• Updated:
  • Featured post

How LLMs get their probabilities for the next token

(este post es una explicación de la teoría. dejo aquí otro post con el detalle práctico de como usar la temperature, top_k y top_p a efectos prácticos)

Explicación más en detalle de cómo obtienen los LLMs las probabilidades para generar el siguiente token

Sampling

En cada posición el modelo tiene una bolsa con miles de tokens posibles. Sampling es el proceso de no coger siempre el token más probable, si no de orientarlo a coger respuestas con determinadas características.

Si el modelo escogiera siempre el token con más probabilidades, obtendríamos respuestas aburridas y repetitivas.

Logits

Para generar el siguiente token, una red neuronal calcula primero los vectores de logits, donde cada logit corresponde a un valor posible. El tamaño de estos vectores de logits es tan grande como el vocabulario completo del modelo.

(representación de vectores de logits)

flowchart LR
	N1["What's your favorite color?"]:::note --> Z
	Z --> A1 --> A
	Z --> B1 --> B
	Z --> C1 --> C
	Z --> D1 --> D
	
	Z["Neural network"]
    A["a"]
    A1["(-0.5)"]
    B["green"]
    B1["(0.7)"]
    C["red"]
    C1["(0.5)"]
    D["the"]
    D1["(-1.2)"]
    
    classDef note fill:none,stroke:none,color:#777;    

Los logits NO representan probabilidades ya que no suman 1 y pueden incluso ser negativos (la probabilidades no pueden). Para convertir logits a probabilidades se usa una Softmax layer

Temperature

La temperatura es una constante que se aplica a los logits antes de la transformación de la Softmax layer. Se usa para ajustar la creatividad del modelo y redistribuir la probabilidad de los valores. Una temperatura más alta hace que el modelo sea más creativo ya que aumenta las posibilidades de elegir tokens menos probables.

xychart-beta
  title "Temperatura vs Probabilidad"
  x-axis "Temperatura (T)" [0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5]
  y-axis "Probabilidad" 0 --> 1
  line "P(token1)" [0.9999546, 0.9933071, 0.8807971, 0.7310586, 0.6224593, 0.5498340]
  line "P(token2)" [0.0000454, 0.0066929, 0.1192029, 0.2689414, 0.3775407, 0.4501660]

Ejemplos de temperaturas:

  • Low (0.2-0.3): El modelo es cauto y elige las palabras más probables. Output factual y predecible.
  • Medium (0.5-0.7): Un mix de confiabilidad y engagement
  • High (0.9-1.0): Toma riesgos y es impredecible

Read More

Rob Pike's 5 Rules of Programming

  • Rule 1. You can’t tell where a program is going to spend its time. Bottlenecks occur in surprising places, so don’t try to second guess and put in a speed hack until you’ve proven that’s where the bottleneck is.
  • Rule 2. Measure. Don’t tune for speed until you’ve measured, and even then don’t unless one part of the code overwhelms the rest.
  • Rule 3. Fancy algorithms are slow when n is small, and n is usually small. Fancy algorithms have big constants. Until you know that n is frequently going to be big, don’t get fancy. (Even if n does get big, use Rule 2 first.)
  • Rule 4. Fancy algorithms are buggier than simple ones, and they’re much harder to implement. Use simple algorithms as well as simple data structures.
  • Rule 5. Data dominates. If you’ve chosen the right data structures and organized things well, the algorithms will almost always be self-evident. Data structures, not algorithms, are central to programming.

Takeaways

  • Premature optimization is the root of all evil. Don’t do it until it’s necessary and then measure before and after.
  • Don’t try to be fancy. When in doubt, use brute force (KISS)
  • Improve my data knowledge.

Source(s)

https://www.cs.unc.edu/~stotts/COMP590-059-f24/robsrules.html
https://news.ycombinator.com/item?id=47423647

LangChain

LangChain es un framework open-source implementado en Python. Es un orquestador de aplicaciones basadas en LLMs que proporciona diferentes abstracciones de alto nivel para construir pipelines sobre LLMs.

La gran ventaja que nos introduce es abstraernos de la manera de consumir los diferentes LLMs para no tener que reinventar el código cada vez que queramos cambiar de modelo.

