Facebook通过10亿单词构建有效的神经网络语言模型

简介:

由于在语言识别、机器翻译和语言建模等领域表现出了优异的性能,为序列预测而设计的神经网络最近再次引起了人们的兴趣,但是这些模型都是计算密集型的,成本非常高。比如在语言建模领域,最新的成果依然需要在大规模GPU集群上训练几周的时间,虽然效果不错,但是这些计算密集型的实践对大规模计算基础设施的依赖性非常强,这限制了其在学术和生产环境中的研究速度与应用。

针对这一计算瓶颈,Facebook AI 研究院(FAIR)设计了一个新的、几乎是为GPU量身定制的softmax函数,能够非常有效地通过大规模词库训练神经网络语言模型。该函数名为自适应softmax,它能根据不均衡的单词分布构建集群,使计算复杂度最小化,避免了对词库大小的线性依赖。同时能够在训练和测试阶段充分利用现代架构的特点和多维向量运算进一步降低计算消耗。与分层softmax、NCE以及重要性抽样等之前的、大部分为标准CPU设计的方法相比,该方法更适合GPU。

此外,FAIR还开发并开源了一个名为torch-rnnlib 的类库,该类库允许研究者设计新的递归模型,并以最小的努力在GPU上测试这些原型。最近Edouard Grave、Justin Chiu 和Armand Joulin在Facebook的网站上发表了一篇文章,介绍了用户如何通过该类库设计新的递归网络。

使用torch-rnnlib构建递归模型

1. 什么是语言建模?

语言建模就是通过给定词典中的单词序列学习其概率分布,根据单词过去的概率计算其条件分布。T个单词序列(w1,..., w[T])的概率可以表示为: 
P(w1,..., w[T])) = P(w[T]|w[T-1],..., w1)...P(w1) 
该问题通常通过非参数化的计数统计模型来解决,但是目前基于递归神经网络的参数化模型已经被广泛应用于语言建模。

2. 如何使用Torch-rnnlib构建标准模型

Torch-rnnlib为递归神经网络的构建提供了三种不同的接口: 
1). nn.{RNN, LSTM, GRU} 接口,用于构建所有层具有相同数量隐藏单元的递归网络。

  2). rnnlib.recurrentnetwork接口,用于构建任意形状的递归网络。

3). nn.SequenceTable 接口,用于将各种计算有效地链接到一起。nn.RecurrentTable 构造器仅是一个轻量级的包装器,它会随着时间的迁移克隆递归模块。要注意的是,这是最底层的接口,必须调用rnnlib.setupRecurrent(model, initializationfunctions) 设置递归隐藏状态行为。

  3. 构建自己的递归模型

可以通过定义cell函数或者cell状态初始化函数来创建自己的模型。下面的代码展示了如何从零开始构建一个RNN:

  4. 在GPU上训练torch-rnnlib

因为torch-rnnlib遵循nn模块接口,所以调用模型的:cuda()方法就能将其拉到GPU上执行。rnnlib的目的就是让用户能够灵活地创建新的cell函数或者使用快基线。

此外,无论使用前面提到的第一个还是第二个接口构建递归网络,都能非常容易地使用cudnn来加速网络。对于第一个接口,通过usecudnn = true来调用构造函数:

对于第二个接口,将rnnlib.makeRecurrent替换成rnnlib.makeCudnnRecurrent,然后将cell函数修改为cudnn接口中的cellstring。例如:

这样模型的递归部分通常会有至少两倍的速度提升。但是这并不是说整个模型会提速至少两倍,特别是当主要计算工作并不在递归部分的时候,此时提升会更小一些。

图:torch-rnnlib及其他torch类库随着隐藏层数量的增加其运行时间的折线图

5. 自适应Softmax

在处理语言模型等大规模输出空间的时候,分类器可能是模型的计算瓶颈。过去提出的很多解决方案通常都是针对标准CPU而设计的,很少充分利用GPU所特有的能力。

Facebook开发的、新的自适应softmax能够根据数据的分布情况调配计算资源。它能通过加快常用类的访问速度,提供更多计算资源,来实现更好近似值和更快运行时间之间的平衡。更确切地说,它实现了一种k-way 分层softmax,能够根据GPU的架构,通过动态规划算法实现计算资源的有效分配。为了进一步降低分类器的计算负担,自适应softmax还使用了一些技巧:使用浅树(shallow trees)避免顺序计算;为每个集群设置类数量的最小值,避免浪费GPU的并行计算能力。

正如图表1所展示的那样,自适应softmax的性能与完整softmax的性能几乎不相上下,但是训练时间非常短。

  图表1:基于Text8的性能。 ppl越低越好。

  图:不同softmax近似函数语言模型的收敛性。该数据基于LSTM。

测试结果

Facebook两个模型的参数配置如下:小模型使用了有2048个单元的单层LSTM,大模型使用了每层有2048个神经元的双层LSTM。训练模型使用Adagrad,权重调整使用L2。批处理大小为128,反向传播窗口大小为20。

  图表2:基于10亿单词进行训练后的模型复杂度(越低越好)的比较。

如图表2所示,小模型经过几天的训练复杂度达到了43.9,大模型经过6天的时间复杂度达到了39.8。目前最佳复杂度是由Jozefowicz et al.在2016年实现的30.0,但是Jozefowicz et al.达到这一数值使用了32颗GPU,花了3周多的时间;而Facebook仅用1颗GPU花了几天时间。

