Karpathy新视频又火了：从头构建GPT Tokenizer

技术大神卡帕西离职OpenAI以后，营业可谓相当积极啊。

这不，前脚新项目刚上线，后脚全新的教学视频又给大伙整出来了：

这次，是手把手教咱构建一个GPT Tokenizer（分词器），还是熟悉的时长（足足2小时13分钟）。

Ps. 上次讲课还是俩月前的大模型科普。

所谓“卡帕西出手，必属精品”，大伙火速码码码：

今晚的约会取消，卡帕西来了我要去上课（狗头）

再说一遍，付费都买不到的这样高质量的课程，冲。

具体都有哪些干货？

“太长不看版”已为大家准备好。

为什么要关注Tokenizer

如大神介绍：

Tokenizer即分词器是大语言模型pipeline中一个完全独立的阶段。

它们有自己的训练集、算法（比如BPE，字节对编码），并在训练完成后实现两个功能：
从字符串编码到token，以及从token解码回字符串。

为什么我们需要关注它？

卡帕西指出：

因为LLM中的很多奇怪行为和问题都可以追溯到它。

比如：

• 为什么大模型不能处理简单的字符串处理任务，例如反转？
• 为什么大模型在非英语语言任务方面的性能更差？
• 为什么大模型不擅长简单的算术？
• 为什么我的模型在看到字符串“”后就突然“宕机”了？
• 为什么大模型实际上并不是端到端的语言建模？
• ……

所以为了弄清这些问题，便有了今天的课程——尽管大神本人对这部分内容其实也不太喜欢。

上这门课大家会注意到我的表情全程都很凝重。不过，其中的细节真的太重要了（大家还是忍忍吧）。

以下为视频主要内容文字版。

从头构建OpenAI大模型中使用的分词器

视频的最开始主要是对分词器的一些介绍。

包括最简单的字符级分词操作（即每个字符是一个token)以及更为复杂和常用的chunk级操作（即多个字符也会组成一个token）。

在这之中，业内最常用的算法是BPE，即byte pair encoding，字节对编码，因此我们要想构建自己的分词器，最重要的是了解这个算法。

卡帕西介绍：

BPE可以更好地处理非英语语言、对词汇表大小进行调整，对于模型的性能有显著影响。

比如GPT-4分词器通过改进BPE算法，最终在处理Python代码时更加高效，因为它能够将多个空格合并为单个标记，从而减少序列长度，使得模型能够关注更长更多的代码。

需要注意的是，尽管BPE算法可以处理UTF-8编码的字节序列，但直接使用这些序列会导致词汇表过大、序列过长，从而影响模型的注意力机制和上下文长度，因此需要压缩处理。

理解BPE算法后，如何构建自己的分词器？

简单来说，主要包括以下几个步骤：

1、初始化词汇表

基于UTF-8编码的字节。

2、合并字节对并不断迭代，直到词汇表大小达到预设值

在实际演示中，卡帕西通过20次合并，将文本的token数量减少了约27%。

3、处理特殊字符和不同语言的字符

4、整体优化

词汇表过大可能会导致模型训练困难，过小则可能无法捕捉到足够的语言细节。

5、选择一个包含丰富语言特征的数据集来训练

在此，卡帕西提到了SentencePiece库，它支持多种分词算法包括今天提到的BPE。

我们可以用它进行分词器的训练，包括配置选项和如何处理罕见字符。

训练好的分词器用于编码和解码文本也讲了。

6、最后就是评估+集成到模型中了。

当然，后续我们还需要根据模型的表现进行持续调整。

具体道每一步，大神都给咱配了详细的Python实现，包括如何找到最频繁的字节对、如何合并这些对以及如何构建合并字典等等，具体大家就请参阅视频吧。

在这之中，卡帕西也提醒了n个细节，比如：

在解码过程中，如果遇到无效的UTF-8字节序列，可以使用“errors=’replace’”来替换；使用“end of text”特殊标记来在训练数据中分隔文档等等。

实际远比此复杂

毫无疑问，卡帕西带大家实现的是比较基础的一个分词器版本，实际模型中远比这要复杂得多。

比如OpenAI官方提供的BPE分词器——tiktoken。

它用了正则表达式来分割文本，以此来保证某些类型的字符也不会被合并。在GPT-2中，它就在某些方面表现得不错了。

到了GPT-4，官方也对其进行了一些调整。

主要的改变在于：

1. GPT-4会将空格合并；
2. 大小写不敏感；
3. GPT-4最多只合并3位数字，避免了长数字序列token。

不过由于官方并没有公开具体训练细节，所以我们也无法知道其详细的实现。

而除了更复杂的算法，分词器本身在处理长字符串、非英语语言、数字和特殊字符时都可能遇到问题。

因此，讲来讲去，大神在视频中还是表达了一个“朴素的愿望”：

非常希望有一天能够不需要分词，直接将字节流输入到语言模型中。

不过由于这就需要我们对Transfomer架构进行重大修改了，所以现阶段，构建和优化分词器仍然是实现高效大模型的关键步骤。

完整视频见：https://baitexiaoyuan.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/itnew/zflrknpofgo