网易新闻2024年10月12日发布:用一个例子，通俗易懂地说说大模型的原理

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最近，无论我走到哪里，似乎都能听到人们在讨论 AI，我想你也一样。人们不停地讨论着 AI 的影响、伦理问题、利弊等等。但我那些非技术出身的朋友们很少聊到这些技术是如何工作的。因为对他们来说，这些概念看起来复杂而深奥。要理解 LLM 是如何工作的，似乎是一个不可能完成的任务。

其实这并没有这么难，任何人都能够理解它。因为推动现今 AI 飞速发展的核心原理其实非常简单。

所以，请耐心看完我这篇不到两千字的文章，我会尽量用浅显的语言 —— 不涉及任何专业术语或数学方程式 —— 来解释 LLM 是怎样工作的。

#01举个例子

想象这样一个场景：你在准备晚餐，发现还需要再加一道配菜。你已经准备的食物差那么一点点。因此，我们需要再加一样东西来丰富这顿饭。

这听起来容易，做起来难。因为我们选择的配菜必须和主菜协调。如果主菜是咸的，配菜也应该是咸的。如果餐中已经包含沙拉，那我们就不需要再做一份了。如果主菜以淀粉食物为主，也许我们可以考虑加一道烤蔬菜。

有没有一款应用，可以直接告诉你该做什么呢？不是随机挑选的那种。你只需告诉它你已经在做的菜肴，它就能推荐最合适的配菜。这个应用能适用于任何一顿饭，无论是为四个人还是四十个人准备，无论是什么样的菜肴组合、口味搭配，它都能应对自如。

我们打算用简单的两步来开发这款应用程序……

首先，我们要让它学会用计算机能理解的方式来分析每一顿餐。计算机毕竟没有味蕾，它们需要将原本对它们而言毫无直觉可言的概念（即食物）转换成能够捕捉到所有可能影响食物搭配的数据。

接着，我们要教它一种方法，让它能够根据任何一组已有的菜肴来推荐新的菜肴。这个过程不仅仅是记住它之前见过的东西。要记住，这个应用需要适用于各种菜肴的组合，即使是它以前从未见过的搭配。因此，我们不只是在编程，我们是在教它。

第一步：餐食建模

那么，第一步就是教会计算机如何将餐食视为数据。我们不会通过告诉它餐食的具体信息（比如味道或适合搭配的食物）来实现这一点。那种方法属于传统的机器学习（Machine Learning）。这种方法过于局限，且容易出错。相反，我们会向它提供大量数据，这些数据包含了人们过去是如何将不同的菜肴搭配在一起的。

比如，让我们考虑两种菜肴：凯撒沙拉和卡普雷塞沙拉。我们人类知道这两道菜相似：它们都是意大利菜，都是沙拉，都含有蔬菜和奶酪…… 但机器学习这两道菜的相似性时，不需要了解这些信息。

当我们在大量数据中搜索时，我们发现每当出现凯撒沙拉，它通常与其他意大利菜肴搭配。同样地，卡普雷塞沙拉通常不会与其他沙拉出现在同一餐中，但它们会与意大利菜肴一起出现。

由于这两种菜肴经常与相同类型的其他菜肴共同出现，我们可以认为它们是相似的。它们倾向于出现在相同的食物组合中。可以这样说，一道菜的特点，往往体现在它常伴随的食物中。

这个过程并不像看上去那么直观。我们并不是在寻找凯撒沙拉和卡普雷塞沙拉共同出现的情况。事实上，即使它们从未一起出现过，只要它们经常与相同的其他菜肴出现，我们就可以认为它们相似。

想想我们刚才做的事情。设想我们想在一张图表上展示所有食物：

首先，我们从数据中找到所有可能的菜肴，并随机地在图表上标记它们：

这里，我们仅用四种菜肴来示例。但实际上，请想象所有可能的菜肴。

现在，每当我们在数据中发现两种食物常与其他菜肴一起出现，我们就把它们在图表上移得更近一些。比如，发现不同类型的寿司经常与同一种味噌汤搭配，我们就把这些寿司在图表上靠拢。同样，如果比萨和意面都常与蒜香面包搭配，我们也让它们在图表上靠近：

经过无数次这样的操作后，会出现一种神奇的现象。可以互换的菜肴会聚集在非常靠近的位置。相对可以互换的菜肴（比如塔可和墨西哥卷饼）会更靠近彼此。而很少或根本不能互换的菜肴（比如汉堡和寿司）则会被放在很远的位置。

在现实中，两个维度是不够的。每种菜系和不同的餐食都需要足够的空间来区分，这意味着真正的图表应该包含更多的轴（可能是数百个，甚至数千个）。虽然这无法直观地展示，但基本原理是一样的。我们将所有食物分散开，然后根据它们与类似菜肴的共现情况，逐渐靠近。

为了方便描述，我把这个庞大、多维度的图形称之为 “美食空间”。在这个空间里，任何可能的食物都有其特定的位置，它们与相似的食物相邻，与差异较大的食物则相距较远。

换个角度来看，这真是太有趣了。我们刚构建了一个精准的食物类型模型，在这个模型中，类似的食物被聚集在一起，而不同的食物则远离彼此。而且有趣的是，这一切并未涉及到食物的味道或成分。

