A neural network solves, explains, and generates university math problems by program synthesis and few-shot learning at human level

计算机科学 水准点(测量) 人工神经网络 线性代数 编码(集合论) 人工智能 机器学习 算法 域代数上的 理论计算机科学
作者
Iddo Drori,Sarah Zhang,Reece Shuttleworth,Leonard Tang,Albert Lu,Elizabeth Ke,Kevin Liu,Linda Chen,Sunny Tran,Newman Cheng,Roman Wang,Nikhil Singh,Taylor L. Patti,Jayson Lynch,A. Shporer,Nakul Verma,Eugene Wu,Gilbert Strang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (32) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2123433119
摘要

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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