去年12月1日,OpenAI推出人工智能聊天原型ChatGPT,再次賺足眼球,為AI界引發(fā)了類似AIGC讓藝術(shù)家失業(yè)的大討論。
ChatGPT 是一種專注于對話生成的語言模型。它能夠根據(jù)用戶的文本輸入,產(chǎn)生相應(yīng)的智能回答。 這個(gè)回答可以是簡短的詞語,也可以是長篇大論。其中GPT是Generative Pre-trained Transformer(生成型預(yù)訓(xùn)練變換模型)的縮寫。 通過學(xué)習(xí)大量現(xiàn)成文本和對話集合(例如Wiki),ChatGPT能夠像人類那樣即時(shí)對話,流暢的回答各種問題。(當(dāng)然回答速度比人還是慢一些)無論是英文還是其他語言(例如中文、韓語等),從回答歷史問題,到寫故事,甚至是撰寫商業(yè)計(jì)劃書和行業(yè)分析,“幾乎”無所不能。甚至有程序員貼出了ChatGPT進(jìn)行程序修改的對話。
ChatGPT和AIGC的聯(lián)合使用
ChatGPT也可以與其他AIGC模型聯(lián)合使用,獲得更加炫酷實(shí)用的功能。
例如上面通過對話生成客廳設(shè)計(jì)圖。這極大加強(qiáng)了AI應(yīng)用與客戶對話的能力,使我們看到了AI大規(guī)模落地的曙光。
一、ChatGPT的傳承與特點(diǎn)
▌1.1 OpenAI家族
我們首先了解下OpenAI是哪路大神。 OpenAI總部位于舊金山,由特斯拉的馬斯克、Sam Altman及其他投資者在2015年共同創(chuàng)立,目標(biāo)是開發(fā)造福全人類的AI技術(shù)。而馬斯克則在2018年時(shí)因公司發(fā)展方向分歧而離開。 此前,OpenAI 因推出 GPT系列自然語言處理模型而聞名。從2018年起,OpenAI就開始發(fā)布生成式預(yù)訓(xùn)練語言模型GPT(Generative Pre-trained Transformer),可用于生成文章、代碼、機(jī)器翻譯、問答等各類內(nèi)容。 每一代GPT模型的參數(shù)量都爆炸式增長,堪稱“越大越好”。2019年2月發(fā)布的GPT-2參數(shù)量為15億,而2020年5月的GPT-3,參數(shù)量達(dá)到了1750億。
GPT家族主要模型對比
▌1.2 ChatGPT的主要特點(diǎn)
ChatGPT 是基于GPT-3.5(Generative Pre-trained Transformer 3.5)架構(gòu)開發(fā)的對話AI模型,是InstructGPT 的兄弟模型。 ChatGPT很可能是OpenAI 在GPT-4 正式推出之前的演練,或用于收集大量對話數(shù)據(jù)。
ChatGPT的主要特點(diǎn)
OpenAI使用 RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedbac,人類反饋強(qiáng)化學(xué)習(xí)) 技術(shù)對 ChatGPT 進(jìn)行了訓(xùn)練,且加入了更多人工監(jiān)督進(jìn)行微調(diào)。 此外,ChatGPT 還具有以下特征: 1)可以主動(dòng)承認(rèn)自身錯(cuò)誤。若用戶指出其錯(cuò)誤,模型會(huì)聽取意見并優(yōu)化答案。 2)ChatGPT 可以質(zhì)疑不正確的問題。例如被詢問 “哥倫布 2015 年來到美國的情景” 的問題時(shí),機(jī)器人會(huì)說明哥倫布不屬于這一時(shí)代并調(diào)整輸出結(jié)果。 3)ChatGPT 可以承認(rèn)自身的無知,承認(rèn)對專業(yè)技術(shù)的不了解。 4)支持連續(xù)多輪對話。 與大家在生活中用到的各類智能音箱和“人工智障“不同,ChatGPT在對話過程中會(huì)記憶先前使用者的對話訊息,即上下文理解,以回答某些假設(shè)性的問題。 ChatGPT可實(shí)現(xiàn)連續(xù)對話,極大的提升了對話交互模式下的用戶體驗(yàn)。 對于準(zhǔn)確翻譯來說(尤其是中文與人名音譯),ChatGPT離完美還有一段距離,不過在文字流暢度以及辨別特定人名來說,與其他網(wǎng)絡(luò)翻譯工具相近。 由于 ChatGPT是一個(gè)大型語言模型,目前還并不具備網(wǎng)絡(luò)搜索功能,因此它只能基于2021年所擁有的數(shù)據(jù)集進(jìn)行回答。 例如它不知道2022年世界杯的情況,也不會(huì)像蘋果的Siri那樣回答今天天氣如何、或幫你搜索信息。如果ChatGPT能上網(wǎng)自己尋找學(xué)習(xí)語料和搜索知識,估計(jì)又會(huì)有更大的突破。 即便學(xué)習(xí)的知識有限,ChatGPT 還是能回答腦洞大開的人類的許多奇葩問題。為了避免ChatGPT染上惡習(xí), ChatGPT 通過算法屏蔽,減少有害和欺騙性的訓(xùn)練輸入。
