一个从零开始手写代码学习机器学习、神经网络和大语言模型的训练技术项目。
📌 项目定位：本项目专注于 LLM 训练、微调、对齐与衍生技术方向——从
y=wx入门，到手撸 Llama3 大模型，再到训练自己的中文 GPT。应用方向（Agent、RAG、Embedding、Skill/MCP 等）的学习请移步姊妹项目：
- 🤖 基于 LLM 的 Agent 开发（含 Skill/MCP）→ LLM-Agent-Beginner
- 🧬 Embedding / RAG 等应用层 → LLM-Embedding-Beginner
做为一个传统的程序员，在使用AI并开始学习机器学习和神经网络相关的内容后，一直存在一些疑惑，比如：
- 机器学习编程和传统编程的核心区别是什么？有没有最简单直观的代码能让我感受感受？
- 机器到底是怎么学习的？有没有最简单直观的代码能让我感受感受？
- 为什么说大模型是一个函数？这个函数长什么样的？
- 为什么要学习率，它到底起个什么作用？为什么学习率小了收敛速度慢，大了又可能震荡或发散？
- 反向传播是怎么传播的？梯度下降又是什么鬼？
- 为什么没有激活函数的神经网络只能表达线性关系？激活函数是怎么做非线性变换的？
- 神经元和隐藏层到底都起的什么作用？
- ……
是的，我就想看有没有代码让我能直观的理解这些概念。本项目完全从零开始撸代码，从 y=wx 开始入门，到手撸 Llama3 大模型，再到训练自己的中文 GPT，循序渐进地理解机器学习的本质。
本项目按照 基础 → 进阶 → 实践 的路径组织：
完全从零手写代码，不使用机器学习框架，直观理解核心概念。
| 章节 | 内容 | 文件 |
|---|---|---|
| 01-linear-model | 从 y=wx 开始了解机器是怎么学习的 |
tutorial.ipynb |
| 02-gradient-descent | 从均方误差感受梯度下降的具体实现 | tutorial.ipynb, tutorial.py |
| 03-activation | 用激活函数感受非线性变换的效果 | tutorial.ipynb, tutorial.py |
| 04-neural-network | 手撸神经网络感受深度学习 | tutorial.ipynb |
你将学到：
- 机器学习与传统编程的核心区别
- 参数、特征、标签、超参数等概念
- 学习率、梯度下降、反向传播的原理
- 激活函数的非线性变换
- 神经网络的前向传播和反向传播
不依赖 PyTorch/TensorFlow 的高级封装，逐行手写实现大语言模型。
📌 致谢：本章节 Llama3 教程基于 naklecha/llama3-from-scratch 改编，感谢原作者的精彩实现！
| 章节 | 内容 | 文件 |
|---|---|---|
| fundamentals | LLM 基础教程 - 从文本处理到 RLHF 的完整学习路径（9章） | 多章节 |
| llama3-step-by-step | Llama3 分解式教学 - 10个渐进式课程，从零实现每个组件 | 10个lesson |
| llama3 | Llama3 完整实现 - 单个notebook完整实现Llama3-8B | tutorial.ipynb |
学习路径建议：
- 零基础系统学习 →
fundamentals/（9章通用教程） - 深入Llama3每个组件 →
llama3-step-by-step/（10课分解教学） - 快速概览整体架构 →
llama3/（完整notebook）
你将学到：
- 大语言模型的内部架构（Tokenizer / Embedding / Attention / FFN / Norm）
- Tokenizer（BPE 分词器训练与对齐）
- RMSNorm 归一化、RoPE 旋转位置编码、Grouped Query Attention、SwiGLU 前馈网络
- KV-Cache 推理优化原理、Flash Attention 的工程动机
- 现代对齐流程：SFT → RLHF (PPO 概念) → DPO/ORPO 等新一代偏好优化
- MoE（混合专家）：Top-K 路由、负载均衡、Switch/Mixtral 风格架构
- 长上下文技术原理：RoPE 外推、YaRN、Sliding Window Attention
- 数据工程基础、BPE/SentencePiece 选型、混合精度训练（bf16/fp16）
使用成熟框架（PyTorch + Transformers）训练实用的中文 GPT。
| 章节 | 内容 | 文件 |
|---|---|---|
| chinese-gpt | 训练中文小说 GPT | train.py |
你将学到：
- 使用 Transformers 库构建 GPT
- 训练自定义 BPE 分词器
- 数据预处理和 Dataset 构建
- 模型训练和验证（含 bf16 混合精度、Cosine Schedule + Warmup、梯度裁剪）
- 断点续训、早停机制、显存监控
- 文本生成（自回归 / Temperature / Top-p / Repetition Penalty）
自由实验和测试代码的 playground。
04-future/ 目录预留扩展空间。下面这些仍属于本项目定位（LLM 训练/微调技术），按重要性排序：
📐 Scaling Laws（已完成）
- scaling-laws.md — 模型大小、数据量与计算量的关系（Chinchilla 最优配比、涌现能力）
🎓 训练全流程（已完成）
- training-pipeline.md — 每一步在教模型什么（Pretrain→SFT→LoRA→RLHF→Agent RL→蒸馏）
📦 参数高效微调（PEFT）
- LoRA / QLoRA / AdaLoRA / DoRA / IA³
- 用 PEFT 库微调开源模型（不写一行训练循环）
⚡ 推理优化与量化
