DeepSeek 技術原理詳解

引言

DeepSeek是一種基于Transformer架構的大型語言模型,它在自然語言處理領域展現出了卓越的性能。本文將深入探討DeepSeek的技術原理,包括其架構設計、訓練方法和優化策略,并結合代碼實現進行詳細講解。

Transformer基礎架構

DeepSeek基于Transformer架構,這是一種完全基于注意力機制的神經網絡結構。Transformer架構由編碼器和解碼器組成,其中每個組件都包含多個相同的層。

多頭注意力機制

多頭注意力機制是Transformer的核心組件之一,它允許模型從不同的表示子空間獲取信息。下面是DeepSeek中多頭注意力機制的實現代碼:

class MultiHeadAttention(nn.Module):def __init__(self, d_model, num_heads, dropout=0.1):super(MultiHeadAttention, self).__init__()assert d_model % num_heads == 0, "d_model must be divisible by num_heads"self.d_model = d_modelself.num_heads = num_headsself.d_k = d_model // num_heads# 定義線性變換層self.W_q = nn.Linear(d_model, d_model)self.W_k = nn.Linear(d_model, d_model)self.W_v = nn.Linear(d_model, d_model)self.W_o = nn.Linear(d_model, d_model)self.dropout = nn.Dropout(dropout)self.layer_norm = nn.LayerNorm(d_model)def scaled_dot_product_attention(self, q, k, v, mask=None):# 計算注意力分數scores = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1)) / torch.sqrt(torch.tensor(self.d_k, dtype=torch.float32))# 應用掩碼(如果有)if mask is not None:scores = scores.masked_fill(mask == 0, -1e9)# 應用softmax獲取注意力權重attention_weights = F.softmax(scores, dim=-1)attention_weights = self.dropout(attention_weights)# 計算上下文向量context = torch.matmul(attention_weights, v)return context, attention_weightsdef split_heads(self, x):# 將輸入分割成多個頭batch_size, seq_length, d_model = x.size()return x.view(batch_size, seq_length, self.num_heads, self.d_k).transpose(1, 2)def combine_heads(self, x):# 將多個頭的輸出合并batch_size, num_heads, seq_length, d_k = x.size()return x.transpose(1, 2).contiguous().view(batch_size, seq_length, self.d_model)def forward(self, q, k, v, mask=None):# 殘差連接residual = q# 線性變換q = self.W_q(q)k = self.W_k(k)v = self.W_v(v)# 分割頭q = self.split_heads(q)k = self.split_heads(k)v = self.split_heads(v)# 縮放點積注意力context, attention_weights = self.scaled_dot_product_attention(q, k, v, mask)# 合并頭context = self.combine_heads(context)# 輸出線性變換output = self.W_o(context)# 殘差連接和層歸一化output = self.dropout(output)output = self.layer_norm(residual + output)return output, attention_weights

多頭注意力機制的工作流程如下:

  1. 將輸入通過線性變換映射到查詢(Q)、鍵(K)和值(V)空間
  2. 將Q、K、V分割成多個頭,每個頭處理一部分維度
  3. 計算每個頭的縮放點積注意力
  4. 合并所有頭的輸出
  5. 通過線性變換和殘差連接生成最終輸出

位置前饋網絡

Transformer的另一個重要組件是位置前饋網絡,它對每個位置的特征進行獨立處理:

class PositionwiseFeedForward(nn.Module):def __init__(self, d_model, d_ff, dropout=0.1):super(PositionwiseFeedForward, self).__init__()self.fc1 = nn.Linear(d_model, d_ff)self.fc2 = nn.Linear(d_ff, d_model)self.dropout = nn.Dropout(dropout)self.layer_norm = nn.LayerNorm(d_model)def forward(self, x):residual = xx = self.fc2(self.dropout(F.gelu(self.fc1(x))))x = self.dropout(x)x = self.layer_norm(residual + x)return x

