Large Language Models (LLMs) have demonstrated remarkable capabilities across various tasks, yet they often struggle with spatial reasoning. This paper presents a novel neural-symbolic framework that enhances LLMs' spatial reasoning abilities through iterative feedback between LLMs and Answer Set Programming (ASP). We evaluate our approach on two benchmark datasets: StepGame and SparQA, implementing three distinct strategies: (1) direct prompting baseline, (2) Facts+Rules prompting, and (3) DSPy-based LLM+ASP pipeline with iterative refinement. Our experimental results demonstrate that the LLM+ASP pipeline significantly outperforms baseline methods, achieving an average 82% accuracy on StepGame and 69% on SparQA, marking improvements of 40-50% and 8-15% respectively over direct prompting. The success stems from three key innovations: (1) effective separation of semantic parsing and logical reasoning through a modular pipeline, (2) iterative feedback mechanism between LLMs and ASP solvers that improves program rate, and (3) robust error handling that addresses parsing, grounding, and solving failures. Additionally, we propose Facts+Rules as a lightweight alternative that achieves comparable performance on complex SparQA dataset, while reducing computational overhead.Our analysis across different LLM architectures (Deepseek, Llama3-70B, GPT-4.0 mini) demonstrates the framework's generalizability and provides insights into the trade-offs between implementation complexity and reasoning capability, contributing to the development of more interpretable and reliable AI systems.


翻译:大语言模型(LLMs)在各种任务中展现出卓越的能力,但在空间推理方面仍存在明显不足。本文提出一种新颖的神经符号框架,通过LLMs与答案集编程(ASP)之间的迭代反馈机制来增强其空间推理能力。我们在两个基准数据集(StepGame和SparQA)上评估了所提出的方法,并实现了三种不同策略:(1)直接提示基线,(2)事实+规则提示,以及(3)基于DSPy的LLM+ASP管道配合迭代优化。实验结果表明,LLM+ASP管道显著优于基线方法,在StepGame上平均准确率达到82%,在SparQA上达到69%,较直接提示方法分别提升40-50%和8-15%。该成功源于三项关键创新:(1)通过模块化管道实现语义解析与逻辑推理的有效分离,(2)LLMs与ASP求解器之间的迭代反馈机制提升了程序生成率,(3)针对解析、基础化及求解失败的鲁棒错误处理机制。此外,我们提出的事实+规则方法作为轻量级替代方案,在复杂的SparQA数据集上实现了可比性能,同时降低了计算开销。通过对不同LLM架构(Deepseek、Llama3-70B、GPT-4.0 mini)的跨模型分析,我们验证了该框架的泛化能力,并揭示了实现复杂度与推理能力之间的权衡关系,为开发更具可解释性和可靠性的AI系统提供了重要参考。

1
下载
关闭预览

相关内容

ASP是Active Server Page的缩写,意为“动态服务器页面”。ASP是微软公司开发的代替CGI脚本程序的一种应用,它可以与数据库和其它程序进行交互,是一种简单、方便的编程工具。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员