自然語言處理：基于大語言模型的方法

目錄
推薦序III
推薦語IV
前言VI
數(shù)學(xué)符號X
第1 部分基礎(chǔ)知識
第1 章緒論2
1.1 自然語言處理的概念3
1.2 自然語言處理的難點(diǎn).3
1.3 自然語言處理任務(wù)體系5
1.3.1 任務(wù)層級5
1.3.2 任務(wù)類別6
1.3.3 研究對象與層次6
1.4 自然語言處理技術(shù)發(fā)展歷史7
第2 章自然語言處理基礎(chǔ)11
2.1 文本的表示12
2.1.1 詞的獨(dú)熱表示12
2.1.2 詞的分布表示13
2.1.3 詞嵌入表示18
2.1.4 文本的詞袋表示18
2.2 自然語言處理任務(wù)19
2.2.1 自然語言處理基礎(chǔ)任務(wù)19
2.2.2 自然語言處理應(yīng)用任務(wù)25
2.3 基本問題30
2.3.1 文本分類問題30
2.3.2 結(jié)構(gòu)預(yù)測問題30
2.3.3 序列到序列問題33
2.4 評價指標(biāo)34
2.4.1 自然語言理解類任務(wù)的評價指標(biāo)35
2.4.2 自然語言生成類任務(wù)的評價指標(biāo)36
2.5 小結(jié)37
第3 章基礎(chǔ)工具集與常用數(shù)據(jù)集38
3.1 tiktoken 子詞切分工具39
3.2 NLTK 工具集40
3.2.1 常用語料庫和詞典資源41
3.2.2 常用自然語言處理工具集43
3.3 LTP 工具集45
3.3.1 中文分詞45
3.3.2 其他中文自然語言處理功能45
3.4 PyTorch 基礎(chǔ)46
3.4.1 張量的基本概念46
3.4.2 張量的基本運(yùn)算47
3.4.3 自動微分 51
3.4.4 調(diào)整張量形狀52
3.4.5 廣播機(jī)制53
3.4.6 索引與切片54
3.4.7 降維與升維54
3.5 大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集55
3.5.1 維基百科數(shù)據(jù)55
3.5.2 原始數(shù)據(jù)的獲取55
3.5.3 語料處理方法56
3.5.4 其他文本預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集59
3.5.5 文本預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集討論60
3.6 更多數(shù)據(jù)集60
3.7 小結(jié)62
第4 章自然語言處理中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)63
4.1 多層感知器模型64
4.1.1 感知器64
4.1.2 線性回歸64
4.1.3 Logistic 回歸65
4.1.4 Softmax 回歸66
4.1.5 多層感知器67
4.1.6 模型實(shí)現(xiàn)68
4.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)70
4.2.1 模型結(jié)構(gòu)70
4.2.2 模型實(shí)現(xiàn)72
4.3 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)74
4.3.1 模型結(jié)構(gòu)74
4.3.2 長短時記憶網(wǎng)絡(luò)75
4.3.3 模型實(shí)現(xiàn)77
4.3.4 基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的序列到序列模型79
4.4 Transformer 模型79
4.4.1 注意力機(jī)制79
4.4.2 自注意力模型80
4.4.3 Transformer81
4.4.4 基于Transformer 的序列到序列模型85
4.4.5 Transformer 模型的優(yōu)缺點(diǎn)85
4.4.6 PyTorch 內(nèi)置模型實(shí)現(xiàn) 86
4.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練87
4.5.1 損失函數(shù)87
4.5.2 梯度下降89
4.6 自然語言處理中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)戰(zhàn)92
4.6.1 情感分類實(shí)戰(zhàn)92
4.6.2 詞性標(biāo)注實(shí)戰(zhàn)102
4.7 小結(jié)104
第2 部分預(yù)訓(xùn)練語言模型
第5 章語言模型107
5.1 語言模型的基本概念108
5.2 N 元語言模型108
5.2.1 N 元語言模型的基本概念108
5.2.2 N 元語言模型的實(shí)現(xiàn)109