查詢通過適度 API 進(jìn)行過濾,并駁回潛在的種族主義或性別歧視提示。
二、ChatGPT/GPT的原理
▌2.1 NLP
NLP/NLU領(lǐng)域已知局限包括對重復(fù)文本、對高度專業(yè)的主題的誤解,以及對上下文短語的誤解。 對于人類或AI,通常需接受多年的訓(xùn)練才能正常對話。 NLP類模型不僅要理解單詞的含義,還要理解如何造句和給出上下文有意義的回答,甚至使用合適的俚語和專業(yè)詞匯。
NLP技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 本質(zhì)上,作為ChatGPT基礎(chǔ)的GPT-3或GPT-3.5 是一個(gè)超大的統(tǒng)計(jì)語言模型或順序文本預(yù)測模型。
▌2.2 GPT v.s. BERT
與BERT模型類似,ChatGPT或GPT-3.5都是根據(jù)輸入語句,根據(jù)語言/語料概率來自動(dòng)生成回答的每一個(gè)字(詞語)。 從數(shù)學(xué)或從機(jī)器學(xué)習(xí)的角度來看,語言模型是對詞語序列的概率相關(guān)性分布的建模,即利用已經(jīng)說過的語句(語句可以視為數(shù)學(xué)中的向量)作為輸入條件,預(yù)測下一個(gè)時(shí)刻不同語句甚至語言集合出現(xiàn)的概率分布。 ChatGPT 使用來自人類反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)進(jìn)行訓(xùn)練,這種方法通過人類干預(yù)來增強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)以獲得更好的效果。 在訓(xùn)練過程中,人類訓(xùn)練者扮演著用戶和人工智能助手的角色,并通過近端策略優(yōu)化算法進(jìn)行微調(diào)。 由于ChatGPT更強(qiáng)的性能和海量參數(shù),它包含了更多的主題的數(shù)據(jù),能夠處理更多小眾主題。 ChatGPT現(xiàn)在可以進(jìn)一步處理回答問題、撰寫文章、文本摘要、語言翻譯和生成計(jì)算機(jī)代碼等任務(wù)。
BERT與GPT的技術(shù)架構(gòu)(圖中En為輸入的每個(gè)字,Tn為輸出回答的每個(gè)字) ?
三、ChatGPT的技術(shù)架構(gòu)
▌3.1 GPT家族的演進(jìn)
說到ChatGPT,就不得不提到GPT家族。 ChatGPT之前有幾個(gè)知名的兄弟,包括GPT-1、GPT-2和GPT-3。這幾個(gè)兄弟一個(gè)比一個(gè)個(gè)頭大,ChatGPT與GPT-3更為相近。
ChatGPT與GPT 1-3的技術(shù)對比
GPT家族與BERT模型都是知名的NLP模型,都基于Transformer技術(shù)。GPT-1只有12個(gè)Transformer層,而到了GPT-3,則增加到96層。
▌3.2 人類反饋強(qiáng)化學(xué)習(xí)
InstructGPT/GPT3.5(ChatGPT的前身)與GPT-3的主要區(qū)別在于,新加入了被稱為RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback,人類反饋強(qiáng)化學(xué)習(xí))。 這一訓(xùn)練范式增強(qiáng)了人類對模型輸出結(jié)果的調(diào)節(jié),并且對結(jié)果進(jìn)行了更具理解性的排序。 在InstructGPT中,以下是“goodness of sentences”的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
真實(shí)性:是虛假信息還是誤導(dǎo)性信息?
