大模型一些概念的理解 - 线性层、前向传播、后向传播

文章目录

  • 前言
  • 一、线性层
    • 1. 什么是线性层?
    • 2. 通俗解释
    • 3. 示例
  • 二、前向传播
    • 1. 什么是前向传播?
    • 2. 通俗解释
    • 3. 示例
  • 三、后向传播
    • 1. 什么是后向传播?
    • 2. 通俗解释
    • 3. 具体步骤
  • 四、示例
  • 五、在 PyTorch 中的后向传播


前言

最近提问里有问到一些名词:线性层、前向传播、后向传播。这些实际是神经网络的一些基础概念,我们可以先通过通俗易懂的方式简单了解下它们


一、线性层

1. 什么是线性层?

  • 线性层(Linear Layer)是神经网络中的一种基本层,也称为全连接层(Fully Connected Layer)。
  • 它的工作方式类似于简单的线性方程:y = Wx + b,其中 W 是权重矩阵,x 是输入,b 是偏置项,y 是输出。
  • 线性层的主要任务是将输入的数据通过权重和偏置进行线性变换,从而生成输出。

2. 通俗解释

想象你是一家餐馆的老板,你要根据顾客的点餐数量来计算总价:

  • x 是顾客点的每种菜的数量。
  • W 是每种菜的单价。
  • b 是固定的服务费。

你通过这个公式计算出顾客需要支付的总价,这就相当于线性层的作用。

3. 示例

假设一个线性层输入是3维的,输出是2维的,可以理解为:

  • 输入是一个包含3个数的列表(比如顾客点了3种菜的数量)。
  • 线性层把这3个数转换成另一个包含2个数的列表(比如总价和服务费)。

二、前向传播

1. 什么是前向传播?

  • 前向传播(Forward Propagation)是神经网络计算输出的过程。
  • 它从输入层开始,通过各个隐藏层,最后到达输出层,每一层的输出都是下一层的输入。
  • 这个过程相当于逐层传递和处理信息。

2. 通俗解释

想象你要烤一个蛋糕,过程如下:

第1步: 输入层:你有原材料(比如面粉、鸡蛋、糖)。
第2步: 隐藏层:你按照步骤混合材料、搅拌、烘烤。
第3步: 输出层:你得到一个蛋糕。

前向传播就像这个烤蛋糕的过程,你一步步按照食谱操作,最后得到一个结果。

3. 示例

在一个问答模型中,前向传播的过程如下:

第1步: 输入层:你输入一个问题和一段包含答案的文本。
第2步: 隐藏层:模型(比如 BERT)对这些文本进行处理,理解其中的含义。
第3步: 输出层:模型输出答案的起始位置和结束位置。

三、后向传播

1. 什么是后向传播?

  • 后向传播是一种计算梯度的算法,用于神经网络的训练过程。
  • 它通过计算每个参数对损失函数的影响来更新网络的权重和偏置。
  • 具体来说,它是通过链式法则来计算损失函数相对于每个参数的梯度,然后使用这些梯度来更新参数。

2. 通俗解释

想象你在做一个项目,项目结果不理想,你想知道是哪个步骤出了问题:

1) 结果不好(损失函数的值大)。
2) 逐步回溯,检查每个步骤,找到哪些步骤出了问题(计算梯度)。
3) 修正这些步骤,以便下次能做得更好(更新权重和偏置)。

在这个过程中,你在不断调整和优化每个步骤,确保最终结果越来越好。

3. 具体步骤

1) 计算损失:在前向传播结束后,计算模型的预测结果与真实结果之间的差异,这个差异叫做损失(loss)。
2) 反向计算梯度:从输出层开始,逐层向回计算每个参数对损失的贡献,这个过程称为反向传播。
3) 更新参数:使用优化算法(如梯度下降),根据计算出的梯度更新每个参数,使得损失逐渐减少。

四、示例

假设我们有一个简单的神经网络来预测房价:

  1. 前向传播

    • 输入房子的特征(面积、房龄等)。
    • 网络计算出一个预测的房价。
  2. 计算损失

    • 将预测的房价与实际房价进行比较,计算出差异(损失)。
  3. 后向传播

    • 从输出层开始,计算每个参数(权重和偏置)对损失的贡献。
    • 使用这些梯度来调整参数,使下次预测更加准确。

五、在 PyTorch 中的后向传播

PyTorch 提供了自动微分的功能,通过计算图来支持前向传播和后向传播。

代码示例

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim# 假设我们有一个简单的线性模型
model = nn.Linear(10, 1)  # 输入10维,输出1维
criterion = nn.MSELoss()  # 使用均方误差作为损失函数
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)  # 使用随机梯度下降优化器# 输入和真实输出
inputs = torch.randn(5, 10)  # 随机生成5个样本,每个样本10维
targets = torch.randn(5, 1)  # 随机生成5个真实输出# 前向传播
outputs = model(inputs)
loss = criterion(outputs, targets)# 后向传播
loss.backward()# 更新参数
optimizer.step()

在这个例子中:

  1. 前向传播:计算模型的预测输出 outputs
  2. 计算损失:计算预测输出与真实输出之间的损失 loss
  3. 后向传播:计算损失相对于模型参数的梯度 loss.backward()
  4. 更新参数:使用优化器根据梯度更新模型参数 optimizer.step()

通过这些步骤,模型的参数会逐渐调整,使得预测结果越来越接近真实结果。

希望这个解释能帮助你更好地理解后向传播的概念!

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