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GPT 系列可以說(shuō)是人工智能領(lǐng)域「暴力美學(xué)」的代表作了。2018 誕生的 GPT，1.17 億參數(shù)；2019 年 GPT-2，15 億參數(shù)；2020 年 GPT-3，1750 億參數(shù)。短短一年時(shí)間，GPT 模型的參數(shù)量就呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

GPT-3 發(fā)布后不久，OpenAI 即向社區(qū)開(kāi)放了商業(yè) API，鼓勵(lì)大家使用 GPT-3 嘗試更多的實(shí)驗(yàn)。然而，API 的使用需要申請(qǐng)，而且你的申請(qǐng)很有可能石沉大海。那么，除了使用官方 API 以外，我們還有沒(méi)有其他方法能上手把玩一下這個(gè)「最大模型」呢？

近日，特斯拉人工智能研究負(fù)責(zé)人、前 OpenAI 研究科學(xué)家 Andrej Karpathy 進(jìn)行了嘗試。

他基于 PyTorch，僅用 300 行左右的代碼就寫(xiě)出了一個(gè)小型 GPT 訓(xùn)練庫(kù)，并將其命名為 minGPT。

Karpathy 表示，這個(gè) minGPT 能夠進(jìn)行加法運(yùn)算和字符級(jí)的語(yǔ)言建模，而且準(zhǔn)確率還不錯(cuò)。

不過(guò)，在運(yùn)行 demo 后，Andrej Karpathy 發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：2 層 4 注意力頭 128 層的 GPT 在兩位數(shù)加法運(yùn)算中，將 55 + 45 的結(jié)果計(jì)算為 90，而其他加法運(yùn)算則沒(méi)有問(wèn)題。

目前，該項(xiàng)目在 GitHub 上亮相還沒(méi)滿 24 小時(shí)，但 star 量已經(jīng)破千。

minGPT 項(xiàng)目地址：

https://github.com/karpathy/minGPT

minGPT：只用 300 行代碼實(shí)現(xiàn)的 GPT 訓(xùn)練

如果說(shuō) GPT 模型是所向披靡的戰(zhàn)艦，那么 minGPT 大概算是個(gè)個(gè)頭雖小但仍能乘風(fēng)破浪的游艇了吧。

在項(xiàng)目頁(yè)面中，Karpathy 介紹稱(chēng)：由于現(xiàn)有可用的 GPT 實(shí)現(xiàn)庫(kù)略顯雜亂，于是他在創(chuàng)建 minGPT 的過(guò)程中，力圖遵循小巧、簡(jiǎn)潔、可解釋、具有教育意義等原則。

GPT 并非一個(gè)復(fù)雜的模型，minGPT 實(shí)現(xiàn)只有大約 300 行代碼，包括樣板文件和一個(gè)完全不必要的自定義因果自注意力模塊。

Karpathy 將索引序列變成了一個(gè) transformer 塊序列，如此一來(lái)，下一個(gè)索引的概率分布就出現(xiàn)了。剩下的復(fù)雜部分就是巧妙地處理 batching，使訓(xùn)練更加高效。

核心的 minGPT 庫(kù)包含兩個(gè)文檔：mingpt/model.py 和 mingpt/trainer.py。

前者包含實(shí)際的 Transformer 模型定義，后者是一個(gè)與 GPT 無(wú)關(guān)的 PyTorch 樣板文件，可用于訓(xùn)練該模型。相關(guān)的 Jupyter notebook 則展示了如何使用該庫(kù)訓(xùn)練序列模型：

play_math.ipynb 訓(xùn)練一個(gè)專(zhuān)注于加法的 GPT；
play_char.ipynb 將 GPT 訓(xùn)練成一個(gè)可基于任意文本使用的字符級(jí)語(yǔ)言模型，類(lèi)似于之前的 char-rnn，但用 transformer 代替了 RNN；
play_words.ipynb 是 BPE（Byte-Pair Encoding）版本，目前尚未完成。

使用 BPE 編碼器、分布式訓(xùn)練和 fp16，這一實(shí)現(xiàn)有可能復(fù)現(xiàn) GPT-1/GPT-2 的結(jié)果，不過(guò) Karpathy 還沒(méi)有嘗試。至于 GPT-3，minGPT 可能無(wú)法復(fù)現(xiàn)，因?yàn)?GPT-3 可能不適合 GPU 內(nèi)存，而且需要更精細(xì)的模型并行化處理。

使用示例

Karpathy 在 minGPT 項(xiàng)目中提供了一些使用示例。

這些代碼非常簡(jiǎn)單，只需 hack inline 即可，而非「使用」。目前的 API 外觀如下：

minGPT 是如何實(shí)現(xiàn)的？

在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，Karpathy 參考了 OpenAI GPT 官方項(xiàng)目，以及其他組織的示例等。

