Wie funktioniert ChatGPT: Eine detaillierte Erklärung großer Sprachmodelle

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Akira Sakamoto

Updated on 19.8.2023

Tag für Tag interagieren wir mit KI, oft ohne es zu bemerken. Eine solche KI ist ChatGPT, ein großes Sprachmodell, entwickelt von OpenAI. Diese KI treibt zahlreiche Anwendungen an und ist für ihre menschenähnliche Textgenerierung bekannt. Doch was steckt dahinter? Wie funktioniert ChatGPT?

Eine Einführung in ChatGPT

ChatGPT, oder Generative Pre-trained Transformer, ist ein großes Sprachmodell (LLM), entwickelt von OpenAI. Im Kern ist es ein Textgenerator, was bedeutet, dass es dazu konzipiert ist, menschenähnlichen Text zu generieren, der an den vorhandenen Text anknüpft. Um dies zu erreichen, stützt es sich auf eine Reihe von Wahrscheinlichkeiten, die abschätzen, welche Wortfolgen logischerweise folgen sollten. Dies bildet das Fundament von ChatGPT.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Fähigkeit von ChatGPT nicht auf dem Verständnis des Textes beruht, sondern vielmehr auf seiner ausgefeilten Fähigkeit, vorherzusagen, was als Nächstes kommt, basierend auf der großen Menge an Trainingsdaten. Dieses umfangreiche Training und die damit verbundene Komplexität seines Betriebs machen ChatGPT so faszinierend.

Das Herz von ChatGPT: Große Sprachmodelle (LLMs)

Große Sprachmodelle wie ChatGPT sind darauf ausgelegt, große Mengen an Daten zu verarbeiten. Sie lernen aus den Feinheiten und Nuancen menschlichen Textes und können überzeugend menschenähnlichen Text generieren. Der Trainingsprozess besteht darin, die LLMs mit diversen Textdaten zu füttern, um die inhärenten Muster und Strukturen in menschlicher Sprache zu erlernen.

Wie entstehen also diese Wahrscheinlichkeiten und wie passen sie in das große Ganze?

Das Verständnis der Rolle von Wahrscheinlichkeiten in ChatGPT

Das grundlegende Prinzip von ChatGPT dreht sich um Wahrscheinlichkeiten. Es schätzt die Wahrscheinlichkeit bestimmter Wortfolgen ab, basierend auf den umfangreichen Trainingsdaten. Diese Wahrscheinlichkeiten sind integraler Bestandteil des Textgenerierungsprozesses und ermöglichen es ChatGPT, kohärente und inhaltlich passende Antworten zu erzeugen.

Nehmen wir an, ChatGPT soll das nächste Wort im Satz "Die Sonne geht im _____ auf." vorhersagen. Basierend auf seinem Training versteht das Modell, dass das wahrscheinlichste Wort, um den Satz zu vervollständigen, "Osten" ist. Es verwendet diese Wahrscheinlichkeiten, um den bereits vorhandenen Text fortzusetzen und fügt dabei auch eine angemessene Menge an Kreativität und Zufälligkeit basierend auf einem Parameter namens "Temperatur" hinzu.

Der Temperaturparameter beeinflusst die Ausgabe des Modells, indem er die Wahrscheinlichkeitsverteilung beeinflusst. Eine höhere Temperatur führt zu mehr Zufälligkeit, während eine niedrigere Temperatur zu vorhersehbareren und sicheren Ergebnissen führt.

Weitere Informationen: Was macht ChatGPT von Stephen Wolfram (opens in a new tab)

Die neuronale Netzwerkarchitektur von ChatGPT

ChatGPT basiert auf einer ausgereiften Form eines künstlichen neuronalen Netzwerks namens Transformer. Die Architektur dieser Netzwerke ähnelt in gewisser Weise dem menschlichen Gehirn, wobei Knotenpunkte (ähnlich wie Neuronen) und Verbindungen (ähnlich wie Synapsen) ein komplexes Netzwerk von Interaktionen bilden.

