GPT模型的前世今生-轻识

大数据文摘授权转载自数据派THU

作者：李媛媛

1 GPT模型概述

GPT模型，全称Generative Pre-trained Transformer，由OpenAI团队开发，是一种基于深度学习的自然语言处理模型。通过无监督学习的方式，对大规模文本进行学习和抽象概括，进而通过微调的方式用于各种特定的自然语言处理任务。

GPT模型的核心是Transformer架构，这是一个用于序列建模的神经网络结构。与传统的循环神经网络（RNN）不同，Transformer使用了自注意力机制，这使得模型可以更好地处理长序列，同时实现高效的并行计算，从而提高了模型的效率和性能。

模型的设计初衷是通过在大规模文本语料库上进行无监督的预训练，来学习自然语言的语法、语义和语用等知识。这种预训练方式使得GPT模型能够生成连贯、自然的语言文本，并适应各种不同的自然语言处理任务。通过微调，GPT模型可以针对特定任务进行优化，从而在文本生成、机器翻译、语音识别和对话系统等领域展现出强大的应用能力。随着技术的不断进步，GPT模型已经推出了多个版本，包括GPT-1、GPT-2、GPT-3和GPT-4等。每个新版本都在前一个版本的基础上进行了改进和优化，提高了模型的性能和适用性。例如，GPT-2具有更大的模型规模和更高的预训练参数数量，能够产生更加“流畅”和“连贯”的语言生成结果；而GPT-3则是目前最大、最强大的版本，能够根据给定的提示文本来生成连贯的、富有创意的文章、对话等。

其衍生版本包括InstructGPT、GPT-3.5、ChatGPT等; GPT-4不仅在语言理解和生成方面表现出色，还具备多模态处理能力，能够接收图像等输入并生成相应的文本输出。目前还没有关于 GPT-5 发布时间的官方消息，但可以预计它会在未来几年内发布。GPT-5 的发布可能会进一步推动自然语言处理和文本生成技术的发展，从而在许多领域产生深远影响。

由此可见，GPT模型通过其强大的预训练能力、高效的Transformer架构以及广泛的应用领域，成为了自然语言处理领域的重要里程碑。随着技术的不断发展，GPT模型将继续推动自然语言处理技术的进步，并为人们提供更加智能、高效的语言处理服务。

2 GTP 模型架构

GPT模型架构主要基于Transformer的decoder结构，是一种深度学习模型，适用于自然语言处理和其他序列到序列学习任务。其核心组成部分包括注意力机制（Attention Mechanism）和残差连接（Residual Connections）。GPT模型所依赖的Transformer架构由Google在2017年的论文《Attention Is All You Need》中首次提出，其架构图如下：

图中主要由左边N个Encoder和右边N个Decoder连接而成。可以简单理解为Transformer主要包括以下步骤：

1) N个编码器(Encoder)，通过注意力机制获取输入文字的特征；

2) N个解码器(Decoder)也以类似的方式工作，用注意力机制获取当前上下文的特征；

3) 以步骤2）得到的上下文特征为基础，参考步骤1）得到的输入文字的特征，预测出下一个要输出单词；

4) 把新输出的单词拼接到上下文，回到步骤2）继续循环，直到完成所有输出。

在Transformer架构的基础上，OpenAI在其论文《Improving Language Understanding by Generative Pre-Training》中讲述了通过自注意力机制简化transform模型架构的思路，只使用Decoder架构的机制奠定了GPT系列的架构基础。具体架构图如下：

GPT模型通过编码器将输入序列编码成抽象的特征表示，解码器则利用这些特征表示来生成目标序列。在每个子层之间，GPT模型添加了残差连接和层归一化（Layer Normalization），这有助于缓解深度神经网络在训练过程中可能出现的梯度消失或爆炸问题，提高模型的训练稳定性和性能。

在自注意力层中，输入序列被分为多个头（Heads），每个头学习一种不同的表示方式。每个头应用一个类似于注意力机制的加权函数，以确定每个位置对其他位置的重要性。这种机制使得模型能够高效地处理长序列数据，并捕捉序列中的依赖关系。

