本科生 60 行代码教你手搓 GPT 大模型，技术介绍堪比教程 ...

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机器之心报道
机器之心编辑部
GPT 模型实现起来有时也很简单。
: N9 w4 F6 i/ x. h+ N当前，大型语言模型（LLM）被认为是人工智能突破的方向。人们正在尝试用它们做各种复杂的事情，比如问答、创作、数学推理以及编写代码等。近段时间 ChatGPT 持续的爆火是最好的例证。
0 X" r/ N. E7 Q  i& q然而，对于机器学习从业者来说，大模型的门槛很高：因为体量太大难以训练，很长时间里这个方向一直被大公司垄断。不过最近，简化 GPT 模型的方法越来越多了。1 月中旬，前特斯拉 AI 高级总监 Andrej Karpathy（现已回归 OpenAI）就发布了从零开始构建 GPT 模型的完整教程。不过训练出的 GPT 和 OpenAI 的 GPT-3 比较，两者规模差距达 1 万 - 100 万倍。
近日，加拿大麦克马斯特大学的一位软件工程本科生 Jay Mody 在导入 NumPy 库下，仅用 60 行代码就从头实现了一个 GPT 模型，并将其命名为 PicoGPT。不仅如此，他还将经过训练的 GPT-2 模型权重加载到自己的实现中，并生成了一些文本。下面为 60 行代码展示。

+ E! C( j% K3 X

不过要做到这些，你需要熟悉 Python 和 NumPy，还要有一些训练神经网络的基本经验。作者表示，这篇博客旨在对 GPT 进行简单易懂的完整介绍。因此，作者只使用已经训练的模型权重来实现前向传递代码。
4 e8 W4 r4 O! P4 V
7 \1 P# A' {2 }" F: m  L; a

代码地址：
https://github.com/jaymody/picoGPT/blob/29e78cc52b58ed2c1c483ffea2eb46ff6bdec785/gpt2_pico.py#L3-L58
对于此项研究，Andrej Karpathy 给出了四个字：虽迟但到。想当初，Karpathy 构建的 minGPT 和 nanoGPT 还要 300 行代码。

% S* M' r2 B: x3 N! ]) ]

) `/ l9 G1 T" D* U, l2 _; r: ^值得一提的是，这篇教程不是完全零门槛的。为了让读者明白，作者首先介绍了什么是 GPT、它的输入、输出如何等其他内容，介绍得都非常详细。
! |2 A. d  ^4 E) q


至于 GPT 到底能干什么，作者给出了几个示例，它能写电子邮件、总结一本书、给你 instagram 标题的想法、向 5 岁的孩子解释黑洞、用 SQL 编写代码等。
通过仔细阅读这部分内容后，你能大致了解 GPT 的一些基础知识。有了这些背景介绍，接下来就是如何设置了。
项目介绍
# t9 v  T) l  z9 l3 X设置
9 `* v0 B/ }1 O, U- |这一章节主要介绍了如何设置编码器、超参数以及参数。



你要做的，首先是克隆代码库：


7 f2 U2 \; ~" o2 d
2 L4 @9 z; Q  s, N$ U+ ?5 q2 W0 e然后安装依赖项：



注意，如果你使用的是 M1 Macbook，在运行 pip install 之前，你需要在 requirements.txt 中将 tensorflow 更改为 tensorflow-macos。在这个项目下，文件包括 encoder.py、utils.py、gpt2.py、gpt2_pico.py：
1 I7 Q) V/ Y: y+ Yencoder.py：包含 OpenAI BPE Tokenizer 的代码，直接取自 gpt-2 repo；
gpt2.py：包含 GPT 模型和生成代码，可以将其作为 python 脚本运行；
gpt2_pico.py：与 gpt2.py 相同，但是代码行数更少。
4 Z" `* O; b7 L; w其中 gpt2.py 需要从头开始实现，因此你要做的是先删除 gpt2.py 并重新创建一个空文件：

/ O- ]. f: M$ G2 o+ I/ e; ]# A

然后将下列代码复制到 gpt2.py 中：
$ k1 C1 ~$ P8 p) [8 `0 S' y

: j! O9 x3 y) |& x' y) d# G' H; S4 w& X
9 n9 ]9 Q7 |( P4 _6 j上述代码包含 4 个主要部分：
- u1 P- [/ |2 {, L# H# \gpt2 函数是本次实现 GPT 的实际代码；
% T# o' ?& c: i2 n8 W+ bgenerate 函数实现自回归解码算法；
main 函数；
fire.Fire ( main ) 将文件转换为 CLI 应用程序，以便最终可以运行代码：python gpt2.py "some prompt here"。
$ F( b# ?: v) y. t0 m$ R0 nmain 函数包含有 encode、hparams、params 参数，执行下列代码：
% x. a5 s( [- ~# ]- [6 c0 p1 M3 p
( V7 ~! U9 @! k0 H9 B4 L! F9 H2 P