無害性:它是否對人或環(huán)境造成身體或精神上的傷害?
有用性:它是否解決了用戶的任務(wù)?
▌3.3 TAMER框架
這里不得不提到TAMER(Training an Agent Manually via Evaluative Reinforcement,評估式強(qiáng)化人工訓(xùn)練代理)這個(gè)框架。 該框架將人類標(biāo)記者引入到Agents的學(xué)習(xí)循環(huán)中,可以通過人類向Agents提供獎(jiǎng)勵(lì)反饋(即指導(dǎo)Agents進(jìn)行訓(xùn)練),從而快速達(dá)到訓(xùn)練任務(wù)目標(biāo)。 引入人類標(biāo)記者的主要目的是加快訓(xùn)練速度。盡管強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)在很多領(lǐng)域有突出表現(xiàn),但是仍然存在著許多不足,例如訓(xùn)練收斂速度慢,訓(xùn)練成本高等特點(diǎn)。 特別是現(xiàn)實(shí)世界中,許多任務(wù)的探索成本或數(shù)據(jù)獲取成本很高。如何加快訓(xùn)練效率,是如今強(qiáng)化學(xué)習(xí)任務(wù)待解決的重要問題之一。 而TAMER則可以將人類標(biāo)記者的知識,以獎(jiǎng)勵(lì)信反饋的形式訓(xùn)練Agent,加快其快速收斂。 TAMER不需要標(biāo)記者具有專業(yè)知識或編程技術(shù),語料成本更低。通過TAMER+RL(強(qiáng)化學(xué)習(xí)),借助人類標(biāo)記者的反饋,能夠增強(qiáng)從馬爾可夫決策過程?(MDP) 獎(jiǎng)勵(lì)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí) (RL) 的過程。
TAMER架構(gòu)在強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的應(yīng)用 具體實(shí)現(xiàn)上,人類標(biāo)記者扮演對話的用戶和人工智能助手,提供對話樣本,讓模型生成一些回復(fù),然后標(biāo)記者會(huì)對回復(fù)選項(xiàng)打分排名,將更好的結(jié)果反饋回模型中。 Agents同時(shí)從兩種反饋模式中學(xué)習(xí)——人類強(qiáng)化和馬爾可夫決策過程獎(jiǎng)勵(lì)作為一個(gè)整合的系統(tǒng),通過獎(jiǎng)勵(lì)策略對模型進(jìn)行微調(diào)并持續(xù)迭代。 在此基礎(chǔ)上,ChatGPT 可以比 GPT-3 更好的理解和完成人類語言或指令,模仿人類,提供連貫的有邏輯的文本信息的能力。
▌3.4 ChatGPT的訓(xùn)練
ChatGPT的訓(xùn)練過程分為以下三個(gè)階段: 第一階段:訓(xùn)練監(jiān)督策略模型 GPT 3.5本身很難理解人類不同類型指令中蘊(yùn)含的不同意圖,也很難判斷生成內(nèi)容是否是高質(zhì)量的結(jié)果。 為了讓GPT 3.5初步具備理解指令的意圖,首先會(huì)在數(shù)據(jù)集中隨機(jī)抽取問題,由人類標(biāo)注人員,給出高質(zhì)量答案,然后用這些人工標(biāo)注好的數(shù)據(jù)來微調(diào) GPT-3.5模型(獲得SFT模型, Supervised Fine-Tuning)。 此時(shí)的SFT模型在遵循指令/對話方面已經(jīng)優(yōu)于 GPT-3,但不一定符合人類偏好。
