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。
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。
6 e# N+ ?. W# t9 ^% B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。
+ ^1 N; G* A1 `0 h1 I1 S) _9 q

" ~/ [8 V( P# z7 e
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。
2 b! v) `4 J7 _0 y' w% }% L) {

3 h# X9 X! q; U6 T: H' W. |% p5 B
1 R5 M. v6 }" d) l: y4 B2 s8 w代码地址：
https://github.com/jaymody/picoGPT/blob/29e78cc52b58ed2c1c483ffea2eb46ff6bdec785/gpt2_pico.py#L3-L58
3 L1 L; m' E3 d. w, C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。



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。



& ?- R- K% R5 |$ i  n% U! L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。
/ \. U: w: y9 O/ o0 q9 G项目介绍
设置
/ |+ j) q7 ]; M7 d2 @+ W# X  [这一章节主要介绍了如何设置编码器、超参数以及参数。
; W0 ?8 J, ?. \- E3 ?7 d9 j
, C  r$ ^1 i9 S, |& a; ?  e

你要做的，首先是克隆代码库：
' s) D! ]  `5 q* ?

& f& Q# ]( U0 l* o$ o) T9 G
然后安装依赖项：
! w! q: x6 Y  Z0 \9 b
9 W0 }: `' C9 J
6 O5 _3 N' j( F* P7 j: I. |
* U* H  f4 F9 V1 O; i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：
( |- i5 I1 K1 |  V/ d; u* aencoder.py：包含 OpenAI BPE Tokenizer 的代码，直接取自 gpt-2 repo；
) u' }9 A8 c8 b  J$ B, Ogpt2.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。
5 _$ f7 g# W/ J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：

7 {5 Z5 Z8 w' Z

2 D1 M1 U& i: b; I# X然后将下列代码复制到 gpt2.py 中：
: a0 s2 I/ Q" ]1 k8 w& a

) P. `6 x7 p1 p3 m( V6 c1 D
上述代码包含 4 个主要部分：
) h% i1 w( x! {gpt2 函数是本次实现 GPT 的实际代码；
8 v  o9 G/ w$ `% P0 x+ N& n* I4 ~generate 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"。
main 函数包含有 encode、hparams、params 参数，执行下列代码：

- W& E* ]! G9 |5 ]! |5 S  r

$ _7 R8 a  f  l: C" 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：
9 P$ k/ p: L; {: x) y


实际的 token 长这个样子：

. m; T8 X# B! `! U/ ]$ B
$ A' A1 R$ ]4 D  P1 N3 \
; S" }! i( S! q  f/ F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 .）。
BPE 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：


# t: [. x4 T2 `. `/ M/ c. I0 A  H  t
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。
8 ^) \0 g/ {* h6 R, d% A% M

; L4 @( C6 h3 A0 I8 I3 }( U1 `/ I9 D
/ @' Z: x2 J: ?& ]$ ?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：



" d& ^9 o3 d- G1 ^7 [; c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：

* c) ~6 E9 ?& O, r  T2 g
  `" s$ Q# F/ t; b) d; Q( b% J
" G8 r1 e/ t% z  R+ ]GPT 架构
8 t2 W* n7 s5 H' t1 Z& h  R, Y9 r这部分介绍 GPT 自身架构。
+ z1 J1 K% h" ~7 K
6 V- J& o- z- W4 C) q4 o5 r

; n" n! y/ u& |2 j# _4 b6 Q& W! K% qTransformer 架构如下：


+ h8 D" f1 P. l. E! {
* j5 b1 D: U# M% ^- V0 G. v% N& t7 FTransformer 仅使用解码器堆栈（图的右侧部分）：
/ c# x7 b" C' o4 D1 n9 [# f# e+ A

& H% b! l  d( _2 s, K3 k. D9 z
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。
2 p! Y/ |# F8 I+ @在高层次上，GPT 体系架构有以下三个部分：
% K3 ^5 Y: h' x* m! w文本 + 位置嵌入；
7 X* C5 ~: L# E- g1 jTransformer 解码器堆栈；
投影到词汇表。
代码就像下面这样：
: I" c7 @& [% Y; q0 J, q, X
8 B1 }9 E" j# K
+ Q. T( B( B& _- _3 Y
代码部分截图
: M! P! U$ {8 T& E& s: M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。
/ P! c0 \, o6 T4 f& @& W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）。
作者通过以下方式测试结果：

) q, O0 {+ V* A  R
0 J$ {0 l$ {/ H) m+ a$ O" W( b
$ M" N1 B' _: t" q4 s% m输出结果如下：



正如作者说的：这次实验成功了。
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。
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
. A- j2 D2 ^! v7 ^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：
ChatGPT 及 OpenAI 大事件时间轴
概念 · 真正搞懂 ChatGPT：共 3 篇文章
5 x( e: v1 z- V4 T6 K/ u5 I0 M研究 · GPT 家族更迭：共 16 篇文章
2 J% ]& R/ Y. m! h7 a  R八年 · OpenAI 的历史与现在：共 13 篇文章
干货 · GPT 相关研究与技术：共 18 篇文章
4 H5 V1 G/ g  a$ V9 I3 f) a4 S观点 · 专家谈 ChatGPT：共 8 篇文章
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THE END
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