位置前饋網絡由兩個線性層和一個GELU激活函數組成,它為模型提供了非線性變換能力。

編碼器和解碼器層

Transformer的編碼器和解碼器由多個相同的層堆疊而成:

class TransformerEncoderLayer(nn.Module):def __init__(self, d_model, num_heads, d_ff, dropout=0.1):super(TransformerEncoderLayer, self).__init__()self.self_attn = MultiHeadAttention(d_model, num_heads, dropout)self.feed_forward = PositionwiseFeedForward(d_model, d_ff, dropout)def forward(self, x, mask=None):x, _ = self.self_attn(x, x, x, mask)x = self.feed_forward(x)return xclass TransformerDecoderLayer(nn.Module):def __init__(self, d_model, num_heads, d_ff, dropout=0.1):super(TransformerDecoderLayer, self).__init__()self.self_attn = MultiHeadAttention(d_model, num_heads, dropout)self.cross_attn = MultiHeadAttention(d_model, num_heads, dropout)self.feed_forward = PositionwiseFeedForward(d_model, d_ff, dropout)def forward(self, x, encoder_output, src_mask=None, tgt_mask=None):x, _ = self.self_attn(x, x, x, tgt_mask)x, _ = self.cross_attn(x, encoder_output, encoder_output, src_mask)x = self.feed_forward(x)return x

編碼器層包含一個自注意力機制和一個前饋網絡,解碼器層則額外包含一個編碼器-解碼器注意力機制,用于處理編碼器的輸出。

完整Transformer模型

將編碼器和解碼器組合在一起,就形成了完整的Transformer模型:

class Transformer(nn.Module):def __init__(self, src_vocab_size, tgt_vocab_size, d_model=512, num_heads=8, num_encoder_layers=6, num_decoder_layers=6, d_ff=2048, dropout=0.1):super(Transformer, self).__init__()# 編碼器和解碼器self.encoder = nn.ModuleList([TransformerEncoderLayer(d_model, num_heads, d_ff, dropout)for _ in range(num_encoder_layers)])self.decoder = nn.ModuleList([TransformerDecoderLayer(d_model, num_heads, d_ff, dropout)for _ in range(num_decoder_layers)])# 嵌入層self.src_embedding = nn.Embedding(src_vocab_size, d_model)self.tgt_embedding = nn.Embedding(tgt_vocab_size, d_model)# 位置編碼self.positional_encoding = PositionalEncoding(d_model, dropout)# 輸出層self.output_layer = nn.Linear(d_model, tgt_vocab_size)def forward(self, src, tgt, src_mask=None, tgt_mask=None):# 嵌入和位置編碼src_embedded = self.positional_encoding(self.src_embedding(src))tgt_embedded = self.positional_encoding(self.tgt_embedding(tgt))# 編碼器前向傳播encoder_output = src_embeddedfor encoder_layer in self.encoder:encoder_output = encoder_layer(encoder_output, src_mask)# 解碼器前向傳播decoder_output = tgt_embeddedfor decoder_layer in self.decoder:decoder_output = decoder_layer(decoder_output, encoder_output, src_mask, tgt_mask)# 輸出層output = self.output_layer(decoder_output)return output

DeepSeek的優化與擴展

DeepSeek在基礎Transformer架構上進行了多項優化和擴展,使其在各種NLP任務上表現更出色。

模型縮放策略

DeepSeek采用了模型縮放策略來提高性能,主要包括:

  • 增加模型層數
  • 擴大隱藏層維度
  • 增加注意力頭數
  • 擴大詞匯表大小

這些縮放策略使模型能夠學習更復雜的語言模式和關系。

改進的訓練方法

DeepSeek使用了以下訓練方法改進:

  • 混合精度訓練:使用半精度浮點數(FP16)加速訓練過程
  • 梯度累積:在內存有限的情況下模擬更大的批次大小
  • 學習率調度:使用預熱和余弦退火策略調整學習率

下面是DeepSeek訓練過程的實現代碼:

class DeepSeekTrainer:def __init__(self, model, optimizer, criterion, device):self.model = modelself.optimizer = optimizerself.criterion = criterionself.device = deviceself.model.to(device)def train_step(self, src, tgt, src_mask, tgt_mask):self.model.train()# 將數據移至設備src = src.to(self.device)tgt = tgt.to(self.device)src_mask = src_mask.to(self.device) if src_mask is not None else Nonetgt_mask = tgt_mask.to(self.device) if tgt_mask is not None else None# 前向傳播output = self.model(src, tgt[:, :-1], src_mask, tgt_mask[:, :-1, :-1])# 計算損失loss = self.criterion(output.contiguous().view(-1, output.size(-1)),tgt[:, 1:].contiguous().view(-1))# 反向傳播和優化self.optimizer.zero_grad()loss.backward()torch.nn.utils.clip_grad_norm_(self.model.parameters(), 1.0)self.optimizer.step()return loss.item()def train_epoch(self, dataloader, epoch):total_loss = 0num_batches = 0for batch in dataloader:src, tgt = batch# 創建掩碼src_mask = self.create_padding_mask(src)tgt_mask = self.create_padding_mask(tgt) & self.create_look_ahead_mask(tgt)loss = self.train_step(src, tgt, src_mask, tgt_mask)total_loss += lossnum_batches += 1if num_batches % 100 == 0:print(f"Epoch {epoch}, Batch {num_batches}, Loss: {loss:.4f}")return total_loss / num_batchesdef create_padding_mask(self, seq):# 創建填充掩碼mask = (seq != 0).unsqueeze(1).unsqueeze(2)return maskdef create_look_ahead_mask(self, seq):# 創建前瞻掩碼seq_len = seq.size(1)mask = torch.tril(torch.ones(seq_len, seq_len))return mask.unsqueeze(0).unsqueeze(0)def train(self, dataloader, num_epochs):for epoch in range(num_epochs):avg_loss = self.train_epoch(dataloader, epoch)print(f"Epoch {epoch} completed, Average Loss: {avg_loss:.4f}")# 保存模型檢查點if (epoch + 1) % 10 == 0:torch.save({'epoch': epoch,'model_state_dict': self.model.state_dict(),'optimizer_state_dict': self.optimizer.state_dict(),'loss': avg_loss,}, f'model_checkpoint_epoch_{epoch}.pt')

高效推理技術

為了實現高效推理,DeepSeek采用了以下技術:

  • 批處理推理:同時處理多個輸入序列
  • 連續批處理:動態調整批處理大小以優化吞吐量
  • 推測解碼:預測模型可能的計算路徑并提前執行

下面是DeepSeek文本生成的實現代碼:

def generate_text(model, tokenizer, prompt, max_length=100, temperature=0.7, top_k=50, top_p=0.9):model.eval()# 對輸入文本進行分詞input_ids = tokenizer.encode(prompt, return_tensors='pt').to(model.device)# 生成文本with torch.no_grad():for _ in range(max_length):# 獲取模型預測outputs = model(input_ids)logits = outputs[:, -1, :]# 應用溫度縮放if temperature > 0:logits = logits / temperature# 應用top-k過濾if top_k > 0:top_k_values, _ = torch.topk(logits, top_k)logits[logits < top_k_values[:, [-1]]] = -float('Inf')# 應用top-p過濾(核采樣)if top_p > 0 and top_p < 1:sorted_logits, sorted_indices = torch.sort(logits, descending=True)cumulative_probs = torch.cumsum(F.softmax(sorted_logits, dim=-1), dim=-1)# 移除累積概率高于top_p的標記sorted_indices_to_remove = cumulative_probs > top_p# 保留第一個標記sorted_indices_to_remove[..., 1:] = sorted_indices_to_remove[..., :-1].clone()sorted_indices_to_remove[..., 0] = 0# 將被移除的標記的概率設為-infindices_to_remove = sorted_indices[sorted_indices_to_remove]logits[:, indices_to_remove] = -float('Inf')# 采樣下一個標記if temperature == 0:  # 貪婪解碼next_token = torch.argmax(logits, dim=-1, keepdim=True)else:  # 采樣解碼probs = F.softmax(logits, dim=-1)next_token = torch.multinomial(probs, 1)# 如果生成了結束標記,則停止生成if next_token.item() == tokenizer.eos_token_id:break# 將生成的標記添加到輸入序列input_ids = torch.cat([input_ids, next_token], dim=-1)# 將生成的ID轉換回文本generated_text = tokenizer.decode(input_ids[0], skip_special_tokens=True)return generated_text

應用場景

DeepSeek在多種NLP任務中都有出色表現,包括:

  • 文本生成:故事創作、對話系統等
  • 機器翻譯:跨語言文本轉換
  • 問答系統:回答用戶問題
  • 摘要生成:自動生成文本摘要
  • 知識圖譜構建:從文本中提取實體和關系

結論

DeepSeek是Transformer架構的重要發展,它通過模型縮放、優化訓練方法和高效推理技術,在各種NLP任務中取得了優異性能。

本文來自互聯網用戶投稿,該文觀點僅代表作者本人,不代表本站立場。本站僅提供信息存儲空間服務,不擁有所有權,不承擔相關法律責任。
如若轉載,請注明出處:http://www.pswp.cn/web/83867.shtml
繁體地址,請注明出處:http://hk.pswp.cn/web/83867.shtml
英文地址,請注明出處:http://en.pswp.cn/web/83867.shtml

如若內容造成侵權/違法違規/事實不符,請聯系多彩編程網進行投訴反饋email:809451989@qq.com,一經查實,立即刪除!

