GPT系列的总结以及GPT4

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GPT系列是OpenAI的一系列预训练文章，GPT的全称是Generative Pre-Trained Transformer，顾名思义，GPT的目的就是通过Transformer为基础模型，使用预训练技术得到通用的文本模型。目前已经公布论文的有文本预训练GPT-1，GPT-2，GPT-3，以及图像预训练iGPT。 最近非常火的ChatGPT和今年年初公布的[1]是一对姐妹模型，是在GPT-4之前发布的预热模型，有时候也被叫做GPT3.5。ChatGPT和InstructGPT在模型结构，训练方式上都完全一致，即都使用了指示学习（Instruction Learning）和人工反馈的强化学习（Reinforcement Learning from Human Feedback，RLHF）来指导模型的训练，它们不同的仅仅是采集数据的方式上有所差异。

2023年3月27日，OpenAI 宣布发布其最新的大型语言模型 GPT-4。该模型是一个大型多模态模型(large multimodal model )，可以接受图像和文本输入并生成文本输出。GPT-4 标志着人工智能领域的一个重要里程碑，尤其是在自然语言处理领域。 

历代GPT的发布时间，参数量以及训练量

模型	发布时间	层数	头数	词向量长度	参数量	预训练数据量
GPT-1	2018 年 6 月	12	12	768	1.17 亿	约 5GB
GPT-2	2019 年 2 月	48	-	1600	15 亿	40GB
GPT-3	2020 年 5 月	96	96	12888	1,750 亿	45TB
InstructGPT	2022 年 3 月	-	-	-	13亿	-

GPT之前

从 2017 年谷歌的 Transformer开始，当前的自然语言 AI 革命只有在 transformer 模型的发明后才有可能。在此之前，文本生成是通过其他深度学习模型进行的，例如递归神经网络 (RNN) 和长短期 记忆神经网络 (LSTM)。 这些在输出单个单词或短语方面表现良好，但无法生成逼真的较长内容。

2018 GPT-1 

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2018 年，OpenAI 发表了一篇论文（Improving Language Understanding by Generative Pre-Training），内容是使用他们的 GPT-1 语言模型进行自然语言理解。 该模型是概念验证，并未公开发布。

GPT 训练方法

以【单字接龙】的方式训练模型，训练的主要目的不是记忆而是学习，学习提问和回答的通用的规律。

学到效果就是即使是从没有记忆过的提问，也可以从所学的规律中生成用户所要的回答

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聊到GPT1,就不得不提到2019年谷歌团队提出得BERT了。BERT 的变换器方法是一项重大突破，因为它不是一种监督学习技术。 也就是说，它不需要昂贵的注释数据集来训练它。 BERT 被谷歌用于解释自然语言搜索(interpreting natural language searches)，但是，它不能从提示中生成文本(generate text from a prompt)。

BERT 于GPT1从模型的角度上对比：

1. GPT是单向模型，无法利用上下文信息，只能利用上文；而BERT是双向模型。
2. GPT是基于自回归模型，可以应用在NLU和NLG两大任务，而原生的BERT采用的基于自编码模型，只能完成NLU任务，无法直接应用在文本生成上面。
3. 同等参数规模下，BERT的效果要好于GPT。
    

NLP有2个核心的任务：分别是【自然语言理解—NLU】和【自然语言生成—NLG】。

BERT, GPT 和ELMo模型结构之间比较

Transformer中Encode Self-attention的某层某个attention head的图

2019 GPT-2

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次年，OpenAI 发表了另一篇关于他们最新模型 GPT-2 的论文（Language Models are Unsupervised Multitask Learners）。 

GPT-2模型在具有数百万网页的WebText 的新数据集上训练的。模型参数是15亿。此模型证明了在无监督的学习也是可以学习到zero-shot任务的下游任务。并且在8个测试语言建模数据集中的7个上取得了好的的结果，但模型仍然在WebText数据集上表现出欠拟合。

2020 GPT-3 

​2020 年，OpenAI 发表了另一篇关于他们的 GPT-3 模型的论文（Language Models are Few-Shot Learners）。GPT-3 拥有 1750 亿个参数。 该模型的参数是 GPT-2 的 100 倍，并且在更大的文本数据集上进行训练，从而获得更好的模型性能。GPT-3展示了扩大语言模型极大地提高了与任务无关的、多样本(few-shot)的性能，有时甚至可以与先前最先进的微调方法竞争。GPT-3在大多数语言任务中，不需要大型监督数据集来学习，只需要在推理的过程中提供少量的示例。在许多 NLP 数据集上实现了强大的性能，包括翻译、问答和完形填空任务，以及一些需要即时推理或领域适应的任务，例如解读单词，在 句子，或执行 3 位数算术。在所有的这些任务里，GPT-3没有任何梯度更新或微调，只给模型提供任务本身和多个示例（few-shot）。

论文中提到了Meta-learning，下图中Inner loop和outer loop一起就是元学习。In-context learning实在序列的推理中学习的。