Ahora mismo LangChain dispone de 6 módulos diferentes

  • Model I/O - Handle input/output ops related to the model
  • Retrieval - Retrieves relevant texts for the LLM
  • Chains (Runnables) - Enables construction of sequences of LLM operations or function calls
  • Agents - Allows chains to make decisions on which tools to use based on high-level instructions
  • Memory - perstist the state of an application between different runs of a chain
  • Callbacks - for running additional code on specific events

Install

poetry add langchain
poetry add langchain-openai
poetry add openai # this is in case we want to use OpenAI's models

ChatModels

We have the following classes to interact with LLMs in the context of LangChain

  • SystemMessage - instructions for the AI System (Behaviour)
  • HumanMessage - messages coming from an human to interact with the LLM (questions, commands…)
  • AIMessage - information coming from the AI itself. This is typically the AI’s response

AI EU Legislation

European Regulation 2024/1689

La IA se clasifica por riesgos:

riesgo medidas ejemplo
inaceptable prohibido social scoring systems; manipulative AI
alto riesgo regulado  
riesgo limitado obligaciones de transparencia; los usuarios finales deben tener conocimiento que interactuan con un sistema de IA chatbots; deepfakes
riesgo mínimo sin regular juegos; filtros de spam;

Sobre todo establece obligaciones para providers (developers) de sistemas de alto riesgo que operen en EU, independientemente de dónde se encuentren localizados.

RAG implementation

El código para mi implementación está aquí en GitHub

Requerimientos

  • LangChain
  • Un modelo de embeddings (text-embedding-3-large)
  • Un modelo de chat (gpt-4.1)
  • Una base de datos vectorial (CosmosDB)
  • PyPDF (libreria para chunking inteligente)
  • Documentos como base de conocimiento para el RAG (documentos sobre una herramienta propietaria)

Sobre CosmosDB for NoSQL: Se puede usar como una base NoSQL tradicional pero también soporta búsqueda nativa con vectores (hay que habilitarlo primero y establecer una policy vectorial). Yo la uso en vez de ChromaDB por estar en Azure y ser entorno Microsoft ya que personalmente me entra dentro del tier gratuito. Si no, ChromaDB es una buena opción gratuita.

Implementación

Se divide en tres procesos:

Habilitar búsqueda vectorial para CosmosDB. Tras hacer el siguiente paso, podemos ejecutar el script para recrear el contenedor con una policy para vectores

(dentro de CosmsoDB) Settings < Features < Vector Search for NoSQL API < Enable

Cargar documentos en CosmosDB:

  • Cargamos los documentos en memoria
  • Los dividimos en chunks
  • Limpiamos los chunks de caracteres especiales (\n, \t, \r)
  • Creamos los embeddings en batches
  • Para cada chunk subimos el original y su embeddings

Realizar una query:

  • Obtenemos los embeddings para la query (tiene que ser el mismo modelo que se usó para crear los embeddings de los ficheros)
  • Hacer una búsqueda vectorial en CosmosDB para sacar el texto original de los chunks con contexto relevante a nuestra query
  • Invocar el modelo de chat a través de LangChain, pasándole ambos pregunta y chunks con contexto en la misma llamada

Conceptos aprendidos

Calidad del dato

La calidad del dato es de máxima importancia. Hay que revisar manualmente los datos que se meten y ver que sean aporten valor. Si metemos datos que no aporten, solo generamos ruido.

También hay que revisar que los PDFs sean texto puro, ya que si son puramente imágenes o contienen imágenes importantes habrá que pasarlos por algún tipo de OCR para extraer texto.

Chunking

La parte de dónde y cómo hacer chunking es complicada. Lo importante es que haya un buen overlap entre chunks para que la respuesta a tu pregunta no caiga en tierra de nadie. Yo estoy probando con un chunk_size de 500 tokens y un overlap de 100 tokens.

Limpiar los chunks después de partirlos es igual de importante. En mis primeras pruebas se metían en cosmos muchos caracteres como \n o \t y esto genera mucho ruido.

Para sistemas grandes o genéricos puede ser importante meter metadatos junto a los chunks para filtrar luego al buscar. Cosas como el nombre del documento al que pertenece un chunk o la fecha de creación del documento ayudan a filtrar luego y favorecer documentación reciente o saber de dónde viene algún dato erróneo o con menor calidad.