此外，由于我们基于大量数据建立了这个模型，我们能够进一步做一些有趣的尝试：进行食物算术。

食物算术？“你在开玩笑吧！”

我向你保证，这不是玩笑。虽然你可能不太相信，但美食空间中食物的位置其实并非随机。事实上，不仅相似的食物被安排在一起，它们之间的关系还非常合理。例如，含有面包的食物都聚集在同一平面上，咸味食物则在同一条线上排列。枫糖口味的食物也有着某种数学上的联系。

这意味着我们能做出这样的操作：如果我取一个卷饼的坐标，减去玉米饼的坐标，最终得到的位置接近卷饼碗。同理，如果我取鸡肉面条汤的坐标，减去面条的坐标，再加上米饭的坐标，得到的位置就接近鸡肉米汤。

食物算术，真是令人震惊！

最重要的一点：美食空间里的食物排列已经不再是随机的了。实际上，每种食物的位置都遵循着隐藏的数学规律，这些规律让每种食物都与其他食物保持着合理的相对位置。

第二步：寻找模式

很好，现在我们已经建立了美食空间，并为各种食物定义了相对于其他食物的合理坐标。下一步该怎么做呢？

接下来，我们将再次训练模型。但这次，我们要输入的是完整的餐点 —— 涵盖了我们所见过的所有餐点 —— 并让它寻找其中的模式。我们的目标是训练程序回答这样一个问题：如果一顿饭包含了 A、B 和 C 这三种菜肴，那么 D 最有可能是什么类型的菜肴？

为此，我们需要对每一顿饭做出询问：在美食空间中，这顿饭看起来是怎样的？比如说，我们发现很多餐点在图表的这四个区域中有共同的菜肴：

现在，我们可以从更高的视角来看这个问题，仅关注美食空间中的坐标，而忽略是哪些具体的食物让我们识别出了这种模式。我们可以得出结论：如果一顿饭已经包含了这三个区域的菜肴，那么最适合作为第四道菜的选择应该在那最后一个区域：

记住这个原则：“一道菜肴的特点，取决于它所搭配的其他菜肴。” 由于我们的模型被训练来考虑食物类型及它们之间的关系，而不是具体的菜肴成分和口味，因此它能够在任何情景下，结合任何风味组合，找出最佳的搭配菜肴。只需给定几个食物区域，它就能找到下一道菜最可能出现的区域……

…… 这正好让我们回到了最初的目标，并且已经成功实现了。我们想要打造一个应用程序，能够准确告诉我们应该将哪些菜肴搭配在一起。现在，我们做到了。

#02用文字代替食谱

那么，这一切和 LLM 有什么联系呢？

只需将餐点的概念替换成句子，将这些餐点中的菜肴替换成单词。这样一个简单的替换，采用相同的框架和方法，就能让你理解我们今天所熟悉的基于文本的生成式 AI 工具。

第一步：我们要训练一个模型，使其能够根据单词在类似环境中出现的频率，理解单词间的关系。可以这么说：“一个单词的特征，取决于它周围的单词。” 我们需要将大量人类撰写的数据输入给它（这里的 “大量”，基本涵盖了整个互联网的范围），然后模型会适时地调整单词之间的位置关系。

如今，模型输出的不再是 “餐饮空间”。而是所谓的向量空间（vector-space）。但其背后的原理依旧不变。系统并不真正理解任何一个单词的含义，正如它无法感知菜肴的味道一样。它仅仅能够理解每个单词在向量空间中与其他单词的相互关系。

第二步：寻找模式。比如，如果一个句子包含了单词 A、B、C，那么接下来最可能出现的单词是什么？如果包含了 X 和 Y，那么它应该在向量空间的哪个区域寻找下一个可能出现的内容？

对于 LLM，它们实际上做的就是 “下一个单词预测”，这与我们之前用餐计划的比喻类似。比如说，你向一个 LLM 提出这样的指令：“Tell me you love me.” 它会通过所有已掌握的模式寻找来回答一个问题：这串单词之后，最可能跟随的单词是什么？换个方式表达就是：基于这个句子中单词在向量空间的坐标，我在其他句子中观察到的模式告诉我，下一个单词应该在哪里寻找？

LLM 找到的答案是 “I”。确定了这一点后，它会将 “I” 附加到你的原始指令之后，并将整个句子重新输入系统。那么，接下来最可能出现的单词是什么？“Tell me you love me. I” 之后呢？显然是 “love”！将其附加上，再将整个句子投入系统。接下来可能的是：“Tell me you love me. I love”……

大致就是这样的过程。

#03总结

当然，这个过程还包含了一些更为细致的内容。其中涉及到复杂的数学原理和计算过程。但其根本原理其实与前面提到的用餐计划例子中的原理大同小异。

这就解释了为什么我们正在经历的这场 AI 风潮如此令人着迷。考虑到这项技术带来的巨大变革，其实它的原理并不复杂。只需要几个基本的数学概念，大量的训练数据，再加上一些小小的创新和调整，你就能打造出一台能够 “思考” 的机器。

原文链接：https://medium.com/@NirZicherman/how-ai-works-2499120a78cb

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