5分钟读懂LLM：DeepSeek、ChatGPT背后的核心技术

LLM（Large Language Model）是大型语言模型的简称，像DeepSeek、ChatGPT等都属于不同公司开发的LLM。你可以把它想象成一个超级聪明的聊天机器人和写作助手，它通过学习了海量文字资料，变得非常擅长理解和生成人类语言。简单来说，它能听懂你说什么，也能像模像样地跟你聊天、写文章等等。

1、LLM到底是什么？

咱们先拆开看看：

• 基本定义： LLM是一种参数规模庞大（通常包含数亿至数万亿参数）的生成式模型，通过预训练和微调两大阶段学习语言规律。其训练数据涵盖互联网文本、书籍、对话记录等，能够捕捉词语间的复杂关系，生成符合上下文语境的文本

• 大型 (Large):
  参数规模大：例如GPT-3拥有1750亿参数，PaLM2参数规模达5400亿。
  数据规模大：训练数据通常达数千亿至数万亿词元（token）

  

所以，LLM合起来就是：一个超级超级厉害的语言“学霸”，它通过学习大量的文字，掌握了人类语言的规律，然后就能做很多事情：

• 跟你聊天： 你可以像跟朋友一样跟它说话，问它问题，它会尽力理解你的意思并给出回答。
• 帮你写东西： 你可以让它帮你写邮件、写文章、写诗，甚至写代码！当然，它写出来的东西可能还需要你稍微修改一下。
• 总结信息： 你给它一篇很长的文章，它可以帮你提炼出最重要的信息。
• 翻译语言： 它可以帮你把一种语言翻译成另一种语言。
• 生成各种文本： 比如，你给它一些关键词，它可以帮你生成一段相关的文字。

举个例子：

就像你用手机上的输入法打字，它会根据你已经输入的内容，预测你接下来想输入什么词语，这就是一个简单的语言模型在工作。而LLM就像一个超级升级版的输入法，它能理解更复杂的语境，生成更长的、更连贯的文本。

总而言之，LLM就是一个非常强大的、能够理解和生成人类语言的计算机程序，它通过学习大量的文本数据，变得非常“聪明”，能够帮助我们处理各种与语言相关的任务。

2、LLM工作原理

咱们来详细介绍一下LLM（大型语言模型）的原理，我会尽量用通俗易懂的方式来解释。你可以把LLM想象成一个非常非常聪明的语言学习机器，它的“聪明”来自于学习了海量的文本数据。

核心原理：预测下一个词语

LLM最核心的原理其实非常简单：预测序列中的下一个词语。

想象一下，你正在输入一句话：“今天天气真…”。你大脑里可能会自动浮现出很多可能的下一个词，比如“好”、“不错”、“糟糕”等等。LLM的工作方式跟这个很像，只不过它比你的大脑要厉害得多，因为它学习了海量的文本数据，知道在什么语境下哪个词语出现的可能性更高。

关键技术：Transformer架构

现在主流的LLM，比如GPT系列、BERT系列等等，都基于一种叫做 Transformer 的神经网络架构。这个架构是让LLM变得如此强大的关键。Transformer架构主要包含以下几个核心组件：

1. 嵌入层 (Embedding Layer):

• 当你输入一段文字时，首先每个词语都会被转换成一个叫做“词向量”的东西。你可以把词向量想象成一个包含了这个词语各种信息的数字列表。比如，“猫”这个词的词向量可能会包含“动物”、“可爱”、“有胡须”等信息。
• 这样做的好处是，计算机可以更好地理解词语之间的关系。比如，“猫”和“狗”的词向量在某种程度上会比较接近，因为它们都是动物。

2. 自注意力机制 (Self-Attention Mechanism):

• 这是Transformer架构中最核心、最关键的部分。它的作用是让模型在处理一个句子中的某个词语时，能够同时关注到句子中的其他词语，从而更好地理解这个词语的含义。
• 举个例子，在句子“小明喜欢踢足球，他踢得很好”中，当模型处理“他”这个词的时候，自注意力机制会帮助模型注意到“他”指的是“小明”，而不是“足球”。
• 你可以把它想象成，当你在阅读一篇文章的时候，你会根据上下文来理解每个词语的意思。自注意力机制就是让模型也具备这种能力。
• 模型会对句子中的每个词语都计算出一个“注意力权重”，权重高的词语表示模型认为它与当前正在处理的词语更相关。

3. 多头注意力 (Multi-Head Attention):

• 为了让模型能够从不同的角度去理解词语之间的关系，Transformer使用了多个“注意力头”。每个注意力头都进行一次自注意力计算，然后将结果合并起来。
• 这就像你从不同的角度观察一个事物，可以获得更全面的认识。

4. 前馈神经网络 (Feed-Forward Neural Network):

• 在自注意力机制之后，每个词语的表示会通过一个前馈神经网络进行进一步的处理，提取更复杂的特征。

5. 位置编码 (Positional Encoding):

• 由于Transformer架构本身并没有像循环神经网络（RNN）那样天然的时序性（即知道词语的先后顺序），因此需要通过位置编码来告诉模型句子中每个词语的位置信息。

6. 层归一化和残差连接(Layer Normalization and Residual Connections):

• 这些是训练深度神经网络常用的技术，可以帮助模型更好地训练，避免梯度消失等问题。

训练过程：海量数据和预测任务

LLM之所以能够如此强大，很大程度上归功于其庞大的训练数据和训练方式：

1. 海量文本数据： LLM通常会在非常庞大的文本数据集上进行训练，这些数据可能包括互联网上的网页、书籍、新闻文章、代码等等。数据量越大，模型学到的语言规律就越多，能力也就越强。

2. 无监督学习 (Self-Supervised Learning)： LLM的训练通常采用一种叫做“无监督学习”的方式。这意味着我们不需要人工标注大量的数据来告诉模型什么是对的，什么是错的。

• 掩码语言模型： 随机遮盖输入文本中的一些词语，然后让模型预测被遮盖的词语是什么。这迫使模型理解上下文信息。

• 下一个句子预测： 给模型两个句子，让它判断第二个句子是不是第一个句子的下一个句子。这帮助模型理解句子之间的逻辑关系。

• 最常见的训练任务就是“掩码语言模型(Masked Language Model)”和“下一个句子预测 (Next Sentence Prediction)”（在早期的模型中，比如BERT）。

• 对于像GPT这样的生成式模型，主要的训练任务是语言模型 (Language Modeling)”，也就是给定一段文本，让模型预测下一个最有可能出现的词语。模型会不断地预测下一个词，直到生成完整的文本。

3. 反向传播和梯度下降： 在训练过程中，模型会不断地预测下一个词语，并将其与实际的下一个词语进行比较，计算出“损失”。然后，模型会通过反向传播和梯度下降等优化算法来调整自身的参数，使得预测结果越来越接近真实答案。

预训练和微调 (Pre-training and Fine-tuning)

LLM的训练通常分为两个阶段：

1. 预训练 (Pre-training): 在海量的通用文本数据上进行训练，让模型学习到通用的语言知识和模式。这个阶段通常需要消耗大量的计算资源和时间。
2. 微调 (Fine-tuning): 在特定的任务数据集上进行训练，让模型更好地适应特定的任务。比如，如果你想让LLM做情感分析，你可以在一个标注了情感的文本数据集上对预训练好的模型进行微调。

总结一下LLM的原理：

• 核心是预测下一个词语。
• 主要基于Transformer架构，核心组件是自注意力机制，让模型能够理解上下文。
• 通过在海量文本数据上进行无监督学习来训练，学习语言的规律。
• 通常分为预训练和微调两个阶段。

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