Diese Netzwerke bestehen aus Schichten von Neuronen, von denen jeder eine spezifische Gewichtung oder Bedeutung zugewiesen ist. Der Trainingsprozess zielt darauf ab, diese optimalen Gewichtungen zu finden, um dem Netzwerk genaue Vorhersagen zu ermöglichen. Die Eingabedaten werden in das Netzwerk eingespeist und jeder Neuron bewertet eine numerische Funktion basierend auf seiner Eingabe und Gewichtung und leitet das Ergebnis an die nächste Schicht weiter. Dieser Prozess wiederholt sich, bis ein Endergebnis erreicht ist.

Interessanterweise ähneln sich die Architektur und Funktionsweise dieser Netzwerke der neuronalen Funktionsweise unseres Gehirns. Genauso wie ein Neuron aufgrund von Signalen, die es von anderen Neuronen erhält, pulsiert, werden auch die Knotenpunkte im neuronalen Netzwerk aufgrund der Eingaben und ihrer Gewichtungen aktiviert.

Im nächsten Abschnitt werden wir genauer auf den Trainingsprozess dieser neuronalen Netze eingehen und wie sie ihre Gewichtungen zur Verbesserung der Leistung anpassen.

Der Trainingsprozess: Ein effizientes Sprachmodell entwickeln

Ähnlich wie Menschen aus Erfahrungen lernen, lernt unser Sprachmodell, ChatGPT, während des Trainings aus großen Mengen an Daten. Dabei werden die Gewichtungen im neuronalen Netzwerk angepasst, um die Differenz zwischen der Ausgabe des Modells und dem tatsächlichen Ergebnis zu verringern.

Die Rolle der Loss-Funktion im Training

Das Training eines neuronalen Netzwerks wie ChatGPT ist ein iterativer und rechenintensiver Prozess. Während jeder Iteration verwendet das Modell eine Loss-Funktion, um die Differenz zwischen seiner Vorhersage und der tatsächlichen Ausgabe zu messen. Das ultimative Ziel besteht darin, die Gewichtungen so anzupassen, dass der Wert der Loss-Funktion minimiert wird. Dies zeigt an, dass die Ausgabe des Modells so nahe wie möglich am beabsichtigten Ergebnis liegt.

Wenn das Modell mehr Daten verarbeitet und seine Gewichtungen anpasst, sollte der Wert der Loss-Funktion idealerweise abnehmen. Dies deutet darauf hin, dass das Modell besser darin ist, Text zu generieren, der sich mit den Beispielen deckt, auf denen es trainiert wurde. Wenn der Wert der Loss-Funktion im Laufe der Zeit jedoch nicht straff wird, könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass die Architektur des Modells angepasst werden muss.

Interessanterweise ist es für diese neuronalen Netzwerke oft einfacher, komplexere Probleme zu lösen als einfachere. Das mag kontraintuitiv erscheinen, ist jedoch ein Vorteil, da sie so auf komplexe realweltliche Probleme vorbereitet sind.

Der Transformer: Schlüssel zum Erfolg von ChatGPT

ChatGPT verdankt einen Großteil seiner Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit der Transformer-Architektur. Diese Form des neuronalen Netzwerks ermöglicht es dem Modell, den Kontext von Wörtern und die Beziehung zwischen Wörtern zu verstehen, die in einem Satz oder Absatz weit voneinander entfernt sind.

Im Gegensatz zu anderen Modellen, die Text sequentiell lesen, können Transformer den gesamten Text auf einmal lesen, was zu einer schnelleren und kontextuell genaueren Textverarbeitung führt. Dieser Ansatz macht die Transformer-Modelle besonders effektiv für sprachliche Aufgaben und ermöglicht es ChatGPT, natürlichere und kohärentere Antworten zu generieren.

Weiterführende Literatur: Attention is All You Need: Ein Artikel zu Transformers (opens in a new tab).