本文转自d1net(转载)

相关实践学习
在云上部署ChatGLM2-6B大模型(GPU版)
ChatGLM2-6B是由智谱AI及清华KEG实验室于2023年6月发布的中英双语对话开源大模型。通过本实验,可以学习如何配置AIGC开发环境,如何部署ChatGLM2-6B大模型。
目录
相关文章
|
前端开发 JavaScript 开发者
JavaScript:构建动态网络的引擎
JavaScript:构建动态网络的引擎
|
机器学习/深度学习 算法 量子技术
GQNN框架:让Python开发者轻松构建量子神经网络
为降低量子神经网络的研发门槛并提升其实用性,本文介绍一个名为GQNN(Generalized Quantum Neural Network)的Python开发框架。
402 4
GQNN框架:让Python开发者轻松构建量子神经网络
|
边缘计算 安全 算法
阿里云CDN:构建全球化智能加速网络的数字高速公路
阿里云CDN构建全球化智能加速网络,拥有2800多个边缘节点覆盖67个国家,实现毫秒级网络延迟。其三级节点拓扑结构与智能路由系统,结合流量预测模型,确保高命中率。全栈式加速技术包括QUIC协议优化和Brotli压缩算法,保障安全与性能。五层防御机制有效抵御攻击,行业解决方案涵盖视频、物联网及游戏等领域,支持新兴AR/VR与元宇宙需求,持续推动数字内容分发技术边界。
1169 13
|
人工智能 监控 数据可视化
如何破解AI推理延迟难题:构建敏捷多云算力网络
本文探讨了AI企业在突破算力瓶颈后,如何构建高效、稳定的网络架构以支撑AI产品化落地。文章分析了典型AI IT架构的四个层次——流量接入层、调度决策层、推理服务层和训练算力层,并深入解析了AI架构对网络提出的三大核心挑战:跨云互联、逻辑隔离与业务识别、网络可视化与QoS控制。最终提出了一站式网络解决方案,助力AI企业实现多云调度、业务融合承载与精细化流量管理,推动AI服务高效、稳定交付。
|
机器学习/深度学习 算法 搜索推荐
从零开始构建图注意力网络:GAT算法原理与数值实现详解
本文详细解析了图注意力网络(GAT)的算法原理和实现过程。GAT通过引入注意力机制解决了图卷积网络(GCN)中所有邻居节点贡献相等的局限性,让模型能够自动学习不同邻居的重要性权重。
1840 0
从零开始构建图注意力网络:GAT算法原理与数值实现详解
|
机器学习/深度学习 分布式计算 Java
Java与图神经网络:构建企业级知识图谱与智能推理系统
图神经网络(GNN)作为处理非欧几里得数据的前沿技术,正成为企业知识管理和智能推理的核心引擎。本文深入探讨如何在Java生态中构建基于GNN的知识图谱系统,涵盖从图数据建模、GNN模型集成、分布式图计算到实时推理的全流程。通过具体的代码实现和架构设计,展示如何将先进的图神经网络技术融入传统Java企业应用,为构建下一代智能决策系统提供完整解决方案。
905 0
|
监控 安全 Go
使用Go语言构建网络IP层安全防护
在Go语言中构建网络IP层安全防护是一项需求明确的任务,考虑到高性能、并发和跨平台的优势,Go是构建此类安全系统的合适选择。通过紧密遵循上述步骤并结合最佳实践,可以构建一个强大的网络防护系统,以保障数字环境的安全完整。
346 12
|
JSON 编解码 API
Go语言网络编程:使用 net/http 构建 RESTful API
本章介绍如何使用 Go 语言的 `net/http` 标准库构建 RESTful API。内容涵盖 RESTful API 的基本概念及规范,包括 GET、POST、PUT 和 DELETE 方法的实现。通过定义用户数据结构和模拟数据库,逐步实现获取用户列表、创建用户、更新用户、删除用户的 HTTP 路由处理函数。同时提供辅助函数用于路径参数解析,并展示如何设置路由器启动服务。最后通过 curl 或 Postman 测试接口功能。章节总结了路由分发、JSON 编解码、方法区分、并发安全管理和路径参数解析等关键点,为更复杂需求推荐第三方框架如 Gin、Echo 和 Chi。
|
人工智能 供应链 安全
2025 年网络法律论坛 | 应对安全风险,构建韧性举措
2025年查尔斯顿网络法律论坛汇聚法律、网络安全与保险行业专家,探讨全球威胁态势、人工智能应用及监管变化等议题。主旨演讲揭示非对称威胁与供应链漏洞,强调透明度和协作的重要性。小组讨论聚焦AI合理使用、监管热点及网络保险现状,提出主动防御与数据共享策略。论坛呼吁跨领域合作,应对快速演变的网络安全挑战,构建更具韧性的防御体系。
415 1
2025 年网络法律论坛 | 应对安全风险,构建韧性举措
|
安全 自动驾驶 物联网
新四化驱动,如何构建智能汽车的“全场景”可进化互联网络?
在智能化、电动化、网联化、共享化的时代浪潮中,汽车正从单纯的 “机械产品” 进化为先进的 “移动智能终端”。在软件定义汽车(SDV)的崭新时代,每一次 OTA 升级的顺利完成、每一秒自动驾驶的精准决策、每一帧车载娱乐交互的流畅呈现,都离不开一张实时响应、全域覆盖、安全可靠的广域网络。

热门文章

最新文章