大道至简：这一轮人工智能（AI）突破的原因其实很「简单」

原标题：大道至简：这一轮人工智能（AI）突破的原因其实很「简单」

大道至简，本文用通俗易懂的语言解释了Transformer的核心原理，对于我们这种没有基础的普通人，也是能快速理解的，也能对当前的大模型有更深入的认识。

过去几年中，人工智能（AI）技术的澎湃发展引领了一场前所未有的工业和科技革命。在这场革命的前沿，以OpenAI的GPT系列为代表的大型语言模型（LLM）成为了研究和应用的热点。

IDC近日发布发布的《全球人工智能和生成式人工智能支出指南》显示，2022年全球人工智能（AI）IT总投资规模为1324.9亿美元，并有望在2027年增至5124.2亿美元，年复合增长率（CAGR）为31.1%。

而带来这一轮人工智能科技革命的技术突破是来自2017年的一篇论文《Attention is All You Need》，在这篇论文中，首次提出了Transformer架构，这个架构是目前大语言模型的核心技术基础。GPT中的T就是Transformer的缩写。

下面，我先带大家简明了解下这个突破性架构的核心原理（原文：What Are Transformer Models and How Do They Work?），其实大道至简，原理没有很复杂，对于我们这种没有基础的普通人，也是能快速理解的，也能对当前的大模型有更深入的认识。

顺便抛出一个问题，为什么这轮技术变革不是来自Google、Meta、百度阿里这样的「传统」AI强势公司，而是初创公司OpenAI引领的呢？

Transformer是机器学习中最令人兴奋的新进展之一。它们首次在论文《Attention is All You Need》中被介绍。Transformer可以用来写故事、论文、诗歌，回答问题，进行语言翻译，与人聊天，甚至能通过一些对人类来说很难的考试！但它们究竟是什么呢？你会高兴地发现，Transformer模型的架构并不复杂，它实际上是一些非常有用的组件的组合，每个组件都有其特定的功能。在这篇博客文章中，你将了解所有这些组件。

这篇文章包含了一个简单的概念性介绍。如果你想了解更多关于Transformer模型及其工作原理的详细描述，请查看Jay Alammar在Cohere发布的两篇出色的文章：

1. The illustrated transformer 《图解Transformer》
2. How GPT3 works 《GPT3是如何工作的》

简单来说，Transformer都做些什么呢？

想象一下你在手机上写短信。每打一个词，手机可能会推荐给你三个词。例如，如果你输入“Hello, how are”，手机可能会推荐“you”或者“your”作为下一个词。当然，如果你继续选择手机推荐的词语，你会很快发现这些词语组成的信息毫无意义。如果你看看每组连续的三四个词，它们可能听起来有点道理，但这些词并没有连贯地组成有意义的句子。这是因为手机中的模型不会携带整个信息的上下文，它只是预测在最近的几个词之后，哪个词更可能出现。而Transformer则不同，它们能够追踪正在写的内容的上下文，这就是为什么它们写出的文本通常都是有意义的。

手机可以对短信中使用的下一个单词给出建议，但没有生成连贯文本的能力

我必须得说，当我第一次发现Transformer是一次生成一个词来构建文本的时候，我简直不敢相信。首先，这不是人类形成句子和思想的方式。我们通常先形成一个基本的思想，然后开始细化它，添加词汇。这也不是机器学习模型处理其他事情的方式。例如，图像的生成就不是这样的。大多数基于神经网络的图形模型会先形成图像的粗略版本，然后慢慢细化或增加细节，直到完美。那么，为什么Transformer模型要一词一词地构建文本呢？一个答案是，因为这样做效果非常好。更令人满意的答案是，因为Transformer在跟踪上下文方面实在是太厉害了，所以它选择的下一个词正是继续推进一个想法所需要的。

那么，Transformer是如何被训练的呢？需要大量的数据，实际上是互联网上的所有数据。所以，当你在Transformer输入句子“Hello, how are”时，它就知道，基于互联网上的所有文本，最好的下一个词是“you”。如果你给它一个更复杂的命令，比如说，“write a story.”，它可能会想出来下一个合适的词是“Once”。然后它将这个词添加到命令中，发现下一个合适的词是“upon”，依此类推。一词一词地，它将继续写下去，直到写出一个故事。

命令：Write a story.

回应：Once

下一个命令：Write a story. Once

回应：upon

下一个命令：Write a story. Once upon

回应：a

下一个命令：Write a story. Once upon a

回应：time

下一个命令：Write a story. Once upon a time

回应：there

等等。

现在我们知道了Transformer都做些什么，让我们来看看它的架构。如果你见过Transformer模型的架构，你可能像我第一次看到它时一样惊叹，它看起来相当复杂！然而，当你把它分解成最重要的部分时，就没那么难了。

Transformer主要有四个部分：

1. 分词（Tokenization）
2. 嵌入（Embedding）
3. 位置编码（Positional encoding）
4. Transformer块（好几个这样的块）
5. Softmax

其中，第4个部分，即Transformer块，是所有部分中最复杂的。这些块可以被连在一起，每个块包含两个主要部分：注意力机制和前馈组件。

让我们逐个学习这些部分。

一、Tokenization（分词）

分词是最基本的步骤。它涵盖了一个庞大的词汇库，包括所有的单词、标点符号等。分词步骤会处理每一个单词、前缀、后缀以及标点符号，并将它们转换为词库中已知的词汇。

举例来说，如果句子是“Write a story.”，那么对应的4个token将是，