Responding to the thousands of student questions on online QA platforms each semester has a considerable human cost, particularly in computing courses with rapidly growing enrollments. To address the challenges of scalable and intelligent question-answering (QA), we introduce an innovative solution that leverages open-source Large Language Models (LLMs) from the LLaMA-2 family to ensure data privacy. Our approach combines augmentation techniques such as retrieval augmented generation (RAG), supervised fine-tuning (SFT), and learning from human preferences data using Direct Preference Optimization (DPO). Through extensive experimentation on a Piazza dataset from an introductory CS course, comprising 10,000 QA pairs and 1,500 pairs of preference data, we demonstrate a significant 30% improvement in the quality of answers, with RAG being a particularly impactful addition. Our contributions include the development of a novel architecture for educational QA, extensive evaluations of LLM performance utilizing both human assessments and LLM-based metrics, and insights into the challenges and future directions of educational data processing. This work paves the way for the development of AI-TA, an intelligent QA assistant customizable for courses with an online QA platform


翻译:每学期在在线问答平台上回复学生数千个问题需要大量人力成本,尤其在注册人数快速增长的计算课程中这一问题尤为突出。为应对可扩展且智能的问答(QA)挑战,我们提出了一种创新解决方案,该方案利用来自LLaMA-2系列的开源大语言模型(LLMs)以确保数据隐私。我们的方法结合了检索增强生成(RAG)、监督微调(SFT)以及使用直接偏好优化(DPO)从人类偏好数据中学习等增强技术。通过在包含10,000个问答对和1,500个偏好数据对的计算机科学入门课程Piazza数据集上进行广泛实验,我们展示了答案质量显著提升30%,其中RAG作为特别有效的增强手段。我们的贡献包括:开发面向教育问答的新型架构、利用人工评估和基于大语言模型的指标对LLM性能进行广泛评估,以及对教育数据处理中的挑战与未来方向的深入洞察。这项工作为开发AI-TA(一种可针对在线问答平台课程定制的智能问答助手)奠定了基础。

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自动问答(Question Answering, QA)是指利用计算机自动回答用户所提出的问题以满足用户知识需求的任务。不同于现有搜索引擎,问答系统是信息服务的一种高级形式,系统返回用户的不再是基于关键词匹配排序的文档列表,而是精准的自然语言答案。近年来,随着人工智能的飞速发展,自动问答已经成为倍受关注且发展前景广泛的研究方向。

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