相關文章

組件化 websocket

實時數據響應&#xff0c;組件化websocket減少代碼冗余 組件定義 websocket.vue <template><div></div> </template><script>export default {data() {return {webSocket: null, // webSocket實例lockReconnect: false, // 重連鎖&#xff0c;…

IBMS集成系統3D可視化數字孿生管理平臺介紹、搭建、運維

IBMS集成系統3D可視化數字孿生管理平臺介紹、搭建、運維 IBMS集成系統3D可視化數字孿生管理平臺是一種先進的智能建筑管理系統&#xff0c;通過數字孿生技術和3D可視化界面&#xff0c;實現對建筑設施的全方位、智能化管理。該平臺整合了物聯網(IoT)、大數據、人工智能和三維建…

湖北理元理律師事務所:債務重組中的技術賦能與法律邊界

一、當法律遇上算法&#xff1a;還款模型的進化 傳統債務協商依賴律師經驗&#xff0c;如今通過技術工具可實現&#xff1a; 輸入&#xff1a;用戶收入/債務/必需支出 輸出&#xff1a; 1. 法定可減免金額&#xff08;基于LPR與歷史判例庫&#xff09;&#xff1b; 2.…

對抗串擾的第一武器

痕量分離;長度平行度;stackup&#xff1a;有沒有一個脫穎而出&#xff1f; 我已經有一段時間沒有看到關于串擾的文章了&#xff0c;所以我決定借此機會為那些可能對為什么精通串擾的 PCB 設計人員和硬件工程師使用各種設計規則來控制串擾感興趣的 PCB 設計社區中的人簡要介紹一…

FastAPI:(11)SQL數據庫

FastAPI&#xff1a;(11)SQL數據庫 由于CSDN無法展示「漸構」的「#d&#xff0c;#e&#xff0c;#t&#xff0c;#c&#xff0c;#v&#xff0c;#a」標簽&#xff0c;推薦訪問我個人網站進行閱讀&#xff1a;Hkini 「漸構展示」如下&#xff1a; #c 概述 文章內容概括 #mermaid…

“智眸·家聯“項目開發(一)

嵌入式開發調試知識點總結&#xff08;含操作流程&#xff09; 我們今天解決問題的過程&#xff0c;就像是偵探破案&#xff0c;從最表面的線索&#xff08;網絡不通&#xff09;開始&#xff0c;一步步深入&#xff0c;最終找到了案件的核心&#xff08;硬件不匹配&#xff0…

展開說說Android之Retrofit詳解_使用篇

Retrofit是由Square公司開發的類型安全HTTP客戶端框架&#xff0c;借助動態代理在運行時生成接口實現類&#xff0c;將注解轉化為OkHttp請求配置&#xff1b;節省成本通過轉換器(Gson/Moshi)自動序列化JSON/XML&#xff0c;內部處理網絡請求在主線程返回報文。Retrofit 直譯是封…

復古美學淺綠色文藝風格Lr調色教程,手機濾鏡PS+Lightroom預設下載!

調色介紹 復古美學淺綠色文藝風格 Lr 調色&#xff0c;是基于 Adobe Lightroom&#xff08;Lr&#xff09;軟件&#xff0c;為攝影作品賦予特定藝術氛圍的調色方式。通過合理設置軟件中的各項參數與工具&#xff0c;把照片調整為以淺綠色為主調&#xff0c;融合復古元素與文藝氣…

力扣網C語言編程題:缺失的第一個正數第三種解題方法

一. 簡介 前面文章學習了對該題目的兩種解題思路&#xff0c;文章如下&#xff1a; 力扣網C語言編程題&#xff1a;缺失的第一個正數-CSDN博客 但是前面的實現上在空間復雜度上沒有滿足要求。本文學習一種在空間復雜度上為 O(1)的思路。 二. 力扣網C語言編程題&#xff1a;缺…

PyTorch 實現 MNIST 手寫數字識別

PyTorch 實現 MNIST 手寫數字識別 MNIST 是一個經典的手寫數字數據集&#xff0c;包含 60000 張訓練圖像和 10000 張測試圖像。使用 PyTorch 實現 MNIST 分類通常包括數據加載、模型構建、訓練和評估幾個部分。 數據加載與預處理 使用 torchvision 加載 MNIST 數據集&#x…