 论文中也提到了多个示例效果比一个示例效果好，一个示例比没有示例要好。一般示例提供的越多越好。

 下图是zero-shot, one-shot，few-shot与传统的Fine-tuning的比较。Fine-tuning是需要训练的，模型要修改参数的。但是In-context learning不需要梯度更新，模型在推理的过程中学习示例中蕴含的逻辑。

GPT-3.5系列

GPT-3.5系列是一系列在2021第4季度之前根据混合文本和代码进行训练的模型。以下型号属于GPT-3.5系列：

• code-davinci-002是一个基本模型，非常适合纯代码完成任务
• text-davinci-002是一个基于code-davinci-002的InstructGPT模型
• text-davinci-003是对text-davici-002的改进
• gpt-3.5-turbo-0301是text-davinci-003的改进，针对聊天进行了优化

GPT-3.5-turbo*和ChatGPT的模型的关系

InstructGPT models

以 3 种不同方式训练的 InstructGPT 模型变体

SFT 和 PPO（Proximal Policy Optimization.）模型的训练与 InstructGPT 论文中的模型类似。 FeedME（“feedback made easy”的缩写）模型是通过所有的模型中提取最佳完成度来训练的。 模型通常在训练时使用最佳可用数据集，因此使用相同训练方法的不同引擎可能会在不同数据上进行训练。

ChatGPT 是 InstructGPT 的同级模型，它经过训练可以按照提示中的说明进行操作并提供详细的响应。 我们使用与 InstructGPT 相同的方法，使用人类反馈强化学习 (RLHF) 训练该模型，但数据收集设置略有不同。 ChatGPT 是从 GPT-3.5 系列中的一个模型微调而来的。

OpenAI 官网

We’ve trained a model called ChatGPT which interacts in a conversational way. The dialogue format makes it possible for ChatGPT to answer followup questions, admit its mistakes, challenge incorrect premises, and reject inappropriate requests. ChatGPT is a sibling model to InstructGPT, which is trained to follow an instruction in a prompt and provide a detailed response.

训练方法

• 第一步：收集范例数据，并以有监督方法训练。 贴标签者提供了输入提示分布（prompt distribution）上所需行为的范例。 然后，使用有监督学习在该数据集上微调预训练的 GPT-3 模型。
• 第二步：收集对比数据，训练奖励模型（Reward model）。 收集了多个模型输出之间比较的数据集，贴标记者给同一个输入不同模型输出根据喜欢程度打分，组成一个对比数据集。 然后用这个数据集训练奖励模型。
• 第三步：使用 PPO 针对奖励模型优化策略。 使用 RM奖励模型的输出作为标量奖励。 使用 PPO 算法微调监督策略以优化此奖励。

步骤2和步骤3可以不断迭代； 收集当前最佳策略的更多比较数据，用于训练新的 RM，然后训练新的策略。 在实践中，大部分比较数据来自监管的学习，也有一些来自PPO学习。

ChatGPT

总结：

• ChatGPT的实质功能是单字接龙
• 长文由单字接龙的自回归所生的
• 通过提前训练才能让它生成人们想要的问答
• 训练方式是让它按照问答范例来做单字接龙
• 这样训练是为了让它学会【能举一反三的规律】
• 缺点是可能混淆记忆，无法直接查看和更新所学，且高度依赖学习材料

ChatGPT 的三个训练阶段

• “开卷有益”阶段：让ChatGPT对【海量互联网文本】做单字接龙，以扩充模型的词汇量，语言知识，世界的信息与知识。使ChatGPT从“哑巴鹦鹉”变成“脑容量超级大的懂王鹦鹉”。
• “模版规范”阶段：让ChatGPT对【优质对话范例】做单字接龙，以规范回答的对话模式和对话内容。使ChatGPT变成“懂规矩的博学鹦鹉”。
• “创意引导”阶段：让ChatGPT根据【人类对它生成答案的好坏评分】来调节模型，以引导它生成人类认可的创意回答。使ChatGPT变成“既懂规矩又会试探的博学鹦鹉”。

 利用优质对话范例再次利用单字接龙训练它。从而矫正不规范的回答。​

为什么一开始不直接用优质的对话范例训练模型呢？ 一方面优质的对话数量有限，另一方语言多样性不足，无法学习广泛的语言规律。也无法涉猎到各个领域。还有一方面，优质对话范例都是需要人工专门标注，成本过高。​

 在超大规模中，GPT3展现了“理解”指令，理解例子和思维链。​

GPT-4 有什么新功能？

2023年3月27日，OpenAI 宣布发布其最新的大型语言模型 GPT-4。该模型是一个大型多模态模型(large multimodal model )，可以接受图像和文本输入并生成文本输出。GPT-4 是为了更好的遵循用户意图，更好的理解用户的问题，同时使其更真实并产生更少的冒犯性或危险输出。论文地址是这里。