5.2.3 N 元語言模型的平滑111
5.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型112
5.3.1 前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型113
5.3.2 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型114
5.3.3 Transformer 語言模型116
5.3.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型生成文本 117
5.4 語言模型的實(shí)現(xiàn)118
5.4.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 118
5.4.2 前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型119
5.4.3 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型122
5.4.4 Transformer 語言模型125
5.5 語言模型性能評價129
5.6 小結(jié)130
第6 章預(yù)訓(xùn)練詞向量131
6.1 預(yù)訓(xùn)練靜態(tài)詞向量132
6.1.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型的靜態(tài)詞向量預(yù)訓(xùn)練132
6.1.2 Word2vec 詞向量132
6.1.3 負(fù)采樣135
6.1.4 GloVe 詞向量136
6.1.5 模型實(shí)現(xiàn)137
6.1.6 評價與應(yīng)用143
6.2 預(yù)訓(xùn)練動態(tài)詞向量148
6.2.1 雙向語言模型149
6.2.2 ELMo 詞向量151
6.2.3 模型實(shí)現(xiàn) 152
6.2.4 評價與應(yīng)用162
6.3 小結(jié) 164
第7 章預(yù)訓(xùn)練語言模型166
7.1 概述167
7.2 Decoder-only 模型167
7.2.1 GPT 168
7.2.2 GPT-2 172
7.2.3 GPT-3 173
7.3 Encoder-only 模型174
7.3.1 BERT 174
7.3.2 RoBERTa 185
7.3.3 ALBERT 189
7.3.4 ELECTRA 191
7.3.5 MacBERT 194
7.3.6 模型對比196
7.4 Encoder-Decoder 模型196
7.4.1 T5 197
7.4.2 BART 198
7.5 預(yù)訓(xùn)練模型的任務(wù)微調(diào)：NLU 類201
7.5.1 單句文本分類202
7.5.2 句對文本分類205
7.5.3 閱讀理解207
7.5.4 序列標(biāo)注211
7.6 預(yù)訓(xùn)練模型的任務(wù)微調(diào)：NLG 類216
7.6.1 文本生成216
7.6.2 機(jī)器翻譯217
7.7 小結(jié)220
第3 部分 大語言模型
第8 章 大語言模型的預(yù)訓(xùn)練222
8.1 大語言模型的基本結(jié)構(gòu)223
8.1.1 Llama 223
8.1.2 Mixtral 226
8.1.3 縮放法則228
8.1.4 常見大語言模型對比230
8.2 注意力機(jī)制的優(yōu)化230
8.2.1 稀疏注意力231
8.2.2 多查詢注意力與分組查詢注意力233
8.2.3 FlashAttention 234
8.3 位置編碼策略237
8.3.1 RoPE 237
8.3.2 ALiBi 240
8.4 長上下文處理策略242
8.4.1 位置插值法242
8.4.2 基于NTK 的方法245
8.4.3 LongLoRA 246
8.4.4 YaRN 247
8.5 并行訓(xùn)練策略251
8.5.1 數(shù)據(jù)并行251
8.5.2 模型并行252
8.5.3 流水線并行254
8.5.4 混合并行254
8.5.5 零冗余優(yōu)化255
8.5.6 DeepSpeed 256
8.6 小結(jié)257
第9 章大語言模型的適配258
9.1 引言259
9.2 基于提示的推斷259
9.2.1 提示工程260
9.2.2 檢索與工具增強(qiáng)267
9.3 多任務(wù)指令微調(diào)269
9.3.1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換271
9.3.2 自動生成指令數(shù)據(jù)集271
9.3.3 指令微調(diào)的實(shí)現(xiàn)273
9.4 基于人類反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)276