Bedeutungsraum: Die Repräsentation von Text

Innerhalb von ChatGPT ist Text nicht nur eine Zeichenkette von Wörtern. Stattdessen wird er durch ein Array von Zahlen in einem sogenannten "Bedeutungsraum" dargestellt. Diese numerische Repräsentation von Wörtern ermöglicht es dem Modell, die semantische Beziehung zwischen verschiedenen Wörtern und Phrasen zu verstehen.

Allerdings ist die Abfolge der nächsten Wörter nicht so vorhersehbar wie ein mathematisches Gesetz oder die Physik. Sie wird beeinflusst durch den Kontext, die vorangehenden Wörter und die Kreativität, die durch den "Temperatur"-Parameter eingeführt wird. Dies bringt eine Unvorhersehbarkeit mit sich, die die menschenähnliche Natur des von ChatGPT generierten Textes verbessert.

Wie nah ist ChatGPT an einem menschlichen Gehirn?

Wenn wir uns die innere Struktur von ChatGPT anschauen, ist es faszinierend, die Ähnlichkeiten zwischen seiner Architektur und dem neuronalen Netzwerk des menschlichen Gehirns zu erkennen. Beide haben Knoten (im Fall des Gehirns Neuronen), die durch Verbindungen (im Gehirn Synapsen) miteinander verbunden sind, und beide nutzen einen iterativen Lern- und Anpassungsprozess basierend auf Feedback.

Trotz dieser Ähnlichkeiten gibt es jedoch auch wesentliche Unterschiede. Während das menschliche Gehirn in der Lage ist, rekursive Gedanken zu haben und Daten zu überdenken und neu zu berechnen, fehlt es ChatGPT an dieser Fähigkeit, was seine Rechenleistung begrenzt.

Darüber hinaus ist der Lernprozess von ChatGPT beeindruckend, aber im Vergleich zum menschlichen Gehirn bei weitem weniger effizient. Es erfordert eine enorme Menge an Daten und Rechenressourcen, im Gegensatz zur Fähigkeit des Gehirns, schnell aus relativ wenigen Beispielen zu lernen.

ChatGPT: Nicht ganz der Terminator

Angesichts der Fähigkeit von ChatGPT, menschenähnlichen Text zu generieren, ist es verführerisch, es als Vorläufer der sogenannten "sentienten KI" zu betrachten, die oft in Science-Fiction dargestellt wird. Allerdings ist ChatGPT trotz seiner Fortschrittlichkeit noch weit davon entfernt, künstliche Allgemeine Intelligenz zu erreichen.

Im Kern ist ChatGPT ein probabilistisches Modell, das darin besonders gut ist, Sätze aufgrund seines Trainings fortzusetzen. Es versteht den von ihm generierten Text nicht in der Weise, wie es Menschen tun. Es hat keine Überzeugungen, Begierden oder Ängste. Es sagt einfach den nächsten Textbaustein aufgrund der Wahrscheinlichkeiten vorher, die es aus den Trainingsdaten gelernt hat.

Dennoch ist der Fortschritt, der mit ChatGPT und anderen großen Sprachmodellen erzielt wurde, zweifellos bemerkenswert. Es ist ein Zeichen dafür, wie weit wir in unserem Verständnis und in der Entwicklung von KI-Technologien gekommen sind. Und während wir diese Modelle weiter verfeinern und weiterentwickeln, weiß man nie, welche spannenden Möglichkeiten die Zukunft bereithält.

Fazit

Zusammenfassend öffnet das Verständnis davon, wie ChatGPT funktioniert, ein faszinierendes Fenster in die Welt der KI und des maschinellen Lernens. Von seiner neuronalen Netzwerkarchitektur über seinen Trainingsprozess bis hin zur Textgenerierung bietet es eine einzigartige Mischung aus Komplexität und Eleganz, die sich ständig weiterentwickelt, genauso wie die menschliche Sprache selbst.