设置完成之后，作者开始介绍编码器、超参数、参数的一些细节内容。就拿编码器来说，本文的编码器和 GPT-2 使用的 BPE tokenizer 一样。下面是该编码器编码和解码的一些文本示例：
8 K. K) d8 S# s2 @3 g
5 a0 B# n4 {. l& C
% A$ i( z4 s: f0 r
实际的 token 长这个样子：
( x. q6 A7 e9 C7 w6 ?  i

3 `: a' t; h5 G
& H. S- I. j( u5 k. l2 Z. U需要注意，有时 token 是单词（例如 Not），有时它们是单词但前面有一个空格（例如 all， 代表一个空格），有时是单词的一部分（例如 capes 被拆分为 cap 和 es ) ，有时它们是标点符号（例如 .）。
7 r) V) v- c' c" Z6 bBPE 的一个好处是它可以对任意字符串进行编码，如果遇到词汇表中不存在的内容，它会将其分解为它能理解的子字符串：

4 s6 T, ]) ]6 N2 y9 L0 Q

$ b! e6 J) \* P. M) {更细节的内容不再赘述。接下来介绍基础神经网络，这一部分就更加基础了，主要包括 GELU、Softmax 函数以及 Layer Normalization 和 Linear。
: J: l- c, a6 S' j1 `; ~

4 l8 S" y- R/ ?
6 k1 F$ O! D7 G& X8 ?9 K每一小部分都有代码示例，例如在 Linear 部分，作者展示了标准矩阵乘法 + 偏置：



, v7 z7 Q2 E& t4 K  x4 C. V线性层从一个向量空间投影到另一个向量空间的代码如下：


6 h8 I  L8 }  n) I, T( a
+ O: M- z2 U( ?GPT 架构
' _- U& A' t. N& X. T* f3 N这部分介绍 GPT 自身架构。

- V8 J& X! F. k5 t4 u

) C# G9 d+ V. l2 u) T# v+ s' GTransformer 架构如下：
, P) f- k0 M4 E9 O


" }. \  I& M5 @* r! f3 vTransformer 仅使用解码器堆栈（图的右侧部分）：



需要注意，由于摆脱了编码器，中间的交叉注意力层也被删除了。
+ C* o  b9 g9 Z3 V在高层次上，GPT 体系架构有以下三个部分：
. z" U9 J$ D& c  n文本 + 位置嵌入；
- ?4 w7 {  X: ^' O1 C, bTransformer 解码器堆栈；
* T  U" }7 ^5 c# s3 p8 k$ u投影到词汇表。
代码就像下面这样：
4 L$ O: B, m  j. _( i6 G6 U' t


代码部分截图
8 Z3 H: d2 k4 z+ \接下来更详细地分解以上三个部分中的每一个部分，这里也不再赘述。
以上就是作者对 GPT 的实现，接下来就是将它们组合在一起并运行代码，得到 gpt2.py。它的全部内容只有 120 行代码（如果删除注释和空格，则为 60 行）。
; x+ m9 \& S+ A作者通过以下方式测试结果：
! [  |- k& E% z: v$ g+ ]
( k$ b' T" c8 y* |+ J
, q1 @  \$ y' {: Y
输出结果如下：



' k+ w( {+ G4 f/ ~) j) Z正如作者说的：这次实验成功了。
! H# Y3 ^+ h0 d本文只是跟着作者的思路大概介绍了整体流程，想要了解更多内容的小伙伴，可以参考原文链接。
0 o1 v, B* e" x; l( c原文链接：https://jaykmody.com/blog/gpt-from-scratch/#basic-layers
全面学习 ChatGPT，机器之心准备了 89 篇文章合集
7 g) @1 J: e% |4 I这是一份全面、系统且高质量的 ChatGPT 文章合集，我们筛选出来了 89 篇相关文章，设计了阅读框架与学习路径，大家可以根据自己的需求进行浏览与研读。合集内容包括：
, J+ n- w+ l9 U4 d6 oChatGPT 及 OpenAI 大事件时间轴
概念 · 真正搞懂 ChatGPT：共 3 篇文章
研究 · GPT 家族更迭：共 16 篇文章
八年 · OpenAI 的历史与现在：共 13 篇文章
+ n) m1 ^( D- s9 h( h+ S# [6 }干货 · GPT 相关研究与技术：共 18 篇文章
观点 · 专家谈 ChatGPT：共 8 篇文章
行业 · 应用与探索：共 23 篇文章
5 \) v# `; b& h1 ]行业 · 同类产品：共 8 篇文章
THE END
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