ChatGPT模型的訓(xùn)練過程 第二階段:訓(xùn)練獎(jiǎng)勵(lì)模型(Reward Mode,RM) 這個(gè)階段的主要是通過人工標(biāo)注訓(xùn)練數(shù)據(jù)(約33K個(gè)數(shù)據(jù)),來訓(xùn)練回報(bào)模型。 在數(shù)據(jù)集中隨機(jī)抽取問題,使用第一階段生成的模型,對于每個(gè)問題,生成多個(gè)不同的回答。人類標(biāo)注者對這些結(jié)果綜合考慮給出排名順序。這一過程類似于教練或老師輔導(dǎo)。 接下來,使用這個(gè)排序結(jié)果數(shù)據(jù)來訓(xùn)練獎(jiǎng)勵(lì)模型。對多個(gè)排序結(jié)果,兩兩組合,形成多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對。 RM模型接受一個(gè)輸入,給出評價(jià)回答質(zhì)量的分?jǐn)?shù)。這樣,對于一對訓(xùn)練數(shù)據(jù),調(diào)節(jié)參數(shù)使得高質(zhì)量回答的打分比低質(zhì)量的打分要高。 第三階段:采用PPO(Proximal Policy Optimization,近端策略優(yōu)化)強(qiáng)化學(xué)習(xí)來優(yōu)化策略。 PPO的核心思路在于將Policy Gradient中On-policy的訓(xùn)練過程轉(zhuǎn)化為Off-policy,即將在線學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為離線學(xué)習(xí),這個(gè)轉(zhuǎn)化過程被稱之為Importance Sampling。 這一階段利用第二階段訓(xùn)練好的獎(jiǎng)勵(lì)模型,靠獎(jiǎng)勵(lì)打分來更新預(yù)訓(xùn)練模型參數(shù)。在數(shù)據(jù)集中隨機(jī)抽取問題,使用PPO模型生成回答,并用上一階段訓(xùn)練好的RM模型給出質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 把回報(bào)分?jǐn)?shù)依次傳遞,由此產(chǎn)生策略梯度,通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式以更新PPO模型參數(shù)。
如果我們不斷重復(fù)第二和第三階段,通過迭代,會(huì)訓(xùn)練出更高質(zhì)量的ChatGPT模型。
四、ChatGPT的局限
只要用戶輸入問題,ChatGPT 就能給予回答,是否意味著我們不用再拿關(guān)鍵詞去喂 Google或百度,就能立即獲得想要的答案呢?
盡管ChatGPT表現(xiàn)出出色的上下文對話能力甚至編程能力,完成了大眾對人機(jī)對話機(jī)器人(ChatBot)從“人工智障”到“有趣”的印象改觀,我們也要看到,ChatGPT技術(shù)仍然有一些局限性,還在不斷的進(jìn)步。 1)ChatGPT在其未經(jīng)大量語料訓(xùn)練的領(lǐng)域缺乏“人類常識”和引申能力,甚至?xí)槐菊?jīng)的“胡說八道”。ChatGPT在很多領(lǐng)域可以“創(chuàng)造答案”,但當(dāng)用戶尋求正確答案時(shí),ChatGPT也有可能給出有誤導(dǎo)的回答。例如讓ChatGPT做一道小學(xué)應(yīng)用題,盡管它可以寫出一長串計(jì)算過程,但最后答案卻是錯(cuò)誤的。
那我們是該相信ChatGPT的結(jié)果還是不相信呢?