1.性能改进

如您所料，GPT-4 在答案的事实正确性方面改进了 GPT-3.5 模型。 模型出现事实或推理错误的“幻觉（hallucinations）”数量较少，在 OpenAI 的内部事实性能基准测试中，GPT-4 的得分比 GPT-3.5 高 40%。

它还提高了“可操纵性（steerability）”，即根据用户请求更改其行为的能力。 例如，您可以命令它以不同的风格、语气或声音书写。 尝试以“你是一个喋喋不休的数据专家”或“你是一个简洁的数据专家”来开始提示，并让它向你解释一个数据科学概念。 您可以在此处阅读有关为 GPT 模型设计出色提示的更多信息。

进一步的改进是模型对护栏的依从性（adherence to guardrails）。 如果你要求它做一些非法或令人不快的事情，它最好拒绝这个请求。

2. 在 GPT-4 中使用视觉输入

一个主要变化是 GPT-4 可以使用图像输入（仅限研究预览；尚未向公众开放）和文本。 用户可以通过输入穿插的文本和图像来指定任何视觉或语言任务。

示例展示了 GPT-4 正确解释复杂图像的能力，例如来自学术论文的图表、模因和屏幕截图。

您可以在下面看到视觉输入的示例。

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3. GPT-4 的性能基准

OpenAI 通过模拟为人类设计的考试来评估 GPT-4，例如Uniform Bar Examination和 LSAT，以及大学录取的 SAT。 结果表明，GPT-4 在各种专业和学术基准上达到了人类的水平。

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OpenAI 还在为机器学习模型设计的传统基准测试中评估了 GPT-4，它优于现有的大型语言模型和大多数最先进的模型，这些模型可能包括特定于基准的制作或额外的训练协议。 这些基准包括 57 个科目的多项选择题、围绕日常事件的常识推理、小学多项选择科学问题等等。

OpenAI 通过使用 Azure Translate 将 MMLU 基准测试（一套涵盖 57 个主题的 14,000 个多项选择题）翻译成各种语言来测试 GPT-4 在其他语言中的能力。 在测试的 26 种语言中的 24 种中，GPT-4 的英语语言性能优于 GPT-3.5 和其他大型语言模型。

总体而言，GPT-4 更加扎实的结果表明 OpenAI 在开发具有越来越先进能力的 AI 模型方面取得了重大进展。

如何访问 GPT-4

OpenAI 正在通过 ChatGPT 发布 GPT-4 的文本输入功能。 ChatGPT Plus 用户目前可以使用它。 GPT-4 API 有一个候补名单。

图像输入功能的公开可用性尚未公布。

OpenAI 拥有开源的 OpenAI Evals，这是一个用于自动评估 AI 模型性能的框架，允许任何人报告其模型中的缺陷并指导进一步改进。

问题

ChatGPT和InstructGPT异同

ChatGPT和InstructGPT在模型结构，训练方式上都完全一致，即都使用了指示学习（Instruction Learning）和人工反馈的强化学习（Reinforcement Learning from Human Feedback，RLHF）来指导模型的训练，它们不同的仅仅是采集数据的方式上有所差异。所以要搞懂ChatGPT，可以先读懂InstructGPT。

ChatGPT不是搜索引擎

ChatGPT在学习的过程中，并不是把学习材料保存在模型中，也不是根据模型和搜索引擎的搭配组成的结果。而是根据训练数据训练出一个通用模型来处理所有问题。生成全新回答。因此Chatgpt也被成为生成模型。

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生成模型与搜索引擎对比

生成模型的长处：搜索引擎是没法给出没被数据库记忆的信息。但是生成语言模型可以生成数据即使是全新的信息。

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生成模型的短板

1. 能混淆记忆

生成模型的短板是可能混淆记忆但是搜索引擎不会

2. 模型所记住的内容无法直接操作

2.1. 结果缺乏解释性

2,2.更新效率低

不能通过增删改查调整模型，只能通过再次训练来调整模型，但是再次训练后，效果如何？是否是矫枉过正或引入其它问题有的通过多次提问来评估。容易顾此失彼，效率低下。

chatgpt高度依赖数据。想让Chatgpt处理未经情况，必须提供数量多，种类丰富，质量高的材料。

否则它就无法学到通用规律，所学的模型是以偏概全的。

英文缩写名词

缩写名词	全称	注解
RLHF	Reinforcement Learning from Human Feedback
GPT	Generative Pre-Trained Transformer
LMs	Lanaguage Models
SFT	Supervised fine-tuning on human demonstrations
PPO	proximal policy optimization	Proximal Policy Optimization (PPO) is presently considered state-of-the-art in Reinforcement Learning. The algorithm, introduced by OpenAI in 2017
RM	reward model

参考资料

https://cdn.openai/papers/gpt-4.pdf

What is GPT-4 and Why Does it Matter? | DataCamp

GPT-4

https://arxiv/pdf/2203.02155.pdf

Research index

本文标签： 系列gpt