【大模型】初识大模型（非常详细）零基础入门到精通，收藏这一篇就够了

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1、大模型的定义

大模型（Large Model）是指参数规模庞大、训练数据量巨大且计算资源需求极高的机器学习模型，通常属于深度学习领域。这类模型通过海量数据和复杂结构，能够捕捉更抽象的模式，完成多种复杂任务。

2、大模型的基本原理与特点

大模型（Large Model）是当前人工智能领域的核心技术范式，其核心原理是通过海量数据训练超大规模参数模型，以实现通用智能能力。以下是其基本原理与核心特点的详细解析：

2.1、基本原理

2.1.1 架构基础：Transformer 模型

注意力机制（Self-Attention）：
允许模型动态关注输入序列中不同位置的相关性，解决了传统RNN的长程依赖问题。例如，在句子“The cat didn’t eat because it was full”中，模型能自动关联“it”与“cat”。
并行计算优势：
不同于RNN的序列处理，Transformer可同时处理所有输入位置，极大提升训练效率。

2.1.2 训练范式：预训练 + 微调

预训练（Pre-training）：
在无标注数据（如互联网文本）上通过自监督学习（Self-supervised Learning）训练，例如：

语言模型任务：预测下一个词（GPT系列）。
掩码语言模型：预测被遮盖的词（BERT）。
微调（Fine-tuning）：
在特定任务（如问答、翻译）的小规模标注数据上调整模型参数，实现任务适配。

2.1.3 缩放定律（Scaling Laws）

模型性能与参数量、数据量、计算量呈幂律关系。例如：

参数翻倍，性能按固定比例提升（如代码生成错误率下降20%）。
数据不足时，增加参数可能导致过拟合。

2.1.4 分布式训练技术

数据并行：将数据分片到多个GPU同时计算。
模型并行：拆分模型参数到不同设备（如TPU Pods训练GPT-3）。
混合精度训练：使用FP16/FP32混合计算，节省显存并加速。

2.2、核心特点

2.2.1 参数规模突破（Scale is All You Need）

参数量级：从百万级（ResNet）到万亿级（GPT-4）。
性能跃迁：参数超过百亿后，模型涌现出零样本学习、复杂推理等能力。
示例：GPT-3（175B参数）可生成代码、写诗，而GPT-2（1.5B参数）能力显著受限。

2.2.2数据驱动的通用性

多模态数据融合：同时学习文本、图像、音频（如PaLM-E模型）。
跨任务泛化：同一模型可处理翻译、摘要、问答等任务，无需重新设计架构。

2.2.3 涌现能力（Emergent Abilities）

定义：当模型规模超过临界值（如100B参数）时，突然表现出的新能力。

典型能力：

零样本学习：无需示例直接执行任务（如“将句子翻译成法语：{输入}”）。
思维链（Chain-of-Thought）：分步骤解决数学问题（如“首先计算A，然后推导B”）。
上下文学习（In-context Learning）：通过提示词（Prompt）调整输出风格。

2.2.4 高算力依赖与成本

训练成本：

GPT-3训练需3.14×10²³次浮点运算，消耗约1.287GWh电力（相当于120个美国家庭年用电量）。
单次训练成本超千万美元。

推理成本：

GPT-4生成1000个token成本约0.06美元（API定价），实时响应依赖GPU集群。

2.2.5 模型即服务（MaaS）

云端部署：通过API提供能力（如OpenAI API、文心一言）。
垂直领域适配：企业可基于基座模型（如LLaMA）微调私有模型（如法律、医疗场景）。

2.3、与传统模型的对比

维度	传统模型（如ResNet、LSTM）	大模型（如GPT-4、PaLM）
参数量级	百万~十亿级	百亿~万亿级
训练数据	标注数据为主	无标注互联网级数据
泛化能力	单一任务专用	跨任务、跨领域通用
计算需求	单卡/小集群训练	千卡级GPU/TPU集群
应用模式	端到端部署	云端API服务

3、大模型优势

4、如何使用大模型

目前主流的训练方式主要参考OpenAI发表的关于InstructGPT相关训练步骤：

1、预训练（Pretraining）

预训练是大模型训练的第一步，目的是让模型学习语言的统计模式和语义信息。主流的预训练阶段步骤基本都是近似的，其中最重要的就是数据，需要收集大量的无标注数据，例如互联网上的文本、新闻、博客、论坛等等。这些数据可以是多种语言的，并且需要经过一定的清洗和处理，以去除噪音，无关信息以及个人隐私相关的，最后会以tokenizer粒度输入到上文提到的语言模型中。这些数据经过清洗和处理后，用于训练和优化语言模型。预训练过程中，模型会学习词汇、句法和语义的规律，以及上下文之间的关系。OpenAI的ChatGPT4能有如此惊人的效果，主要的一个原因就是他们训练数据源比较优质。