Debilidades BBDD Vectorial

Una base de datos vectorial es muy buena para hacer búsquedas relacionadas o búsquedas semánticas, pero se queda corta para hacer búsquedas por keywords. En esas situaciones se puede implementar una búsqueda híbrida (algoritmo BM25).

Referencia(s)

RAG Systems in 5 Levels of Difficulty (With Full Code) | Data Science Collective *RAG vs Fine Tuning. The Great LLM Showdown | by Agneya Pathare | Medium

C# parallelize code

Example on how to write parallel code

public List<string> ProcessX(CancellationToken cancToken = default)
{
	// sequential code
	// ...
	
	// list that we want to be able to process faster
	List<Animal> animals = // ... 
	
	// multithread safe collection
	var animalsDTO = new ConcurrentBag<AnimalDTO>();
	var options = new ParallelOptions
	{
		CancellationToken = cancToken,
		MaxDegreeOfParallelism = GetMaxDegreeOfParallelism()
	};
	
	Parallel.ForEach(animals, options, animal => 
	{
		// process single animal
		// this is just an example to map animal to animalDTO
		// ...
		animalsDTO.Add(Map(animal));
	});
}

private int GetMaxDegreeOfParallelism()
{
	string configured = config["ANIMALS_PARALLELISM"] ?? "4";
	int degree;
	if(!int.TryParse(configured, out degree))
	{
		degree = 4;
	}
	return degree;
}

AI (my own) Prompt Templates

Github Copilot IDE

Modificar código

– solution proposal x

– requirements Please before you do anything I want you to read and understand [PLANNING]. When coding please take [RESTRICTIONS] into account

[PLANNING] I want you to think deeply about my problem and proposed solution before doing any change. First of all:

  • analyse my code
  • read my problem
  • read my proposed solution
  • check its viability
  • make an index and a plan of what you’re going to do
  • follow and execute it
  • once you’re done, please go back and check that the code changes you made compile, make sense and solve the problem I have

[RESTRICTIONS]

  • don’t use var instead of string
  • don’t use arrays. use List instead

Standalone Copilot

Aprender sobre [TEMA]

Estoy aprendiendo sobre [TEMA]. Investiga fuentes de datos fiables y hazme primero un resumen de que es. Quiero saber para que sirve y que problema soluciona. Luego haz varias búsquedas y agrega los resultados para decirme que es importante o que debo saber sobre [TEMA] para poder comenzar a trabajar con ello. Por último hazme un plan paso a paso de un par de días de los puntos que tengo que estudiar o aprender para poder trabajar bien con [TEMA]

[TEMA]
LangChain

Read More

AI Attack Vectors

Adversarial examples (perturbaciones imperceptibles)

Son imágenes donde matemáticamente se modifica el ruido propio de la imagen de manera muy precisa, para que el modelo la clasifique mal. A ojo humano la imagen parecerá idéntica a la original ya que la perturbación del ruido es mínima, pero no para el modelo que la procese.

Backdoor attacks (triggers)

Ataques donde se entrena al modelo para que responda de forma específica ante un trigger visual, ignorando el contenido de la imagen.

Ejemplo: entrenamos a un modelo con imágenes de un perro con un sticker rojo en la frente y lo etiquetamos como “gato”.
Por inferencia, cualquier imagen que tenga ese mismo sticker rojo, será identificado como “gato”.

Prompt Engineering

Verbalized Sampling

Nos permite “saltarnos” el alineamiento post-entrenamiento que se le realizan a los modelos pidiéndole las probabilidades de cada respuesta.

Give me 5 jokes about programmers with their corresponding probabilities

Evita que siempre responda con la misma y que se salga del loop siendo más “creativo”.

Del mismo modo podemos pedirle respuestas con baja probabilidades, con lo cual cada chiste será más excéntrico, con humor negro, más alejado de lo que respondería normalmente, con menos sentido o una mezcla de todas las anteriores.

