4个维度讲透ChatGPT技术原理，揭开ChatGPT神秘技术黑盒！

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目录

前言

一、Tansformer架构模型

二、ChatGPT原理

三、提示学习与大模型能力的涌现 

3.1 提示学习

3.2 上下文学习

3.3 思维链

四、行业参考建议 

4.1 拥抱变化

4.2  定位清晰

4.3  合规可控

4.4  经验沉淀

五、文末推荐与福利

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前言

       在2022年11月30日，ChatGPT模型问世后，立即在全球范围内掀起了轩然大波。AI领域的专业人士和普通人都在讨论ChatGPT引人注目的交互体验和惊人的生成内容，重新认识到人工智能的巨大潜力和价值。对于AI从业者而言，ChatGPT模型开拓了新的思路，不再把大型模型看作仅仅是玩弄性能的工具，而是更加关注高质量数据的重要性，坚信“多少数据就有多少智能”。

        ChatGPT模型的出色表现使得许多人在许多任务上转向研究大型模型，即使是零样本或少样本数据，也能达到最先进的效果。

        不仅Google提出了与ChatGPT类似的Bard模型，国内也涌现出了许多中文大型模型，例如百度的“文心一言”、阿里的“通义千问”、商汤的“日日新”、知乎的“知海图AI”、清华智谱的“ChatGLM”、复旦的“MOSS”、Meta的“Llama1&Llama2”等等。

        Alpaca模型的问世证明，尽管它的参数规模达不到ChatGPT的水平，但它显著降低了大型模型的计算成本，使得普通用户和一般企业也能够利用大型模型。此前一直强调的数据问题现在可以通过GPT-3.5或GPT-4接口来获取数据，而且数据质量相当高。如果只需要基本的模型效果，那么是否再次对数据进行精细标注已经不那么重要了（当然，要获得更好的效果，仍然需要更精确的数据）。

一、Tansformer架构模型

        预训练语言模型的本质是通过从海量数据中学到语言的通用表达，使得在下游子任务中可以获得更优异的结果。随着模型参数不断增加，很多预训练语言模型又被称为大型语言模型（Large Language Model，LLM）。不同人对于“大”的定义不同，很难说多少参数量的模型是大型语言模型，通常并不强行区分预训练语言模型和大型语言模型之间的差别。

        预训练语言模型根据底层模型网络结构，一般分为仅Encoder架构模型、仅Decoder架构模型和Encoder-Decoder架构模型。其中，仅Encoder架构模型包括但不限于BERT、RoBerta、Ernie、SpanBert、AlBert等；仅Decoder架构模型包括但不限于GPT、CPM、PaLM、OPT、Bloom、Llama等；Encoder-Decoder架构模型包括但不限于Mass、Bart、T5等。

二、ChatGPT原理

        ChatGPT训练的整体流程主要分为3个阶段，预训练与提示学习阶段，结果评价与奖励建模阶段以及强化学习自我进化阶段；3个阶段分工明确，实现了模型从模仿期、管教期、自主期的阶段转变。

        在模型的第一阶段，也就是模仿期，主要注重于学习各种指令性任务。在这个阶段，模型并没有自我判断或意识，而更多地是在模仿人类行为的过程中学习。它通过不断地学习人类标注的结果，使自己的行为具有一定程度的智能。然而，仅仅进行模仿往往会导致机器学习变得呆板和机械。

        在第二阶段，也就是管教期，优化的重点发生了转变。这个阶段的关注点不再是教导机器如何回答问题，而是教导机器如何判断回答的质量。在第一阶段，我们希望机器可以使用输入X来模仿学习输出Y'，并努力使Y'与原始标注的Y相一致。但在第二阶段，我们希望多个模型在对输入X产生多个可能的答案（Y1、Y2、Y3、Y4等）时，能够自行评估这些答案的优劣情况。

        一旦模型具备了一定的判断能力，我们认为它已经完成了第二阶段的学习，可以进入第三阶段，也就是自主期。在自主期，模型需要通过互相交流的方式来自我进化。这意味着它不仅会生成多个可能的输出结果，还会评估这些结果的质量，并基于不同输出的效果来调整模型参数，从而实现自我强化学习的过程。

        综上所述，可以将ChatGPT的这三个阶段类比为人类成长的三个阶段：模仿期的目标是获得基本知识，管教期的目标是培养判断能力，自主期的目标是不断完善自己，逐渐掌握万事万物。

三、提示学习与大模型能力的涌现 

        ChatGPT模型发布后，因其流畅的对话表达、极强的上下文存储、丰富的知识创作及其全面解决问题的能力而风靡全球，刷新了大众对人工智能的认知。提示学习（Prompt Learning）、上下文学习（In-Context Learning）、思维链（Chain of Thought，CoT）等概念也随之进入大众视野。市面上甚至出现了提示工程师这个职业，专门为指定任务编写提示模板。

        提示学习被广大学者认为是自然语言处理在特征工程、深度学习、预训练+微调之后的第四范式。随着语言模型的参数不断增加，模型也涌现了上下文学习、思维链等能力，在不训练语言模型参数的前提下，仅通过几个演示示例就可以在很多自然语言处理任务上取得较好的成绩。

