一文說清楚什么是AI大模型

目前，大模型（特別是在2023年及之后的語境中）通常特指大語言模型（LLM, Large Language Model），但其范圍也涵蓋其他領域的超大規(guī)模深度學習模型，例如圖像生成模型（如 DALL-E）、科學計算模型（如 AlphaFold）以及多模態(tài)模型。這些模型通過海量數(shù)據(jù)訓練，展現(xiàn)出高度的泛用性。

比較有代表性的大語言模型（LLM)如：

大語言模型（LLM）是近年來人工智能領域的核心熱點，其訓練目標通常是語言生成和理解。這些模型通過在海量文本上進行訓練，能夠理解、生成和推理復雜的自然語言，甚至跨領域處理任務。其特點是擁有超大規(guī)模參數(shù)、具有強大的通用性和生成能力。由具有許多參數(shù)（通常數(shù)十億個權重或更多）的人工神經(jīng)網(wǎng)絡組成，使用自監(jiān)督學習對大量未標記文本進行訓練

1. 大語言模型（LLM）的核心定義

基礎：大語言模型通常是基于深度學習架構（如Transformer）開發(fā)的，通過捕捉自然語言中的模式和語法規(guī)則，理解上下文和語義。

規(guī)?！按蟆保褐竻?shù)規(guī)模（數(shù)十億到數(shù)萬億個參數(shù)）、訓練數(shù)據(jù)量（TB 級別以上的文本）、以及計算需求的巨大。

目標：預測文本中的下一個詞（語言建模），或在更高層次上，生成合理的文本輸出。

能力：除了文本生成，它還能執(zhí)行諸如翻譯、總結、分類、問答、推理、代碼生成等復雜任務。大語言模型是通用模型，在廣泛的任務中表現(xiàn)出色，而不是針對一項特定任務進行訓練

現(xiàn)在大火的智能體（AI Agent）的大腦就是基于大語言模型，詳見：

一文說清楚什么是AI Agent(智能體)

2. 大語言模型（LLM）的核心技術和特性

2.1 Transformer 架構

Transformer 是一種基于“注意力機制”的神經(jīng)網(wǎng)絡架構，由 Google 于 2017 年提出。它的核心特性是：

自注意力機制（Self-Attention）：能捕獲句子中每個詞與其他詞之間的關系，量化它們的重要性，提取上下文語義。

并行計算：相比早期的 RNN 和 LSTM，Transformer 能更高效地處理長文本。

LLM（如 GPT 系列）大多基于 Transformer 的變體。

2.1.1 看全局抓重點：注意力機制

想象你是一個班主任，班干部（Transformer）負責審閱學生的作業(yè)。如果有句子寫得特別好（比如“春風拂面百花開”），班干部會特別關注這句話，并給它“打一個高分”。這就是 Transformer 的注意力機制，它知道哪些部分更重要，應該重點關注。

2.1.2 并行處理：效率高

以前的模型像流水線工人，必須按順序一字一句地看完所有作業(yè)（比如傳統(tǒng)的 RNN）。而班干部（Transformer）更像是一群分工明確的審稿員，可以同時看整篇作業(yè)，快速抓住重點。

2.1.3 理解句子結構：捕捉長距離依賴

如果有學生寫了一篇長文章，開頭提到“春天來了”，后面說“鮮花盛開”。班干部（Transformer）不會忘記開頭的信息，會把“春天來了”和“鮮花盛開”關聯(lián)起來。這種能力叫長距離依賴捕捉，讓模型能理解前后文的語義聯(lián)系。

Transformer 的注意力機制讓每個詞都可以關注整個句子中的其他詞，而不是局限于前后相鄰的詞。這解決了傳統(tǒng) RNN 處理長文本時容易“遺忘上下文”的問題。

2.1.4 將文字變成數(shù)字：嵌入表示Embedding

班干部在看作業(yè)時，需要先把作業(yè)內容分類，比如：數(shù)學題歸類到“數(shù)字”里，作文歸類到“語言”里。同樣，Transformer 需要先把文字轉換成模型能理解的數(shù)字形式。這種表示叫“詞嵌入（Word Embedding）”。Transformer 中會用“位置編碼（Positional Encoding）”標記每個詞的位置，確保模型理解詞語在句子中的順序。