ChatGPT給出錯(cuò)誤的數(shù)學(xué)題答案 2)ChatGPT無法處理復(fù)雜冗長或者特別專業(yè)的語言結(jié)構(gòu)。對于來自金融、自然科學(xué)或醫(yī)學(xué)等非常專業(yè)領(lǐng)域的問題,如果沒有進(jìn)行足夠的語料“喂食”,ChatGPT可能無法生成適當(dāng)?shù)幕卮稹?3)ChatGPT需要非常大量的算力(芯片)來支持其訓(xùn)練和部署。拋開需要大量語料數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型不說,在目前,ChatGPT在應(yīng)用時(shí)仍然需要大算力的服務(wù)器支持,而這些服務(wù)器的成本是普通用戶無法承受的,即便數(shù)十億個(gè)參數(shù)的模型也需要驚人數(shù)量的計(jì)算資源才能運(yùn)行和訓(xùn)練。,如果面向真實(shí)搜索引擎的數(shù)以億記的用戶請求,如采取目前通行的免費(fèi)策略,任何企業(yè)都難以承受這一成本。因此對于普通大眾來說,還需等待更輕量型的模型或更高性價(jià)比的算力平臺(tái)。 4)ChatGPT還沒法在線的把新知識納入其中,而出現(xiàn)一些新知識就去重新預(yù)訓(xùn)練GPT模型也是不現(xiàn)實(shí)的,無論是訓(xùn)練時(shí)間或訓(xùn)練成本,都是普通訓(xùn)練者難以接受的。如果對于新知識采取在線訓(xùn)練的模式,看上去可行且語料成本相對較低,但是很容易由于新數(shù)據(jù)的引入而導(dǎo)致對原有知識的災(zāi)難性遺忘的問題。 5)ChatGPT仍然是黑盒模型。目前還未能對ChatGPT的內(nèi)在算法邏輯進(jìn)行分解,因此并不能保證ChatGPT不會(huì)產(chǎn)生攻擊甚至傷害用戶的表述。 當(dāng)然,瑕不掩瑜,有工程師貼出了要求ChatGPT寫verilog代碼(芯片設(shè)計(jì)代碼)的對話。可以看出ChatGPT水平已經(jīng)超出一些verilog初學(xué)者了。
五、ChatGPT的未來改進(jìn)方向
▌5.1 減少人類反饋的RLAIF
2020年底,OpenAI前研究副總裁Dario Amodei帶著10名員工創(chuàng)辦了一個(gè)人工智能公司Anthropic。 Anthropic 的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)成員,大多為 OpenAI 的早期及核心員工,參與過OpenAI的GPT-3、多模態(tài)神經(jīng)元、人類偏好的強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。 2022年12月,Anthropic再次發(fā)表論文《Constitutional AI: Harmlessness from AI Feedback》介紹人工智能模型Claude。(arxiv.org/pdf/2212.0807)
CAI模型訓(xùn)練過程 Claude 和 ChatGPT 都依賴于強(qiáng)化學(xué)習(xí)(RL)來訓(xùn)練偏好(preference)模型。CAI(Constitutional AI)也是建立在RLHF的基礎(chǔ)之上,不同之處在于,CAI的排序過程使用模型(而非人類)對所有生成的輸出結(jié)果提供一個(gè)初始排序結(jié)果。 CAI用人工智能反饋來代替人類對表達(dá)無害性的偏好,即RLAIF,人工智能根據(jù)一套constitution原則來評價(jià)回復(fù)內(nèi)容。
▌5.2 補(bǔ)足數(shù)理短板
ChatGPT雖然對話能力強(qiáng),但是在數(shù)理計(jì)算對話中容易出現(xiàn)一本正經(jīng)胡說八道的情況。 計(jì)算機(jī)學(xué)家Stephen Wolfram 為這一問題提出了解決方案。Stephen Wolfram 創(chuàng)造了的 Wolfram 語言和計(jì)算知識搜索引擎 Wolfram | Alpha,其后臺(tái)通過Mathematica實(shí)現(xiàn)。
ChatGPT與Wolfram | Alpha結(jié)合處理梳理問題 在這一結(jié)合體系中,ChatGPT 可以像人類使用 Wolfram|Alpha 一樣,與 Wolfram|Alpha “對話”,Wolfram|Alpha 則會(huì)用其符號翻譯能力將從 ChatGPT 獲得的自然語言表達(dá)“翻譯”為對應(yīng)的符號化計(jì)算語言。 在過去,學(xué)術(shù)界在 ChatGPT 使用的這類 “統(tǒng)計(jì)方法” 和 Wolfram|Alpha 的 “符號方法” 上一直存在路線分歧。 但如今 ChatGPT 和 Wolfram|Alpha 的互補(bǔ),給NLP領(lǐng)域提供了更上一層樓的可能。 ChatGPT 不必生成這樣的代碼,只需生成常規(guī)自然語言,然后使用 Wolfram|Alpha 翻譯成精確的 Wolfram Language,再由底層的Mathematica進(jìn)行計(jì)算。