3.1 提示学习

        提示学习是在原始输入文本上附加额外的提示（Prompt）信息作为新的输入，将下游的预测任务转化为语言模型任务，并将语言模型的预测结果转化为原本下游任务的预测结果。

        以情感分析任务为例，原始任务是根据给定输入文本“我爱中国”，判断该段文本的情感极性。提示学习则是在原始输入文本“我爱中国”上增加额外的提示模板，例如：“这句话的情感为{mask}。”得到新的输入文本“我爱中国。这句话的情感为{mask}。”然后利用语言模型的掩码语言模型任务，针对{mask}标记进行预测，再将其预测出的Token映射到情感极性标签上，最终实现情感极性预测。

3.2 上下文学习

        上下文学习可以看作提示学习的一种特殊情况，即演示示例看作提示学习中人工编写提示模板（离散型提示模板）的一部分，并且不进行模型参数的更新。

        上下文学习的核心思想是通过类比来学习。对于一个情感分类任务来说，首先从已存在的情感分析样本库中抽取出部分演示示例，包含一些正向或负向的情感文本及对应标签；然后将其演示示例与待分析的情感文本进行拼接，送入到大型语言模型中；最终通过对演示示例的学习类比得出文本的情感极性。

         这种学习方法也更加贴近人类学习后进行决策过程，通过观察别人对某些事件的处理方法，当自己遇到相同或类似事件时，可以轻松地并很好地解决。

3.3 思维链

        大型语言模型横行的时代，它彻底改变了自然语言处理的模式。随着模型参数的增加，例如：情感分析、主题分类等系统-1任务（人类可以快速直观地完成的任务），即使是在少样本和零样本条件下均可以获得较好的效果。但对于系统-2任务（人类需要缓慢而深思熟虑的思考才能完成的任务），例如：逻辑推理、数学推理和常识推理等任务，即使模型参数增加到数千亿时，效果也并不理想，也就是简单地增加模型参数量并不能带来实质性的性能提升。

        Google于2022年提出了思维链（Chain of thought，CoT）的概念，来提高大型语言模型执行各种推理任务的能力。思维链本质上是一种离散式提示模板，主旨是通过提示模板使得大型语言模型可以模仿人类思考的过程，给出逐步的推理依据，来推导出最终的答案，而每一步的推理依据组成的句子集合就是思维链的内容。

        思维链其实是帮助大型语言模型将一个多步问题分解为多个可以被单独解答的中间步骤，而不是在一次向前传递中解决整个多跳问题。

四、行业参考建议 

4.1 拥抱变化

        与其他领域不同，AIGC领域是当前变化最迅速的领域之一。以2023年3月13日至2023年3月19日这一周为例，我们经历了清华发布ChatGLM 6B开源模型、openAI将GPT4接口发布、百度文心一言举办发布会、微软推出Office同ChatGPT相结合的全新产品Copilot等一系列重大事件。

        这些事件都会影响行业研究方向，并引发更多思考，例如，下一步技术路线是基于开源模型，还是从头预训练新模型，参数量应该设计多少？Copilot已经做好，办公插件AIGC的应用开发者如何应对？

        即便如此，仍建议从业者拥抱变化，快速调整策略，借助前沿资源，以加速实现自身任务。

4.2  定位清晰

        一定要明确自身细分赛道的目标，例如是做应用层还是底座优化层，是做C端市场还是B端市场，是做行业垂类应用还是通用工具软件。千万不要好高骛远，把握住风口，“切准蛋糕”。定位清晰并不是指不撞南墙不回，更多的是明白自身目的及意义所在。

4.3  合规可控

        AIGC最大的问题在于输出的不可控性，如果无法解决这个问题，它的发展将面临很大的瓶颈，无法在B端和C端市场广泛使用。在产品设计过程中，需要关注如何融合规则引擎、强化奖惩机制以及适当的人工介入。从业者应重点关注AIGC生成内容所涉及的版权、道德和法律风险。

4.4  经验沉淀

        经验沉淀的目的是为了建立自身的壁垒。不要将所有的希望寄托于单个模型上，例如我们曾经将产品设计成纯文本格式，以便同ChatGPT无缝结合，但最新的GPT4已经支持多模态输入。我们不应气馁，而是要快速拥抱变化，并利用之前积累的经验（数据维度、Prompt维度、交互设计维度）快速完成产品升级，以更好地应对全新的场景和交互形态。

        虽然AIGC的浪潮下存在不少泡沫，但只要我们怀揣着拥抱变化的决心，始终明确我们要到达的远方，认真面对周围的风险危机，不断在实战中锻炼自身的能力，相信终有一天，会到达我们心中所向往的目的地。

五、文末推荐与福利

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内容简介：

       这是一本系统梳理并深入解析ChatGPT核心技术、算法实现、工作原理、训练方法的著作，也是一本能指导你搭建专属ChatGPT和实现大模型迁移及私有化的著作。本书得到了MOSS系统负责人邱锡鹏等多位专家的高度评价和鼎力推荐。
具体地，通过本书你能了解或掌握以下知识：

• ChatGPT的工作流程和技术栈
• ChatGPT的工作原理和算法实现
• 基于Transformer架构的一系列预训练语言模型的原理
• 强化学习的基础知识
• 提示学习与大模型涌现出的上下文学习、思维链
• 大模型的训练方法及常见的分布式训练框架

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