9.4.1 基于人類反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的原理276
9.4.2 基于人類反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的改進(jìn)279
9.4.3 人類偏好數(shù)據(jù)集280
9.5 參數(shù)高效精調(diào)280
9.5.1 LoRA 281
9.5.2 QLoRA 284
9.5.3 Adapter 288
9.5.4 Prefix-tuning 289
9.5.5 P-tuning 290
9.5.6 Prompt-tuning 291
9.6 大語言模型的中文適配 292
9.6.1 中文詞表擴(kuò)充 292
9.6.2 中文增量訓(xùn)練 295
9.7 大語言模型壓縮 296
9.7.1 知識蒸餾 296
9.7.2 模型裁剪 302
9.7.3 參數(shù)量化 305
9.8 小結(jié) 310
第10 章大語言模型的應(yīng)用311
10.1 大語言模型的應(yīng)用示例312
10.1.1 知識問答 312
10.1.2 人機(jī)對話 313
10.1.3 文本摘要 314
10.1.4 代碼生成 315
10.2 生成指令數(shù)據(jù) 316
10.2.1 Self-Instruct 316
10.2.2 Alpaca 319
10.2.3 WizardLM 322
10.3 大語言模型的量化與部署324
10.3.1 llama.cpp 324
10.3.2 transformers 329
10.3.3 vLLM 332
10.4 本地化開發(fā)與應(yīng) 335
10.4.1 LangChain 335
10.4.2 privateGPT 338
10.5 工具調(diào)用與自動化 342
10.5.1 AutoGPT 342
10.5.2 HuggingGPT 346
10.6 小結(jié)348
第11 章大語言模型的能力評349
11.1 引言350
11.2 通用領(lǐng)域及任務(wù)評估350
11.2.1 語言理解能力350
11.2.2 文本生成能力352
11.2.3 知識與推理能力357
11.3 特定領(lǐng)域及任務(wù)評估360
11.3.1 數(shù)學(xué)360
11.3.2 代碼360
11.4 模型對齊能力評估362
11.4.1 有用性363
11.4.2 無害性365
11.4.3 安全性367
11.4.4 真實(shí)性367
11.5 大語言模型的評價方法368
11.5.1 評價設(shè)置：適配368
11.5.2 自動評價方法369
11.5.3 人工評價方法370
11.5.4 紅隊(duì)測試371
11.6 小結(jié)372
第12 章預(yù)訓(xùn)練語言模型的延伸374
12.1 多語言預(yù)訓(xùn)練模型375
12.1.1 多語言BERT 375
12.1.2 跨語言預(yù)訓(xùn)練語言模型376
12.1.3 多語言預(yù)訓(xùn)練語言模型的應(yīng)用378
12.1.4 大規(guī)模多語言模型379
12.2 代碼預(yù)訓(xùn)練模型379
12.2.1 代表性代碼預(yù)訓(xùn)練模型380
12.2.2 代碼預(yù)訓(xùn)練模型的對齊383
12.2.3 代碼預(yù)訓(xùn)練模型的應(yīng)用383
12.3 多模態(tài)預(yù)訓(xùn)練模型384
12.3.1 掩碼圖像模型384
12.3.2 基于對比學(xué)習(xí)的多模態(tài)預(yù)訓(xùn)練模型.386
12.3.3 圖到文預(yù)訓(xùn)練模型388
12.3.4 圖像或視頻生成390
12.4 具身預(yù)訓(xùn)練模型392
12.5 小結(jié)394
第13 章DeepSeek 系列模型原理簡介395
13.1 DeepSeek 系列模型概述396
13.2 模型架構(gòu)優(yōu)化398
13.2.1 算法優(yōu)化398
13.2.2 基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化 402
13.3 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)習(xí)得推理能力405
13.3.1 DeepSeek-R1-Zero：僅通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)習(xí)得推理能力405
13.3.2 DeepSeek-R1：規(guī)范性和泛化性408
13.3.3 蒸餾: 推理能力的遷移 411
13.4 小結(jié) 411
參考文獻(xiàn)413
術(shù)語表421