Background: Generative AI has achieved rapid and widespread acclaim over a short period since the inception of recent models that have opened up opportunities not possible before. Large Language Models (LLMs), a subset of generative AI, have become an essential part of code generation for software development. However, there is always a risk that the generated code does not fulfill the programmer's intent and contains faults or bugs that can go unnoticed. To that end, we propose that verification of generated code should increase its quality and trust. Objectives: This thesis aims to research generation of code that is both functionally correct and verifiable by implementing and evaluating four prompting approaches and a reinforcement learning solution to increase robustness within code generation, using unit-test and verification rewards. Methods: We used a Rapid Literature Review (RLR) and Design Science methodology to get a solid overview of the current state of robust code generation. From the RLR and related works, we evaluated the following four prompting approaches: Base prompt, Documentation prompting, In-context learning, and Documentation + In-context learning on the two datasets: MBPP and HumanEval. Moreover, we fine-tuned one model using Proximal Policy Optimization (PPO) for the novel task. Results: We measured the functional correctness and static verification success rates, amongst other metrics, for the four proposed approaches on eight model configurations, including the PPO fine-tuned LLM. Our results show that for the MBPP dataset, on average, In-context learning had the highest functional correctness at 29.4% pass@1, Documentation prompting had the highest verifiability at 8.48% verfiable@1, and finally, In-context learning had the highest functionally correct verifiable code at 3.2% pass@1 & verifiable@1. Moreover, the PPO fine-tuned model showed an overall increase in performance across all approaches compared to the pre-trained base model. Conclusions: We found that In-context learning on the PPO fine-tuned model yielded the best overall results across most metrics compared to the other approaches. The PPO fine-tuned with In-context learning resulted in 32.0% pass@1, 12.8% verifiable@1, and 5.0% pass@1 & verifiable@1. Documentation prompting was better for verifable@1 on MBPP. However, it did not perform as well for the other metrics. Documentation prompting + In-context learning was performance-wise between Documentation prompting and In-context learning, while Base prompt performed the worst overall. For future work, we envision several improvements to PPO training, including but not limited to training on Nagini documentation and utilizing expert iteration to create supervised fine-tuning datasets to improve the model iteratively. / Bakgrund: Generativ AI har uppnått snabb och utbredd popularitet under en kort tid sedan lanseringen av språk- och bildmodeller som har öppnat upp nya möjligheter. Large Language Models (LLMs), en del av generativ AI, har blivit en viktig del inom mjukvaruutveckling för kodgenerering. Det finns dock alltid en risk att den genererade koden inte uppfyller programmerarens avsikt och innehåller fel eller buggar som kan förbli oupptäckta. För att motverka detta föreslår vi formell verifiering av den genererade koden, vilket bör öka dess kvalitet och därmed förtroendet för den. Syfte: Detta examensarbetets syfte är att undersöka generering av kod som är bååde funktionellt korrekt och verifierbar genom att implementera och utvärdera fyra prompt-metoder samt en ny lösning genom reinforcement learning. Detta för att öka robusthet inom kodgenerering genom unit-test och verifieringsbelöningar. Metoder: Vi använde Rapid Literature Review (RLR) och Design Science metodik för att få en solid översikt över det nuvarande tillståndet för robust kodgenerering. Från RLR:en och relaterade arbeten utvärderade vi följande fyra prompt-metoder: Base prompt, Documentation prompting, In-context learning och Documentation + In-context learning. Dessutom fine-tune:ade vi en modell med Proximal Policy Optimization (PPO) för denna uppgift. Resultat: Vi mätte funktionell korrekthet- och verifieringsvinst-statistiken samt andra mätvärden för de fyra föreslagna prompten på åtta modellkonfigurationer, inklusive den PPO fine-tune:ade LLM:en. Våra resultat visar på MBPP datasetet att i genomsnitt hade In-context learning den högsta funktionella korrektheten vid 29,4% pass@1, Documentation prompting hade den högsta verifierbarheten vid 8,48% verifiable@1, och slutligen hade In-context learning mest funktionellt korrekta verifierbara kod vid 3.2% pass@1 & verifiable@1. Utöver detta visade den PPO fine-tune:ade modellen konsekventa förbättringar gentemot den förtränade basmodellen. Slutsatser: Vi fann att In-context learning med den fine-tune:ade PPO-modellen gav de bästa övergripande resultaten över de flesta mätvärden jämfört med de andra metoderna. Den PPO fine-tune:ade modellen med In-context learning resulterade i 32.0% pass@1, 12.8% verifiable@1, och 5.0% pass@1 & verifiable@1. Documentation prompting va bättre för verifable@1, men den fungerade inte lika bra för de andra mätvärdena. Documentation + In-context learning hamnade mellan Documentation prompting och In-context learning prestationsmässigt. Base prompt presterade sämst av de utvärderade metoderna. För framtida arbete ser vi flera förbättringar av träningen av PPO-modellen. Dessa innefattar, men är inte begränsade till, träning med Nagini dokumentation samt användning av expert iteration för att bygga ett dataset i syfte att iterativt förbättra modellen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:bth-26317 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Al-Mashahedi, Ahmad, Ljung, Oliver |
| Publisher | Blekinge Tekniska Högskola, Institutionen för datavetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0019 seconds