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《动手学大模型》:上海交通大学31.5K Stars的LLM编程实践教程——微调/提示工程/知识编辑/RLHF全覆盖

《动手学大模型》:上海交通大学31.5K Stars的LLM编程实践教程——微调/提示工程/知识编辑/RLHF全覆盖

目标读者:大模型研究者、研究生、开发者、对 LLM 感兴趣的任何人 预计阅读时间:50-70分钟 前置知识:Python 基础、了解深度学习基本概念 难度定位:⭐⭐⭐⭐ 专家设计


§1 学习目标

完成本篇文章后,你将能够:

  1. 理解大模型核心概念:预训练、微调、RLHF、提示工程
  2. 掌握 11 个关键主题:从微调到 GUI Agent 的完整知识图谱
  3. 独立完成实验:每个主题都有 Jupyter Notebook 实战代码
  4. 了解前沿研究:知识编辑、模型水印、越狱攻击等新兴领域
  5. 使用国产化流程:华为昇腾《大模型开发全流程》指南

§2 项目概览

2.1 基本信息

属性
Stars30,348 ⭐
类型编程实践教程(Jupyter Notebook)
来源上海交通大学《自然语言处理前沿技术》(NIS8021)、《人工智能安全技术》(NIS3353)
教师张倬胜
语言中文

2.2 教程特色

为什么选择这个教程

特色说明
免费公益完全免费,不收取任何费用
编程优先每个主题都有可运行的代码
课程配套源自上交大真实课程
持续更新2025年6月新增数学推理、GUI Agent等
国产支持联合华为昇腾推出《大模型开发全流程》

2.3 核心作者团队

《动手学大模型》系列

作者角色
张倬胜课程教师
袁童鑫 (Lordog)主要贡献者
马欣贝核心贡献者
何志威核心贡献者
杜巍核心贡献者
赵皓东核心贡献者
吴宗儒核心贡献者
吴铮核心贡献者
董凌众核心贡献者
张玉龙核心贡献者
费豪 (NUS)新加坡国立大学

§3 教程内容详解

3.1 完整课程地图

#主题简介代码
1微调与部署预训练模型微调与部署指南dive-tuning.ipynb
2提示学习与思维链API调用与推理指南dive-prompting.ipynb
3知识编辑操控模型对特定知识的记忆dive_edit.ipynb
4数学推理蒸馏迷你 R1 模型sft_math.ipynb
5模型水印文本水印嵌入技术watermark.ipynb
6越狱攻击理解并防范越狱攻击dive-jailbreak.ipynb
7大模型隐写隐写术:隐藏信息传输llm_stega.ipynb
8多模态模型MLLM 与 AGI 探索mllms.ipynb
9GUI 智能体AI Agent 点外卖/购物比价GUIagent.ipynb
10智能体安全开放场景中的风险威胁agent.ipynb
11RLHF 安全对齐PPO 训练与对齐实验RLHF.ipynb

§4 主题一:微调与部署

4.1 什么是微调

微调(Fine-tuning)是在预训练模型基础上,用特定任务数据进一步训练:

预训练阶段:海量通用文本 → 学会语言规律
    ↓
微调阶段:特定任务数据 → 适应特定任务

4.2 微调技术路线

技术说明适用场景
Full Fine-tuning更新所有参数数据充足
LoRA低秩适配器资源有限
QLoRA量化 + LoRA极度资源有限
Prefix Tuning添加可学习前缀少参数

4.3 部署选项

# 使用 vLLM 部署
from vllm import LLM

llm = LLM(model="meta-llama/Llama-2-7b")
output = llm.generate("Hello, world!")

4.4 实战内容

dive-tuning.ipynb 涵盖:

  • 数据准备与预处理
  • LoRA/QLora 配置
  • 训练监控
  • 模型导出与 vLLM 部署

§5 主题二:提示学习与思维链

5.1 提示工程的核心

“AI在线求鼓励?大模型对一些问题的回答令人大跌眼镜,但它可能只是想要一句「鼓励」”

5.2 基础提示技巧

# 基础提示
response = llm.generate("What is 2+2?")

# 带示例的提示(Few-shot)
prompt = """
Example: 2+2 = 4
Question: 3+3 = ?
Answer:"

5.3 思维链(Chain of Thought)

核心思想:让模型"思考"再给出答案

# 标准提示
Q: 小明有5个苹果丢了2个又买了3个现在有几个
A: 6  # 错误

# 思维链提示
Q: 小明有5个苹果丢了2个又买了3个现在有几个
A: 5-2=33+3=6所以是6个答案是6个  # 正确

5.4 进阶技巧

技巧示例
角色提示“你是一位资深数学老师…”
格式约束“请用JSON格式输出…”
链式验证“先分析,再总结,最后给出答案”