- KV-Cache / Grouped-Query Attention 的实现细节
- Flash Attention 原理与 torch.nn.functional.scaled_dot_product_attention
- PagedAttention（vLLM 思想）/ Speculative Decoding
- 量化：bitsandbytes int4/int8 / GPTQ / AWQ
🎯 现代对齐（2024+）
- DPO / ORPO / SimPO / KTO（替代 PPO 的新一代偏好优化）
- RLAIF / Constitutional AI / Process Reward Model
- Reasoning 模型后训练：DeepSeek-R1 / GRPO / o1-style 训练循环
🔧 高级预训练工程
- 数据工程：清洗、deduplication、质量过滤
- 分布式训练：DDP / FSDP / DeepSpeed
- 显存优化：Gradient Checkpointing / Activation Offloading
- 混合精度进阶：fp16 + GradScaler / fp8（Hopper）
- 评估：lm-eval-harness / MMLU / GSM8K / HumanEval / Perplexity
🧩 衍生与组合
- Model Merging（TIES / DARE）
- Knowledge Distillation（Teacher-Student）
- 模型转换与导出（ONNX / GGUF / llama.cpp）
📐 长上下文与稀疏架构
- RoPE 外推 / YaRN / Sliding Window Attention
- MoE 实战：Switch Transformer / Expert Parallel / All-to-All 通信
🎨 多模态训练（可选方向）
- Vision-Language Model（如 LLaVA）训练原理
- CLIP-style 双塔对比学习
⚠️ 备注：Agent / RAG / Tool Use / Skill / MCP / Embedding 应用等应用方向不属于本项目，请见开头 姊妹项目 链接。
# 进入第一章
jupyter notebook 01-basics/01-linear-model/tutorial.ipynb# 需要先下载 Llama3 权重
jupyter notebook 02-llm-from-scratch/llama3/tutorial.ipynb# 训练中文 GPT
python 03-practice/chinese-gpt/train.py -d ../../data/小说.txt- 完全零基础：从
01-basics/01-linear-model/开始，按顺序学习 - 有基础想系统学习 LLM：
02-llm-from-scratch/fundamentals/（9章完整教程） - 想深入 Llama3 每个组件：
02-llm-from-scratch/llama3-step-by-step/（10课分解教学）⭐ - 有基础想快速概览 LLM：直接跳到
02-llm-from-scratch/llama3/ - 想快速上手项目：从
03-practice/chinese-gpt/开始
- 本教程过于基础，相当于在教你数学的四则运算
- 建议配合大模型（如 ChatGPT）学习并扩展知识
- 每个章节都包含详细的代码和图解，建议边运行边理解
- 不要只看，一定要动手跑代码！
LLM-Transformer-Beginner/
├── README.md # 本文件
├── AGENTS.md # 给 AI 协作者的工程说明
├── LICENSE
├── .gitignore
│
├── 01-basics/ # 🌱 基础篇
│ ├── 01-linear-model/
│ ├── 02-gradient-descent/
│ ├── 03-activation/
│ └── 04-neural-network/
│
├── 02-llm-from-scratch/ # 🚀 进阶篇
│ ├── fundamentals/ # 通用 LLM 基础教程（9章）
│ ├── llama3-step-by-step/ # Llama3 分解式教学（10课）⭐
│ └── llama3/ # Llama3 完整实现（notebook）
│
├── 03-practice/ # 🛠️ 实践篇
│ ├── chinese-gpt/ # 中文小说 GPT
│ └── chinese-gpt-fundamentals.md # 基础教程项目链接
│
├── 04-future/ # 🔮 未来扩展（PEFT / 量化 / DPO / 推理优化等）
│
├── scripts/ # 一键训练脚本 + 编码转换工具
│
└── tests/ # 🧪 playground
🔗 姊妹项目（应用方向）
- LLM-Agent-Beginner — Agent / Skill / MCP
- LLM-Embedding-Beginner — Embedding / RAG 应用
🤝 推荐互补项目
- MiniMind — 项目主页 从零训练一个 64M 参数的完整小模型（3 块钱 + 2 小时）。覆盖 Pretrain → SFT → LoRA → DPO/PPO/GRPO → Agent 训练 → 蒸馏全链路，含 Web Demo 和 API 服务。 本项目侧重"理解原理"（逐行手写讲解），MiniMind 侧重"动手训练"（端到端训出一个能对话的模型）。建议先学完本项目理解原理，再用 MiniMind 跑通完整训练流程。
- naklecha/llama3-from-scratch - 本项目的 Llama3 教程改编自该仓库，感谢原作者 Naklecha 的精彩实现和分享！
MIT License
Happy Learning! 🎉