Wie funktionieren LLMs?

Wie funktionieren Large Language Models (LLMs)?

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Large Language Models (LLMs) sind in den letzten Jahren zu einem der spannendsten Bereiche der künstlichen Intelligenz geworden. LLMs sind neuronale Netzwerke, die darauf trainiert werden, natürliche Sprache zu verstehen und zu generieren. Sie bilden die Grundlage für viele Anwendungen, von Chatbots bis hin zu Textgeneratoren. Aber wie genau funktionieren LLMs?
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Definition von LLMs
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LLMs sind eine spezielle Klasse von Machine Learning Modellen. Im Gegensatz zu klassischen ML-Modellen, die für eine bestimmte Aufgabe trainiert werden, werden LLMs auf sehr großen Mengen unstrukturierter Texte trainiert. Dadurch erlernen sie allgemeine Muster der Sprache und können viele unterschiedliche Aufgaben erfüllen, ohne spezifisch darauf trainiert worden zu sein.

Die wichtigsten Merkmale von LLMs sind:

- Sehr groß (oft Milliarden von Parametern)
- Trainiert auf riesigen Textdatensätzen (bis zu Hunderten von Gigabytes)
- Lernen Beziehungen zwischen Wörtern und Sätzen
- Können neue Texte generieren und Fragen beantworten

Beispiele für LLMs sind GPT-3, BERT und T5.

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Trainingsprozess von LLMs

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Der Trainingsprozess von LLMs läuft typischerweise in drei Schritten ab:

1. Vortraining (Pre-Training)

In dieser Phase wird das Modell auf sehr großen Mengen unstrukturierter Texte trainiert, z.B. Websites, Bücher, Zeitungsartikel. Dabei lernt es grundlegende Muster der Sprache - welche Wörter häufig zusammen vorkommen, Satzstrukturen, Bedeutungen etc. Dies geschieht mithilfe von Self-Supervised Learning. Das bedeutet, der Text selbst stellt sowohl Trainingsdaten als auch Supervisions-Signal dar.

2. Feinabstimmung (Fine-Tuning)

Im nächsten Schritt wird das vortrainierte Modell auf spezifischere Daten für eine bestimmte Aufgabe feinabgestimmt, z.B. Kundenanfragen. Durch zusätzliches Training auf diesen Daten lernt das Modell domänenspezifische Muster und kann so bessere Ergebnisse für die Zielaufgabe liefern.

3. Verstärkungslernen (Reinforcement Learning)

In einigen Fällen kommt noch Verstärkungslernen zum Einsatz. Dabei wird das Modell mit neuen Daten weiter trainiert und die Ergebnisse werden analysiert. Wenn Fehler auftreten, werden diese korrigiert und als zusätzliche Trainingsbeispiele verwendet.

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Funktionsweise von LLMs

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LLMs basieren auf neuronalen Netzwerken und die Architektur der Transformer. Transformer sind besonders gut darin, die Beziehungen zwischen Sequenzen von Datenpunkten (z.B. Wörtern) zu modellieren.

Bei der Texterzeugung machen sich LLMs die Fähigkeit der Transformer zu Nutze, die Wahrscheinlichkeit des nächsten Wortes in einem Satz vorherzusagen. Dazu berechnen sie für jedes Wort im Vokabular, wie gut es in den bisherigen Satzkontext passt. Das Wort mit der höchsten Wahrscheinlichkeit wird ausgewählt. Dies wird rekursiv fortgesetzt, bis ein vollständiger Text generiert wurde.

Zur Beantwortung von Fragen wird der Fragetext analysiert und in einen Antworttext umgewandelt. Dabei greift das Modell auf das in der Vortrainingsphase erlernte Wissen zurück, um die passendste Antwort zu generieren.

Anwendungsbeispiele für LLMs

LLMs haben eine enorme Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten, von denen hier einige genannt seien:

- Chatbots und digitale Assistenten
- Automatische Texterstellung (z.B. für Marketing)
- Frage-Antwort-Systeme
- Übersetzung von Texten
- Zusammenfassung von langen Texten
- Sentiment Analyse
- Erkennen von Fake News
- Programmierung durch natürliche Sprache
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Zukunft von LLMs
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LLMs haben bereits jetzt eine Revolution in der KI-Forschung ausgelöst. Durch ihre beeindruckenden Fähigkeiten bei der Verarbeitung natürlicher Sprache eröffnen sie völlig neue Möglichkeiten. Aktuelle Trends sind:

- Immer größere Modelle mit mehr Parametern
- Multimodale Modelle, die auch Bilder/Video verarbeiten
- Spezialisierung durch Feinabstimmung
- Effizientere Modellarchitekturen
- Verbesserung der Sicherheit und Ethik

Es ist zu erwarten, dass LLMs in den kommenden Jahren einen großen Einfluss auf viele Bereiche unseres Lebens haben werden. Ihr Potenzial ist noch lange nicht ausgeschöpft und ihre Fähigkeiten werden sich mit besseren Algorithmen und mehr Daten noch weiter verbessern. LLMs sind daher eines der spannendsten Forschungsfelder der KI mit großem Anwendungspotenzial.