假阳性;EvoRePE方法的性能依赖于注入层和引导强度的选择,虽然在一定范围内显示鲁棒性,但存在调优敏感性;数据集虽然是自动构建的,但可能仍然存在某些模式或偏差,需要持续的质量监控;评估主要关注最终输出质量,过程级别的创造性信号(如探索轨迹)尚未被充分利用;研究主要在代码生成领域进行,扩展到其他创造性领域需要重新设计评估指标和数据构建流程。
未来方向
作者提出的未来方向包括扩展评估框架到其他创造性领域,包括讲故事、音乐创作、视觉设计、三维人工制品设计、游戏关卡设计和科学发现。这需要领域特定的结构化表示和可靠的质量与新颖性评估标准。虽然代码提供执行支持的质量信号,但许多领域缺乏标准化表示或可靠的自动评估器。未来工作可以利用领域特定的代理质量指标和更原则性的新颖性估计器,如到参考集的距离或图和树上的结构发散。未来评估框架必须超越结果评分,纳入过程级别信号,利用交互轨迹映射探索轨迹并使模型行为与人类认知工作流程对齐。另一个有前景的应用领域是科学发现,其中想法生成(如提出新颖实验设计)测试生成推理的极限,评估指标必须扩展以严格量化和新颖性,确保生成的假设既可行又与既定文献实质不同。基于成果可延伸的方向包括将EvoRePE扩展到更多基础模型和演化算法组合,探索过程级别的创造性信号,以及开发更鲁棒的新颖性指标。
复现评估
论文承诺在CreativeBench主页发布数据和代码,数据集的自动化构建流水线具有很好的可重复性,所有步骤都有明确的算法描述和提示词。评估指标的定义清晰,质量通过沙盒执行和Pass@1指标衡量,新颖性通过嵌入距离和字符级n-gram距离测量,这些都可以通过公开的工具和模型重现。人工验证表明数据有效性率为89.1%,自动创造力排名与专家创造力排名高度一致,证实了指标可靠性。EvoRePE方法的实现细节包括选择QWEN2.5-7B-INSTRUCT作为基础模型,选择第26层和默认引导强度alpha等于0.1,这些都提供了明确的复现指导。计算成本方面,代表性端到端运行组合约8.78小时,这在可接受范围内。论文提供了详细的附录,包括算法伪代码、提示词模板、基线超参数设置和鲁棒性分析,这些都极大增强了可复现性。
论文图表
该图展示了组合创造力和探索创造力两种类型的机器创造力。组合创造力部分展示了约束问题结构(如拓扑音乐编码),通过映射或图将约束A、约束B和约束C融合成输出。探索创造力部分展示了在约束空间中的导航,从基线路径通过探索路径到达目标,展示了如何在结构化概念空间中发现新的可能性。
这张图对理解论文至关重要,因为它直观地展示了Boden认知创造力框架在机器创造力评估中的具体应用,为理解整个基准测试的设计理念奠定了基础。