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
* I, ^/ |  N( `/ Y* E5 T机器之心编辑部
GPT 模型实现起来有时也很简单。
% {" O; a; c* S2 q. B' t; r0 I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。
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。
( o4 n5 e4 x# i+ @0 K2 |


- V, a9 s3 P" D+ w7 l3 V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。
) k' }: w9 L+ J3 D5 j$ z2 p. E
# J, \7 g( C$ l3 a

( |, b, Q/ j: v! N6 v+ g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。
0 H2 E9 W  E. {* [0 A% ~& v
  b/ w  _1 C+ o1 v* K1 V

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。


' Q6 T2 X7 d4 Z% M& L( T
' ?$ b7 l: w+ Q7 Z* p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
设置
0 t; ?" G) y( z9 ]$ ?' C这一章节主要介绍了如何设置编码器、超参数以及参数。
- K) j) t- A% A1 z


. h. @$ W9 R3 ]* y5 Q% D# u# x你要做的，首先是克隆代码库：



8 s9 e# |( d: j" h- @+ d1 f然后安装依赖项：
' z6 V6 C) G- C9 Z$ Q$ H. _$ m
+ t/ L% G* S! C0 C5 D3 |

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：
; O; Q5 P: K) D/ Qencoder.py：包含 OpenAI BPE Tokenizer 的代码，直接取自 gpt-2 repo；
+ V( w  j. N: Y4 M' [. d/ [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。
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! ~+ d$ L1 Z1 G8 b' O9 U然后将下列代码复制到 gpt2.py 中：
4 K* `+ m: y. z% B: [

( U8 |/ i/ d  z) ~: Z/ c
上述代码包含 4 个主要部分：
gpt2 函数是本次实现 GPT 的实际代码；
- N& B% A/ b& z. t% }7 cgenerate 函数实现自回归解码算法；
main 函数；
5 k% a7 s$ @9 f4 m' lfire.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：
4 P- P; `2 }: F* x7 n


* K& p2 V# @( w& y, P5 f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：


/ U" C% ~& {& a& P+ {) Y7 L
实际的 token 长这个样子：

5 x% P. A6 {5 \4 S" V. A5 q" I

7 m  A! ^5 Z- [8 x# A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：
; M6 H1 i$ ?( M& i


) f0 k5 \' ^" z+ Q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。
5 a+ Y) Z) X! B

' h  i1 n0 ]' J/ K0 D
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：

3 a' C' F; H3 T4 u
; E& l, b0 K" t$ f
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：
; K1 g1 m* _4 l# V$ Y) u) \+ f" Q$ Q


3 e! y4 _, h% x2 x7 vGPT 架构
, T. ^# h( z2 V% L, K这部分介绍 GPT 自身架构。



Transformer 架构如下：

5 S$ d9 U% q' }' Q

Transformer 仅使用解码器堆栈（图的右侧部分）：

8 n9 M7 }; M# Y9 x# e3 m( p7 H
+ \7 ^% V3 w, t  L
# \, u! [. X" A$ I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。
在高层次上，GPT 体系架构有以下三个部分：
文本 + 位置嵌入；
Transformer 解码器堆栈；
4 w/ U/ \$ \; u/ q; z投影到词汇表。
代码就像下面这样：


' N5 }8 T3 ?0 K3 x. G
/ @" h& B. }9 ~& C; J! Y代码部分截图
- R0 |6 e0 r( ^! Z9 {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。
, O7 l, X% e8 r  r: P4 O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：


: l) g, t4 T0 K+ |* {+ n: l
输出结果如下：


7 k6 }  C$ p7 t$ i& I8 c
3 T8 z3 _6 ^  g# `6 L' ~1 v- R" |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。
! n- I% F: g; D7 O2 a- B原文链接：https://jaykmody.com/blog/gpt-from-scratch/#basic-layers
% O3 g" ]" n  E$ i& S. C& V全面学习 ChatGPT，机器之心准备了 89 篇文章合集
$ p: |8 V& s+ B4 C. s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
研究 · GPT 家族更迭：共 16 篇文章
. x' e9 `8 C. m八年 · OpenAI 的历史与现在：共 13 篇文章
5 M) J* P, t( `: q4 q$ [2 I. g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
行业 · 同类产品：共 8 篇文章
THE END
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