Python內存互斥與共享深度探索:從GIL到分布式內存的實戰之旅

引言&#xff1a;并發編程的內存困局 在開發高性能Python應用時&#xff0c;我遭遇了這樣的困境&#xff1a;多進程間需要共享百萬級數據&#xff0c;而多線程間又需保證數據一致性。傳統解決方案要么性能低下&#xff0c;要么引發競態條件。本文將深入探討Python內存互斥與共…

【Unity】使用 C# SerialPort 進行串口通信

索引 一、SerialPort串口通信二、使用SerialPort1.創建SerialPort對象&#xff0c;進行基本配置2.寫入串口數據①.寫入串口數據的方法②.封裝數據 3.讀取串口數據①.讀取串口數據的方法②.解析數據 4.讀取串口數據的時機①.DataReceived事件②.多線程接收數據 5.粘包問題處理 一…

如何寫好單元測試:Mock 脫離數據庫,告別 @SpringBootTest 的重型啟動

如何寫好單元測試&#xff1a;Mock 脫離數據庫&#xff0c;告別 SpringBootTest 的重型啟動 作者&#xff1a;Killian&#xff08;重慶&#xff09; — 歡迎各位架構獵頭、技術布道者聯系我&#xff0c;項目實戰豐富&#xff0c;代碼穩健&#xff0c;Mock測試愛好者。 技術棧&a…

【DNS】在 Windows 下修改 `hosts` 文件

在 Windows 下修改 hosts 文件&#xff0c;一般用于本地 DNS 覆蓋。操作步驟如下&#xff08;以 Windows 10/11 為例&#xff09;&#xff1a; 1. 以管理員權限打開記事本 點擊 開始 → 輸入 “記事本”在“記事本”圖標上右鍵 → 選擇 以管理員身份運行 如果提示“是否允許此…

共享內存實現進程通信

目錄 system V共享內存 共享內存示意圖 共享內存函數 shmget函數 shmat函數 shmdt函數 shmctl函數 代碼示例 shm頭文件 構造函數 獲取key值 創建者的構造方式 GetShmHelper 函數 GetShmUseCreate 函數 使用者的構造方式 GetShmForUse 函數 分離附加操作 DetachShm 函數 AttachS…

6月15日星期日早報簡報微語報早讀

6月15日星期日&#xff0c;農歷五月二十&#xff0c;早報#微語早讀。 1、證監會擬修訂期貨公司分類評價&#xff1a;明確扣分標準&#xff0c;優化加分標準&#xff1b; 2、國家考古遺址公園再添10家&#xff0c;全國已評定65家&#xff1b; 3、北京多所高校禁用羅馬仕充電寶…

破解關鍵領域軟件測試“三重難題”:安全、復雜性、保密性

在國家關鍵領域&#xff0c;軟件系統正成為核心戰斗力的一部分。相比通用軟件&#xff0c;關鍵領域軟件在 安全性、復雜性、實時性、保密性 等方面要求極高。如何保障安全合規前提下提升測試效率&#xff0c;確保系統穩定&#xff0c;已成為軟件質量保障的核心挑戰。 關鍵領域…

記錄一次 Oracle DG 異常停庫問題解決過程

記錄一次 Oracle DG 異常停庫問題解決過程 某醫院有以下架構的雙節點 Oracle 集群&#xff1a; 節點1:172.16.20.2 節點2:172.16.20.3 SCAN IP&#xff1a;172.16.20.1 DG&#xff1a;172.16.20.1206月12日&#xff0c;醫院信息科用戶反映無法連接 DG 服務器。 登錄 DG 服務…

MySQL使用EXPLAIN命令查看SQL的執行計劃

1?、EXPLAIN 的語法 MySQL 中的 EXPLAIN 命令是用于分析 SQL 查詢執行計劃的關鍵工具,它能幫助開發者理解查詢的執行方式并找出性能瓶頸??。 語法格式: EXPLAIN <sql語句> 【示例】查詢學生表關聯班級表的執行計劃。 (1)創建班級信息表和學生信息表,并創建索…

Go語言2個協程交替打印

WaitGroup 無緩沖channel waitgroup 用來控制2個協程 Add() 、Done()、Wait() channel用來實現信號的傳遞和信號的打印 ch1: 用來記錄打印的信號 ch2:用來實現信號的傳遞&#xff0c;實現2個協程的順序打印 package mainimport ("fmt""sync" )func ma…