Embedding詳見：一文說清楚人工智能的嵌入（Embedding）是什么

2.2 Transformer 是如何生成答案的？

2.2.1 把重點重新組織：編碼器-解碼器結構

班干部（Transformer）把學生的作業(yè)總結后，用自己的話重新寫一遍。這就是編碼器-解碼器結構的工作方式：

編碼器：像一個分析員，把輸入的內容（句子）理解后轉化為內部的知識表示。

解碼器：像一個寫手，根據(jù)內部的知識表示生成輸出（翻譯、回答問題等）。

Transformer 的編碼器負責對輸入的句子進行特征提取，而解碼器基于這些特征生成目標輸出。這種結構廣泛用于翻譯和生成任務（如機器翻譯、文本生成）。

2.2.2 輸入和輸出之間的關系：交叉注意力

班干部在總結學生的作業(yè)時，會參考原文里的句子重點（比如從題目到結尾）。這個過程叫交叉注意力，確保模型輸出的內容和輸入有緊密關聯(lián)。

Transformer 在解碼器中，模型需要關注輸入的隱藏表示，通過計算解碼器和編碼器之間的注意力分數(shù)，確保生成的輸出能準確反映輸入的語義內容。

交叉注意力應用于編碼器-解碼器模型， GPT 是解碼器-only 模型，其架構中不直接使用編碼器-解碼器的交叉注意力機制

2.3 為什么 Transformer 比傳統(tǒng)方法強？

2.3.1 一眼看全局：自注意力機制

傳統(tǒng)模型（如 RNN）像流水線工人，必須逐字逐句處理句子，而 Transformer 像一位高效的觀察者，可以一眼看到全文，快速抓住重點。自注意力機制讓模型對句子中的所有詞進行“全局比較”，從而同時捕捉短距離和長距離的關系。

2.3.2 提高效率：并行處理

如果文章特別長，傳統(tǒng)模型處理起來很慢，而 Transformer 像一群同時工作的專家，可以并行處理，提高效率。通過將輸入句子分成塊，并行計算每個詞的注意力權重，Transformer 避免了序列模型的時間瓶頸，效率顯著提高。

2.3.3 適應性強：預訓練模型可遷移

班干部（Transformer）經(jīng)過訓練后，不僅能看作文，還能學會批改數(shù)學題、物理題等。這是因為它的“學習能力”很強，能根據(jù)不同的任務調整自己。模型可以先在大規(guī)模通用語料上預訓練（如 GPT 或 BERT），學到語言的通用規(guī)律，再通過微調（Fine-tuning）適應特定任務。

3. 為什么“大模型”目前特指"語言模型"？

1.技術推動

大語言模型（如 GPT 系列）的出現(xiàn)展示了“通用人工智能”（AGI）的潛力，使得語言模型成為大模型的核心代表。

語言是人類認知和信息處理的基礎，訓練語言模型可以讓 AI 在廣泛的領域表現(xiàn)出色。

2.應用廣泛

從對話生成到代碼編寫、從文檔翻譯到文本分析，大語言模型已經(jīng)在多種場景中展示了高效性和通用性。

3.市場驅動

商業(yè)化需求（如 ChatGPT、Bard）讓大語言模型成為公眾認知中的“大模型”代名詞。

4. 為什么叫“大”模型，還有“小”模型嗎？

1.參數(shù)規(guī)模

參數(shù)是模型中的可調節(jié)權重，用來捕獲數(shù)據(jù)中的模式。大模型通常有數(shù)十億到數(shù)萬億個參數(shù)。例如，GPT-3 有 1750 億個參數(shù)，GPT-4 甚至更多。

參數(shù)數(shù)量越多，理論上模型能夠捕獲的復雜模式也越多，但這也意味著更高的計算和存儲成本。

2.訓練數(shù)據(jù)量

大模型往往需要海量數(shù)據(jù)進行訓練。數(shù)據(jù)越多，模型越有可能泛化，適應更多樣的場景。

例如，大語言模型可能使用來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)千TB文本數(shù)據(jù)。

3.計算資源

大模型的訓練和推理（inference）需要高性能的硬件支持，比如 GPU 或 TPU 集群。

訓練一個大模型可能需要數(shù)周或數(shù)月，耗費數(shù)百萬美元的計算成本。

3.能力范圍

大模型通常具備較強的通用性，可以跨越多個任務。例如，GPT-4 不僅可以生成文本，還能進行翻譯、代碼生成等多種任務。

它們還能在新任務上實現(xiàn)良好的零樣本（Zero-shot）或少樣本（Few-shot）學習能力。

不過，大模型的“更大”并不總是等于“更好”。隨著參數(shù)數(shù)量的增長，模型性能的提升并非線性遞增。在超過一定規(guī)模后，訓練更大的模型可能僅帶來微弱的精度提升，但計算資源和能耗成本會顯著增加。

5.“小”模型有哪些

相對大模型，小模型是指參數(shù)數(shù)量較少、規(guī)模較小、專注于特定任務的模型。例如：

MobileNet：專為移動設備設計的圖像識別模型，參數(shù)量較小，計算高效。

GPT-2 的小型版本：用于低資源環(huán)境，參數(shù)數(shù)量可能在百萬級別。

LightGBM、XGBoost 等傳統(tǒng)機器學習模型：雖然嚴格意義上不是深度學習模型，但也屬于小模型范疇。

小模型的優(yōu)點

計算效率高：可以部署在資源有限的設備（如手機或嵌入式系統(tǒng)）上。

訓練成本低：對硬件需求較低，訓練時間更短。

專注性強：通常專注于解決單一任務，性能更高效。

在實際應用中，小模型常用于邊緣設備上的實時推理，而大模型則在云端完成高復雜度的任務。通過這種協(xié)作，可以在性能和效率之間找到平衡。