▌5.3 ChatGPT的小型化
雖然ChatGPT很強(qiáng)大,但其模型大小和使用成本也讓很多人望而卻步。 有三類模型壓縮(model compression)可以降低模型的大小和成本。 第一種方法是量化(quantization),即降低單個(gè)權(quán)重的數(shù)值表示的精度。比如Tansformer從FP32降到INT8對其精度影響不大。 第二種模型壓縮方法是剪枝(pruning),即刪除網(wǎng)絡(luò)元素,包括從單個(gè)權(quán)重(非結(jié)構(gòu)化剪枝)到更高粒度的組件如權(quán)重矩陣的通道。這種方法在視覺和較小規(guī)模的語言模型中有效。 第三種模型壓縮方法是稀疏化。例如奧地利科學(xué)技術(shù)研究所 (ISTA)提出的SparseGPT (arxiv.org/pdf/2301.0077)可以將 GPT 系列模型單次剪枝到 50% 的稀疏性,而無需任何重新訓(xùn)練。對 GPT-175B 模型,只需要使用單個(gè) GPU 在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)這種剪枝。
SparseGPT 壓縮流程
六、ChatGPT的產(chǎn)業(yè)未來與投資機(jī)會(huì)
▌6.1 AIGC
說到ChaGPT不得不提AIGC。 AIGC即利用人工智能技術(shù)來生成內(nèi)容。與此前Web1.0、Web2.0時(shí)代的UGC(用戶生產(chǎn)內(nèi)容)和PGC(專業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容)相比,代表人工智能構(gòu)思內(nèi)容的AIGC,是新一輪內(nèi)容生產(chǎn)方式變革,而且AIGC內(nèi)容在Web3.0時(shí)代也將出現(xiàn)指數(shù)級增長。 ChatGPT 模型的出現(xiàn)對于文字/語音模態(tài)的 AIGC 應(yīng)用具有重要意義,會(huì)對AI產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)生重大影響。
▌6.2 受益場景
從下游相關(guān)受益應(yīng)用來看,包括但不限于無代碼編程、小說生成、對話類搜索引擎、語音陪伴、語音工作助手、對話虛擬人、人工智能客服、機(jī)器翻譯、芯片設(shè)計(jì)等。
從上游增加需求來看,包括算力芯片、數(shù)據(jù)標(biāo)注、自然語言處理(NLP)等。
大模型呈爆發(fā)態(tài)勢(更多的參數(shù)/更大的算力芯片需求) 隨著算法技術(shù)和算力技術(shù)的不斷進(jìn)步,ChatGPT也會(huì)進(jìn)一步走向更先進(jìn)功能更強(qiáng)的版本,在越來越多的領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用,為人類生成更多更美好的對話和內(nèi)容。 最后,作者問存算一體技術(shù)在ChatGPT領(lǐng)域的地位(作者本人目前在重點(diǎn)推進(jìn)存算一體芯片的產(chǎn)品落地),ChatGPT想了想,大膽的預(yù)言存算一體技術(shù)將在ChatGPT芯片中占據(jù)主導(dǎo)地位。(深得我心)
? 參考文獻(xiàn):
ChatGPT: Optimizing Language Models for Dialogue?ChatGPT: Optimizing Language Models for Dialogue
GPT論文:Language Models are Few-Shot Learners Language Models are Few-Shot Learners
InstructGPT論文:Training language models to follow instructions with human feedback Training language models to follow instructions with human feedback
huggingface解讀RHLF算法:Illustrating Reinforcement Learning from Human Feedback (RLHF) Illustrating Reinforcement Learning from Human Feedback (RLHF)
RHLF算法論文:Augmenting Reinforcement Learning with Human Feedback cs.utexas.edu/~ai-lab/p
TAMER框架論文:Interactively Shaping Agents via Human Reinforcement cs.utexas.edu/~bradknox
PPO算法:Proximal Policy Optimization Algorithms Proximal Policy Optimization Algorithms
編輯:黃飛
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