代碼：

OpenAI gpt-2 項(xiàng)目提供了模型，但沒(méi)有提供訓(xùn)練代碼（https://github.com/openai/gpt-2）；
OpenAI 的 image-gpt 庫(kù)在其代碼中進(jìn)行了一些類(lèi)似于 GPT-3 的更改，是一份不錯(cuò)的參考（https://github.com/openai/image-gpt）；
Huggingface 的 transformers 項(xiàng)目提供了一個(gè)語(yǔ)言建模示例。它功能齊全，但跟蹤起來(lái)有點(diǎn)困難。（https://github.com/huggingface/transformers/tree/master/examples/language-modeling）

論文 + 實(shí)現(xiàn)說(shuō)明：

此外，項(xiàng)目作者還介紹了相關(guān)的論文和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

1. GPT-1：《Improving Language Understanding by Generative Pre-Training》

論文地址：
https://s3-us-west-2.amazonaws.com/openai-assets/research-covers/language-unsupervised/language_understanding_paper.pdf

GPT-1 模型大體遵循了原始 transformer，訓(xùn)練了僅包含 12 層解碼器、具備遮蔽自注意力頭（768 維狀態(tài)和 12 個(gè)注意力頭）的 transformer。具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)參見(jiàn)下圖：

2. GPT-2：《Language Models are Unsupervised Multitask Learners》

論文地址：
https://d4mucfpksywv.cloudfront.net/better-language-models/language_models_are_unsupervised_multitask_learners.pdf

GPT-2 將 LayerNorm 移動(dòng)每個(gè)子模塊的輸入，類(lèi)似于預(yù)激活殘差網(wǎng)絡(luò)，并在最后的自注意力模塊后添加了一個(gè)額外的層歸一化。

此外，該模型還更改了模型初始化（包括殘差層初始化權(quán)重等）、擴(kuò)展了詞匯量、將 context 規(guī)模從 512 個(gè) token 增加到 1024、使用更大的批大小等。具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)參見(jiàn)下圖：

3. GPT-3：《Language Models are Few-Shot Learners》

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2005.14165.pdf

GPT-3 使用了和 GPT-2 相同的模型和架構(gòu)，區(qū)別在于 GPT-3 在 transformer 的各層上都使用了交替密集和局部帶狀稀疏的注意力模式，類(lèi)似于 Sparse Transformer。具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)參見(jiàn)下圖：

Andrej Karpathy 其人

Andrej Karpathy 是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、生成式模型與強(qiáng)化學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究者，博士期間師從斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授李飛飛。讀博期間，他曾兩次在谷歌實(shí)習(xí)，研究在 Youtube 視頻上的大規(guī)模特征學(xué)習(xí)。此外，他還和李飛飛等人一起設(shè)計(jì)、教授了斯坦福經(jīng)典課程 CS231n。

2016 年，Karpathy 加入 OpenAI 擔(dān)任研究科學(xué)家。2017 年，他加入特斯拉擔(dān)任人工智能與自動(dòng)駕駛視覺(jué)總監(jiān)。如今，Karpathy 已經(jīng)升任特斯拉 AI 高級(jí)總監(jiān)。

他所在的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)特斯拉自動(dòng)駕駛系統(tǒng) Autopilot 所有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)收集、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及其在特斯拉定制芯片上的部署。

和教授 CS231n 時(shí)一樣，Karpathy 希望他利用業(yè)余時(shí)間做的這個(gè) minGPT 也能有一定的教育意義。他這種化繁為簡(jiǎn)的舉動(dòng)得到了眾多社區(qū)成員的贊賞：

除了關(guān)于 minGPT 本身的討論之外，還有人提出：有沒(méi)有可能借助社區(qū)力量一起訓(xùn)練 GPT-3？也就是說(shuō)，如果成千上萬(wàn)的開(kāi)發(fā)者在 GPU 空閑的時(shí)候?qū)⑵湄暙I(xiàn)出來(lái)（比如夜間），最后有沒(méi)有可能訓(xùn)練出一個(gè) 1750 億參數(shù)的 GPT-3？這樣的話，大家只需要分?jǐn)傠娰M(fèi)就好了。

不過(guò)，有人指出，這種分布式訓(xùn)練的想法非常有趣，但可能會(huì)在梯度等方面遇到瓶頸。

還有人調(diào)侃說(shuō)，把電費(fèi)眾籌一下拿來(lái)買(mǎi)云服務(wù)豈不是更簡(jiǎn)單？

參考鏈接：

https://news.ycombinator.com/item?id=24189497

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一天star量破千，300行代碼，特斯拉AI總監(jiān)Karpathy寫(xiě)了個(gè)GPT的Pytorch訓(xùn)練庫(kù)