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
9 g+ C4 Y. L; H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。
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。
  j9 ]' q5 Q9 @( i  P# F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。


( O6 K2 x$ B! u: Q
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。
7 {: @* k! W9 l8 d0 [


. L1 t0 s2 ~8 c9 z+ ^0 P; X代码地址：
" D0 V9 _( ~& x$ qhttps://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。

# |4 s1 k! K2 u, H2 s2 s$ g% o& a& I

% F0 f9 A2 z; a1 w2 B; u7 \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。

9 D) r* y# @: x+ N6 l+ V8 R

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。
6 }) D/ n' p9 }( c+ z! S& ~% r项目介绍
设置
/ `) N) T  b' W# Z$ N3 ^这一章节主要介绍了如何设置编码器、超参数以及参数。
8 ~- L/ U8 n, b. J4 A5 Q+ h

& Y  X4 s+ ~9 x; p( ?; h2 h
9 k5 ?7 @/ u4 k( C8 Y2 ]' g: H' k你要做的，首先是克隆代码库：
  {' u5 |& A* I, ?/ [: n0 k& j7 S
" a* o4 M/ c$ g4 x" @4 e

0 {3 X( j- {( Z3 H: R然后安装依赖项：

$ ]" f# n; s' X5 q+ V% E
9 d5 x0 O- _' e; o- ~, |
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：
encoder.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。
1 V; I$ U' w1 I& O/ C4 i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：
; c( O$ z& d$ t; m# b6 R
9 D- ?; u3 S! v$ ^( }
' {) n; a; |/ s: v8 e; t# s
然后将下列代码复制到 gpt2.py 中：



$ |# }3 x: Z& ]# E+ O' x上述代码包含 4 个主要部分：
1 w6 |3 ^$ p: c+ ggpt2 函数是本次实现 GPT 的实际代码；
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：
6 M  L5 u  }4 b: j7 J


+ o' ?/ c2 Z9 P7 A7 v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：



实际的 token 长这个样子：



7 J. b4 @. V- j/ L5 t0 ~& g2 Y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. I3 G* t. \7 ^& L% Z* I
8 C; n4 g* M3 M6 y" t' B. f
1 ^) i7 Y2 S# G/ T  A8 I0 s
1 s3 [) ~0 m2 X4 ^5 s% h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。
# a+ I- u9 W# G  f. Z4 t
$ h* M* @9 p7 }" `
2 T3 A! R& s8 i3 r1 g
2 J2 B: o, l9 u* }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：


- P( P7 r0 W' E7 ^
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：
/ B; _2 ~: f7 a, [
5 w% [3 s5 ~/ K9 v# M$ }& O
6 F' R3 A' m* p" S6 f# \
. s2 R+ U; M5 F  n5 S0 \$ C$ pGPT 架构
这部分介绍 GPT 自身架构。


; a( w4 ~+ c; e; {- a
Transformer 架构如下：
2 z: N: T1 h+ ^# B( R) H5 ]

0 _+ n& S* \6 s, m2 G
Transformer 仅使用解码器堆栈（图的右侧部分）：
* c4 T/ l0 X1 R* \

9 m' s4 A4 q! Y3 E) 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。
: u9 W/ Y. k: s& R+ F在高层次上，GPT 体系架构有以下三个部分：
文本 + 位置嵌入；
- b( X/ I" k" z7 |+ p' ITransformer 解码器堆栈；
投影到词汇表。
' d( r; ]8 S4 \: x' r- F  x; v1 _5 B代码就像下面这样：


( N0 x$ Y. m) `
代码部分截图
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）。
作者通过以下方式测试结果：
2 s, F- k( X" S0 a9 U+ k

2 D% P/ Q4 {( z2 W8 p; j
$ V0 S8 N3 G  d输出结果如下：
& {* v6 }: b$ T


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。
4 d) D% j4 E, B: ^# ^. Q: i原文链接：https://jaykmody.com/blog/gpt-from-scratch/#basic-layers
( o0 e" F7 f0 b0 m( }( Q) y, o全面学习 ChatGPT，机器之心准备了 89 篇文章合集
( G/ Z, E5 w+ d7 @+ y1 H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：
/ I; |0 C7 ]$ Y( N6 zChatGPT 及 OpenAI 大事件时间轴
( W+ H* z/ G0 E& u4 [9 |* W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
* g' e7 b4 J# p- [+ D! y. R干货 · GPT 相关研究与技术：共 18 篇文章
; l% T+ y+ F% t1 i3 J' F0 ^' t观点 · 专家谈 ChatGPT：共 8 篇文章
行业 · 应用与探索：共 23 篇文章
  p: e. ^0 j1 [/ p4 A行业 · 同类产品：共 8 篇文章
5 P0 w1 k7 i$ ^5 W1 V' k8 T THE END
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