在前馈神经网络层中，模型将自注意力层的输出输入到一个全连接神经网络中，以学习特征表示之间的非线性关系。这种结构增强了模型的表示学习能力，使其能够捕捉更复杂的语言模式和结构。

最终，GPT模型通过多个这样的层级组合而成，生成目标序列或作为分类、回归等任务的输出。这种架构使得GPT模型在处理自然语言任务时具有出色的性能，能够生成高质量、连贯的文本内容。

总之，GPT模型架构的设计充分利用了Transformer模型的优点，通过注意力机制和残差连接等技术，实现了高效、稳定的自然语言处理性能。这使得GPT模型在各种自然语言处理任务中表现出色，并为人工智能领域的发展提供了强大的支持。

3 GPT 模型的种类

GPT模型的种类随着技术的不断发展和进步，已经推出了多个版本，每个版本都在前一个版本的基础上进行了改进和优化，以提高模型的性能和适用性。目前主要的GPT模型种类包括：

GPT-1：这是GPT系列的第一个版本，发布于2018年。GPT-1具有1.17亿个参数，使用Transformer的decoder结构作为基础，并采用了预训练的语言模型。它在多项自然语言处理任务上取得了很好的表现，如文本生成、机器翻译和阅读理解等。尽管在某些任务上表现出色，但GPT-1生成的文本质量和连贯性相对较低。

GPT-2：GPT-2是GPT系列的第二个版本，发布于2019年。相比于GPT-1，GPT-2在模型规模和预训练数据上都有了显著的提升。GPT-2具有更大的模型规模，参数数量从GPT-1的1.17亿增加到了15亿，并使用了更多的预训练数据。这些改进使得GPT-2在生成任务上表现出了更强的创造力和语言理解能力，能够生成更长、更连贯的文本。

GPT-3：GPT-3是GPT系列的第三个版本，发布于2020年。GPT-3是迄今为止最大、最强大的自然语言生成模型，具有惊人的1750亿个参数。这一巨大的模型规模使得GPT-3能够处理更加复杂和多样的自然语言处理任务，包括文本生成、翻译、问答和文本分类等。GPT-3在预训练过程中使用了大量的互联网文本数据，进一步提升了其性能和泛化能力。

InstructGPT：InstructGPT是2021年发布的GPT-3模型的新版本。与GPT-3基础模型不同的是，InstructGPT从强化学习、人类反馈层面进行了优化，通过学习和不断改进，使得模型的真实性更大，伤害性更小。

GPT-3.5：，OpenAI 于2022 年 3 月发布了 GPT-3 的新版本GPT-3.5。GPT-3.5模型可以编辑文本或向文本中插入内容。训练数据截至 2021 年 6 月，2022 年 11 月底，OpenAI 正式称这些模型为 GPT-3.5 模型。2022 年 11 月，OpenAI 推出了 ChatGPT，并将其作为一种实验性的对话式模型。ChatGPT通过模型微调，在交互式对话中表现极为出色。

GPT-4：GPT-4是GPT系列的第四个版本，发布于2023年3月。是一款具有广泛应用的大型、多模态模型。与 OpenAI GPT 家族中的其他模型不同，GPT-4 是第一个能够同时接收文本和图像的多模态模型。它不仅可以接收文本输入，还能接收图像输入，并生成相应的文本输出。在各种专业和学术基准测试中，GPT-4的性能与人类水平相当，显示出其强大的自然语言处理能力。与之前的版本相比，GPT-4具有更先进的推理能力，能够处理超过25,000字的长篇文章。此外，GPT-4还在法律、数学、科学和文学等多个领域提供了高质量的输出。

GPT-5：是下一代的大型多模态模型，它将在GPT-4的基础上进行了进一步的改进和增强。GPT-5的功能特点包括能够处理更多种类型的信息，如音频和视频，这使得它可以在更广泛的任务中发挥作用，如生成图像、编辑视频和制作音乐等。GPT-5还具备个性化模板和自动格式转换等功能，可以根据用户的需求和输入变量进行定制，并自动将文本转换为不同的格式。此外，GPT-5还旨在支持多种语言，成为语言翻译和其他需要多语言支持的应用的宝贵工具。

下表总结了GPT家族部分模型的典型特点。