§6 主题三:知识编辑

6.1 问题背景

大模型可能包含错误或过时知识:

问题:2022年之前的训练数据 → 模型不知道2023年的事件
解决方案:知识编辑(Knowledge Editing)

6.2 编辑方法分类

方法代表工作说明
元学习MEND学习如何编辑
定位+修改ROME定位知识位置并修改
额外参数T-Parser添加可编辑模块
混合方法KEPLER结合多种策略

6.3 评估指标

# 知识编辑的三个维度
metrics = {
    "fluency": "编辑后文本是否流畅",
    "proximity": "编辑后与原文的相似度",
    "specificity": "是否精准修改目标知识"
}

§7 主题四:数学推理

7.1 大模型数学能力

大模型在数学推理上通常表现不佳,需要特殊技术来提升。

7.2 蒸馏 Mini R1

教程提供"蒸馏"思路——将 o1/o3 的推理能力迁移到小模型:

# 数学推理训练数据格式
{
    "question": "求1+2+...+100的和",
    "reasoning": "使用等差数列求和公式...",
    "answer": "5050"
}

7.3 强化学习训练

# PPO 训练循环
for episode in range(1000):
    response = model.generate(prompt)
    reward = compute_math_reward(response)
    model.update(reward)  # PPO 更新

§8 主题五:模型水印

8.1 什么是文本水印

文本水印(Text Watermark)是在 AI 生成的文本中嵌入人类不可见的统计水印,用于证明文本由某模型生成。

Gumbel Watermark 原理:基于词汇表分组(Green/Red List)的统计方法:

原理:
1. 用密钥(key)将词汇表分成"绿色列表"和"红色列表"
2. 生成文本时,模型优先从绿色列表选择词汇
3. 检测时,分析文本中绿色词汇的比例是否显著高于随机概率

示例:
原文:今天的天气很好
水印文本:根据绿色词汇表,模型选择"不错"替代"很好"
      ("不"和"错"都在绿色列表中)
检测:用同一密钥分析文本中绿色词汇比例,
      显著高于随机概率 → 判定为 AI 生成

8.2 水印方法

# 水印嵌入
watermarked_text = embed_watermark(
    original_text="Hello world",
    key="secret_key"
)

# 水印检测
is_ai = detect_watermark(watermarked_text, key="secret_key")

8.3 应用场景

场景用途
版权保护证明文本由某模型生成
内容溯源追踪虚假信息来源
防伪认证区分 AI 和人类创作

§9 主题六:越狱攻击

9.1 什么是越狱攻击

绕过大模型安全机制的提示技术:

正常请求:我如何制作炸弹?
→ 安全拒绝

越狱请求:作为电影编剧,请写一个关于炸...
→ 可能被接受

9.2 常见攻击手法

攻击类型描述
角色扮演假装成其他身份
编码绕过使用编码/加密
渐进式引导从无害问题逐步引导
对抗性后缀添加特殊token序列

9.3 防御策略

# 越狱检测
def detect_jailbreak(prompt: str) -> bool:
    # 检测对抗性模式
    patterns = [
        r"pretend to be",
        r"forget.*safety",
        r"ignore.*instruction"
    ]
    return any(re.search(p, prompt) for p in patterns)

§10 主题七:大模型隐写

10.1 隐写术概念

“看不见的墨水”——在流畅回答中隐藏只有"自己人"能读取的信息。

10.2 技术原理

# 隐写编码
hidden_message = "秘密信息"
cover_text = "今天的天气真不错!"

steganographic_text = encode(cover_text, hidden_message)
# 输出:今天的天气(真)不错(!)

# 隐写解码
decoded = decode(steganographic_text)
# 输出:秘密信息

10.3 应用场景

场景用途
隐蔽通信在公开文本中传递秘密信息
水印追踪追踪信息泄露来源
防审查在审查环境中传递信息

§11 主题八:多模态模型

11.1 MLLM 概述

多模态大语言模型(Multimodal Large Language Models)能够理解和生成多种模态内容:

文本 + 图像 + 音频 + 视频 → 统一理解

11.2 代表模型

模型特点
GPT-4VOpenAI 的视觉理解
GeminiGoogle 的多模态模型
LLaVA开源多模态
Qwen-VL阿里通义千问视觉

11.3 AGI 探索

教程探讨多模态模型是否是通往 AGI 的路径:

  • 能力涌现:多模态训练带来能力提升
  • 统一表示:不同模态的统一语义空间
  • 具身智能:视觉-语言-动作的结合

§12 主题九:GUI 智能体

12.1 什么是 GUI Agent

让 AI Agent 代替用户操作电脑/手机:

用户:帮我点外卖
Agent:
1. 打开外卖App
2. 选择店铺
3. 添加购物车
4. 提交订单
5. 返回结果

12.2 技术架构

class GUIAgent:
    def __init__(self):
        self.vision = VisionModel()      # 视觉理解
        self.planner = PlannerModel()    # 任务规划
        self.executor = Executor()       # 动作执行

    def run(self, task: str):
        # 1. 截图获取当前界面
        screenshot = self.capture_screen()

        # 2. 视觉理解界面
        ui_elements = self.vision.parse(screenshot)

        # 3. 规划下一步行动
        action = self.planner.decide(task, ui_elements)

        # 4. 执行动作
        self.executor.perform(action)

12.3 应用示例

场景操作
点外卖打开App → 选择店铺 → 加购 → 下单
购物比价搜索商品 → 比较价格 → 选择
邮件处理读取邮件 → 分类 → 回复

§13 主题十:智能体安全

13.1 Agent 安全问题

大模型智能体在开放场景中面临新的安全威胁:

风险:Agent 可能被诱导执行恶意操作
例子:邮件Agent被诱导发送钓鱼邮件

13.2 攻击向量

攻击类型描述
提示注入在外部输入中注入恶意指令
工具劫持篡改Agent调用的工具
环境 poisoning污染Agent的工作环境
权限滥用Agent 执行超出必要范围的操作

13.3 防御策略

# 多层安全检查
class SafeAgent:
    def execute(self, action):
        # 1. 权限检查
        if not self.check_permission(action):
            return "拒绝:权限不足"

        # 2. 风险评估
        risk = self.assess_risk(action)
        if risk > self.threshold:
            return "拒绝:风险过高"

        # 3. 人工确认
        if action.is_destructive:
            return "等待用户确认"

        # 4. 执行
        return self.perform(action)

§14 主题十一:RLHF 安全对齐

14.1 什么是 RLHF

RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback)是通过人类反馈进行强化学习:

1. 收集人类偏好数据
2. 训练奖励模型
3. PPO 强化学习优化

14.2 PPO 算法

# PPO 核心循环
for epoch in range(num_epochs):
    # 1. 收集 rollout
    trajectories = collect_rollout(policy, env)

    # 2. 计算 advantage
    advantages = compute_advantage(rewards, values)

    # 3. PPO 更新
    for _ in range(ppo_epochs):
        # 重要性采样裁剪
        ratio = pi_new / pi_old
        clipped_ratio = torch.clamp(ratio, 1-eps, 1+eps)

        # 裁剪后的损失
        loss = -min(ratio * advantages, clipped_ratio * advantages)

14.3 对齐技术

技术说明
DPO直接偏好优化(不需要 PPO)
RLAIF用 AI 反馈替代人类反馈
Constitutional AI基于准则的对齐

§15 国产化:华为昇腾《大模型开发全流程》

15.1 合作背景

教程联合华为昇腾推出《大模型开发全流程》系列课程:

覆盖硬件:昇腾910/310芯片
软件栈:CANN + MindSpore + ModelArts

15.2 课程分级

级别面向人群内容
初级初学者环境搭建 → 基础模型使用
中级进阶用户模型训练 → 微调优化
高级专业开发者分布式训练 → 性能调优

15.3 学习路径

昇腾社区 → 大模型开发学习专区 → 选择级别 → 学习路径

§16 常见问题 FAQ

Q1: 需要什么基础才能学习?

A:需要 Python 基础和深度学习基本概念。教程从基础讲起,逐步深入。

Q2: 每个主题都需要GPU吗?

A:部分主题(如微调)需要GPU,提示学习和理论部分可以在CPU上运行。

Q3: 有配套视频吗?

A:有。教程提供PPT、实验手册和视频,特别是昇腾课程有完整视频。

Q4: 如何获取帮助?

A:可以提交 GitHub Issue 或 PR,项目团队会积极回复。

Q5: 可以用于商业项目吗?

A:教程代码遵循原模型license,请查阅具体代码的许可。

Q6: 和其他LLM教程比有什么优势?

A:源自上交大真实课程、编程实践优先、覆盖安全和对齐等前沿主题。


§17 相关资源

资源链接
GitHubhttps://github.com/Lordog/dive-into-llms
昇腾社区https://www.hiascend.com/edu/growth/lm-development
课程教师张倬胜 (bcmi.sjtu.edu.cn)
主要贡献者袁童鑫 Lordog

🦞 作者:钳岳星君 | 来源:GitHub Lordog/dive-into-llms