2、指令微调阶段（Instruction Tuning Stage）

在完成预训练后，就可以通过指令微调去挖掘和增强语言模型本身具备的能力，这步也是很多企业以及科研研究人员利用大模型的重要步骤。

Instruction tuning（指令微调）是大模型训练的一个阶段，它是一种有监督微调的特殊形式，旨在让模型理解和遵循人类指令。在指令微调阶段，首先需要准备一系列的NLP任务，并将每个任务转化为指令形式，其中指令包括人类对模型应该执行的任务描述和期望的输出结果。然后，使用这些指令对已经预训练好的大语言模型进行监督学习，使得模型通过学习和适应指令来提高其在特定任务上的表现。

为了让模型训练更加高效和简单，这个阶段还有一种高效的fine-tuning技术，这为普通的从业者打开了通向使用大模型的捷径。

Parameter-Efficient Fine-Tuning (PEFT)旨在通过最小化微调参数的数量和计算复杂度，达到高效的迁移学习的目的，提高预训练模型在新任务上的性能，从而缓解大型预训练模型的训练成本。在训练过程中，预训练模型的参数保持不变，只需微调少量的额外参数，就可以达到与全量微调相当的性能。

目前，很多研究对PEFT方法进行了探索，例如Adapter Tuning和Prefix Tuning等。其中，Adapter Tuning方法在面对特定的下游任务时，将预训练模型中的某些层固定，只微调接近下游任务的几层参数。而Prefix Tuning方法则是在预训练模型的基础上，添加一些额外的参数，这些参数在训练过程中会根据特定的任务进行更新和调整。

工业界现在常用的Adapter Tuning的技术是Low-Rank Adaptation（LoRA）。它通过最小化微调参数的数量和计算复杂度，实现高效的迁移学习，以提高预训练模型在新任务上的性能。LoRA 的核心思想是将预训练模型的权重矩阵分解为两个低秩矩阵的乘积。通过这种分解，可以显著减少微调参数的数量，并降低计算复杂度。该方式和机器学习中经典的降维的思想很类似，类似地，LoRA 使用了矩阵分解技术中的奇异值分解 (Singular Value Decomposition, SVD) 或低秩近似 (Low-Rank Approximation) 方法，将原始权重矩阵分解为两个低秩矩阵的乘积。

在微调过程中，LoRA 只更新这两个低秩矩阵的参数，而保持其他预训练参数固定不变。这样可以显著减少微调所需的计算资源和时间，并且在很多任务上取得了与全量微调相当的性能。

LoRA技术的引入使得在大规模预训练模型上进行微调更加高效和可行，为实际应用提供了更多可能性。

3、对齐微调（Alignment Tuning）

主要目标在于将语言模型与人类的偏好、价值观进行对齐，其中最重要的技术就是使用RLHF（reinforcement learning from human feedback）来进行对齐微调。

Step 1.预训练模型的有监督微调

先收集一个提示词集合，并要求标注人员写出高质量的回复，然后使用该数据集以监督的方式微调预训练的基础模型。

Step 2.训练奖励模型

这个过程涉及到与人类评估者进行对话，并根据他们的反馈来进行调整和优化。评估者会根据个人偏好对模型生成的回复进行排序，从而指导模型生成更符合人类期望的回复。这种基于人类反馈的训练方式可以帮助模型捕捉到更多人类语言的特点和习惯，从而提升模型的生成能力。

Step 3.利用强化学习模型微调

主要使用了强化学习的邻近策略优化（PPO，proximal policy optimization ）算法，对于每个时间步，PPO算法会计算当前产生和初始化的KL散度，根据这个分布来计算一个状态或动作的预期回报，然后使用这个回报来更新策略，达到对SFT模型进一步优化。

但是这种算法存在一些比较明显的缺点，比如PPO是on-policy算法，每一次更新都需要收集新的样本，这就会导致算法的效率低下，并且更新是在每次训练时进行的，因此策略更新比较频繁，这就会导致算法的稳定性较差。

所以当前有很多新的技术出来替代RLHF技术：

直接偏好优化（DPO）是一种对传统RLHF替代的技术，作者在论文中提出拟合一个反映人类偏好的奖励模型，将奖励函数和最优策略之间的映射联系起来，从而把约束奖励最大化问题转化为一个单阶段的策略训练问题。然后通过强化学习来微调大型无监督语言模型，以最大化这个预估的奖励。这个算法具有简单有效和计算轻量级的特点，不需要拟合奖励模型，只需要进行单阶段训练，也不需要大量的超参数调节，所以在响应质量方面也通常优于传统的RLHF。另外还有RLAIF从采样方式，生成训练奖励模型的评分的角度来替代原有的PPO的RLHF进行训练。

DPO方法

对齐微调是一个关键的阶段，这一阶段使用强化学习从人类反馈中进行微调，以进一步优化模型的生成能力。它通过与人类评估者和用户的互动，不断优化模型的生成能力，以更好地满足人类期望和需求。

Prompt提示词

Prompt技术的基本思想是，通过给模型提供一个或多个提示词或短语，来指导模型生成符合要求的输出。本质上是通过恰当的初始化参数（也就是适当的输入语言描述），来激发语言模型本身的潜力。例如，在文本分类任务中，我们可以给模型提供一个类别标签的列表，并要求它生成与这些类别相关的文本；在机器翻译任务中，我们可以给模型提供目标语言的一段文本，并要求它翻译这段文本。

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