A neural network solves, explains, and generates university math problems by program synthesis and few-shot learning at human level
Notice bibliographique
Résumé
We demonstrate that a neural network pretrained on text and fine-tuned on code solves mathematics course problems, explains solutions, and generates questions at a human level. We automatically synthesize programs using few-shot learning and OpenAI's Codex transformer and execute them to solve course problems at 81% automatic accuracy. We curate a dataset of questions from Massachusetts Institute of Technology (MIT)'s largest mathematics courses (Single Variable and Multivariable Calculus, Differential Equations, Introduction to Probability and Statistics, Linear Algebra, and Mathematics for Computer Science) and Columbia University's Computational Linear Algebra. We solve questions from a MATH dataset (on Prealgebra, Algebra, Counting and Probability, Intermediate Algebra, Number Theory, and Precalculus), the latest benchmark of advanced mathematics problems designed to assess mathematical reasoning. We randomly sample questions and generate solutions with multiple modalities, including numbers, equations, and plots. The latest GPT-3 language model pretrained on text automatically solves only 18.8% of these university questions using zero-shot learning and 30.8% using few-shot learning and the most recent chain of thought prompting. In contrast, program synthesis with few-shot learning using Codex fine-tuned on code generates programs that automatically solve 81% of these questions. Our approach improves the previous state-of-the-art automatic solution accuracy on the benchmark topics from 8.8 to 81.1%. We perform a survey to evaluate the quality and difficulty of generated questions. This work automatically solves university-level mathematics course questions at a human level and explains and generates university-level mathematics course questions at scale, a milestone for higher education.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,003 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».