Transformers, explicados: Entenda o modelo por trás de GPT, BERT e T5
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Q: O que são Transformers?
São um tipo de arquitetura de rede neural capaz de traduzir texto, escrever poemas e gerar código.
Q: Em que modelos famosos os Transformers são usados?
Eles são a base de modelos populares como GPT, BERT e T5.
O que são os Transformers e por que são tão impactantes? Eles são uma arquitetura de rede neural que usa codificações posicionais e autoatenção para processar linguagem de forma eficiente, permitindo o treinamento de modelos de IA muito maiores.
1. O que são os Transformers e por que são tão impactantes?
Os Transformers são um tipo de arquitetura de rede neural que revolucionou o campo do aprendizado de máquina, especialmente no processamento de linguagem natural.1.1. O surgimento dos Transformers
- As redes neurais são modelos eficazes para analisar dados complexos como imagens, vídeos, áudio e texto, mas diferentes tipos são otimizados para diferentes dados .
- Redes neurais convolucionais são usadas para analisar imagens, imitando o processamento visual do cérebro humano .
- Por muito tempo, não havia um modelo igualmente bom para analisar a linguagem, o que era um problema, pois a linguagem é a principal forma de comunicação humana .
- Antes dos Transformers, as Redes Neurais Recorrentes (RNNs) eram usadas para entender texto, processando palavras sequencialmente .
- A ordem das palavras é crucial na linguagem, e as RNNs capturavam isso processando uma palavra por vez .
- Por exemplo, "Jane foi à procura de problema" tem um significado diferente de "Problema foi à procura de Jane" .
- As RNNs apresentavam problemas significativos .
- Elas não lidavam bem com sequências longas de texto, esquecendo o início de um parágrafo ao analisar o final .
- Eram difíceis de treinar, pois o processamento sequencial impedia a paralelização, tornando ineficaz o uso de múltiplas GPUs para acelerá-las .
- A lentidão no treinamento limitava a quantidade de dados que podiam ser usados .
- Os Transformers, desenvolvidos em 2017 por pesquisadores do Google e da Universidade de Toronto, mudaram essa situação .
- Eles foram inicialmente projetados para tradução, mas, ao contrário das RNNs, podem ser paralelizados de forma eficiente .
- Isso permitiu o treinamento de modelos muito maiores com o hardware certo .
- Por exemplo, o GPT-3, que escreve poesia e código, foi treinado com quase 45 terabytes de dados de texto, incluindo grande parte da web pública .
- A combinação de um modelo que escala bem com um enorme conjunto de dados produz resultados impressionantes .
1.2. Como os Transformers funcionam: inovações principais
- Os Transformers funcionam bem devido a três inovações principais .
- Codificações posicionais .
- Atenção .
- Autoatenção .
1.3. Inovação 1: Codificações posicionais
- As codificações posicionais permitem que os Transformers entendam a ordem das palavras sem processá-las sequencialmente .
- Em vez de olhar as palavras uma por uma, cada palavra recebe um número (1, 2, 3, etc.) que indica sua posição na frase .
- As informações sobre a ordem das palavras são armazenadas nos próprios dados, não na estrutura da rede neural .
- Ao treinar a rede com muitos dados de texto, ela aprende a interpretar essas codificações posicionais .
- Isso permite que a rede neural compreenda a importância da ordem das palavras a partir dos dados .
- Essa inovação tornou os Transformers mais fáceis de treinar do que as RNNs .
1.4. Inovação 2: Atenção
- O conceito de atenção é fundamental para os Transformers, tanto que o artigo original sobre eles se intitula "Atenção é tudo de que você precisa" .
- A atenção é crucial para a tradução, pois a ordem e a concordância das palavras variam entre os idiomas .
- Traduzir palavra por palavra é ineficaz, pois a estrutura gramatical pode ser diferente .
- Por exemplo, na tradução para o francês, "europeia" vem antes de "econômica", e a palavra "européenne" precisa estar no feminino para concordar com "la zone" .
- O mecanismo de atenção permite que um modelo de texto examine cada palavra na frase original ao decidir como traduzir uma palavra na frase de saída .
- Uma visualização do artigo original mostra quais palavras de entrada o modelo "atende" ao fazer previsões para a frase de saída .
- Por exemplo, ao produzir a palavra "européenne", o modelo "atende" às palavras de entrada "europeia" e "econômica" .
- O modelo aprende a quais palavras deve "atender" ao longo do tempo, analisando milhares de exemplos de pares de frases em diferentes idiomas, aprendendo sobre gênero, ordem das palavras e plural .
1.5. Inovação 3: Autoatenção
- A atenção já existia antes dos Transformers, mas a verdadeira inovação foi a autoatenção, uma variação da atenção tradicional .
- Enquanto a atenção tradicional alinha palavras entre dois idiomas (como inglês e francês para tradução), a autoatenção foca em entender o significado subjacente da linguagem dentro do próprio texto de entrada .
- Redes neurais como os Transformers constroem uma representação interna ou compreensão do idioma automaticamente ao analisar dados de texto .
- Elas podem aprender que termos como "programador", "engenheiro de software" e "desenvolvedor de software" são sinônimos, e também as regras de gramática, gênero e tempo verbal .
- Quanto melhor essa representação interna, melhor o desempenho da rede neural em qualquer tarefa linguística .
- A autoatenção é uma forma eficaz de a rede neural compreender a linguagem ao se conectar ao próprio texto de entrada .
- Ela permite que a rede neural entenda uma palavra no contexto das palavras ao seu redor .
- Por exemplo, na frase "Servidor, pode trazer a conta?", o modelo pode "atender" à palavra "conta" para entender que "servidor" se refere a uma pessoa .
- Na frase "Parece que eu acabei de travar o servidor", o modelo pode "atender" à palavra "travar" para determinar que "servidor" é uma máquina .
- A autoatenção ajuda as redes neurais a desambiguar palavras, reconhecer partes da fala e identificar tempos verbais .
- Em resumo, os Transformers combinam codificações posicionais, atenção e autoatenção para seu funcionamento .
2. Aplicações e ferramentas dos Transformers
Os Transformers são a base de modelos de IA poderosos e versáteis, com diversas aplicações e ferramentas disponíveis para seu uso.
2.1. O modelo BERT e suas aplicações
- Um dos modelos mais populares baseados em Transformers é o BERT, inventado por volta de 2018 .
- O BERT foi treinado com um vasto corpus de textos e se tornou uma ferramenta versátil para o Processamento de Linguagem Natural (PNL) .
- Ele pode ser adaptado para diversas tarefas, como resumir textos, responder perguntas, classificar e encontrar sentenças similares .
- O BERT é amplamente utilizado em produtos do Google .
- É usado na Pesquisa Google para ajudar a entender as consultas de pesquisa .
- Alimenta muitas das ferramentas de PNL do Google Cloud, como o Google Cloud AutoML Natural Language .
- O BERT demonstrou a eficácia de construir modelos robustos com dados não rotulados, como texto da Wikipedia ou do Reddit .
- Isso é conhecido como aprendizagem semissupervisionada, uma tendência importante no aprendizado de máquina atual .
2.2. Ferramentas para usar Transformers
- Para quem deseja usar Transformers em suas aplicações, existem recursos disponíveis .
- O TensorFlow Hub oferece modelos de Transformers pré-treinados, como o BERT, que podem ser baixados gratuitamente em vários idiomas e integrados diretamente em aplicativos .
- A biblioteca Hugging Face Transformers para Python é uma ferramenta popular na comunidade para treinar e usar modelos de Transformers .
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