Give me 5 jokes about coffee with a low probability

Comparar contra su propia solución

A veces puede ser útil darle tiempo para pensar y que lo intente solucionar él primero, y vea si su solución es la misma que la nuestra

Primero intenta resolver [PROBLEMA] por tu propia cuenta. Después, compara tu solución contra mi [SOLUCION PROPUESTA]. Dime si lo resolverías del mismo modo o que es lo que mejorarías y/o cambiarías. No juzgues ni compares contra [SOLUCION PROPUESTA] hasta que no lo hayas resuelto por tí mismo. 

[PROBLEMA]
problema goes here

[SOLUCION PROPUESTA]
mi solucion goes here

Auto-evaluación

Primero le damos un prompt de lo que queremos hacer

 Dame un programa en Python que haga "Hello World"

Luego una vez nos ha dado la solución le hacemos reflexionar iterativamente hasta que no proponga mejoras

Dada la respuesta anterior haz autocrítica e investiga si se puede mejorar alguna parte. Si no encuentras ninguna mejora sustancial prefiero que me lo digas antes de que propongas soluciones sin sentido.

Zero-Shot / Few-Shot

Clasificación de un prompt en función de los ejemplos que incluya

tipo desc. ejemplo
zero-shot prompt donde no introduces ningún ejemplo. Máxima creatividad, cero fiabilidad What is Algebra?
few-shots prompts con uno o más ejemplos. Cuantos más ejemplos, más inferirá el LLM de ellos, por lo que tendrá menos creatividad pero más fiabilidad Write a poem in the style of Shakespeare. Sonnet example: Sonnet 18: ‘Shall I compare thee…’. Now write me one about the moon

Chain of Thought (CoT)

Evita que los LLMs salten sobre el paso de razonamiento y logra que vayan paso a paso.

En vez de decirle

Cual es la mejor arquitectura para hacer x

Usar

Investiga las mejores arquitecturas para hacer x e y. Explica en que te basas y tu razonamiento para llegar hasta esa conclusión. Explícame los pros y contras de cada una y recomiéndame la mejor.

Read More

NLP (Natural Language Processing)

También llamado Natural Language Understanding (NLU)

NLP es el campo que permite a los ordenadores leer, entender y generar lenguaje humano, ambos hablado y escrito. Es la base sobre la que se construye la IA generativa.

Es la tecnología que se usa cada vez que hablas con Alexa, traduces un texto con Google Translate o se filtra spam en tu correo. Para entrenar estos modelos se les pasa un gran número de textos y se les dice si son positivos o negativos.

Comprende técnicas como:

  • speech-to-text o text-to-speech conversion
  • Key-term extraction o entity detection - identifica palabras clave o frases en un documento y encuentra menciones sobre entidades como lugares, personas o empresas. Un ejemplo de esto son los análisis para encontrar y borrar información sensible (nombres, direcciones, DNI).
  • text classification - asigna documentos a categorías específicas
    • sentiment analysis - determina si el texto es positivo, negativo o neutral
  • language detection / translation - determina / traduce el idioma en el que está escrito un documento
  • question answering
  • summarization - reduce el volumen del texto manteniendo la máxima información posible

Tokenization concepts

Para poder manejar texto los sistemas de NLP rompen frases y palabras en piezas más pequeñas llamadas tokens. Los siguientes conceptos se aplican a la tokenizacion, dependiendo del problema especifico de NLP que tengamos que resolver.

Text normalization

Esto se hace antes de generar los tokens. Se normaliza el texto removiendo los signos de puntuación y cambiando todas las palabras a lower-case.

Mr Banks has worked in many banks.

Según el análisis que quieras hacer, puedes querer diferenciar entre Mr banks y banks. También puedes querer que banks sea un token diferente a banks., ya que este último añade como información que es el final de la frase.

Stop words removal

Stop words son palabras que añaden poco valor semántico.
Ejemplos:

  • the
  • a
  • it

n-grams

Multi-term frases como I have o He walked. Una frase compuesta por una unica palabra es un unigram. Si se compone de dos palabras es un bi-gram. Con tres es un tri-gram, etc.

Steaming

Técnica para consolidar palabras que tengan la misma raíz. Mediante esta técnica las palabras power, powered y powerful se consideran como el mismo token.

Interact with Github Copilot

Inline Chat

  1. Seleccionar el código para la query
  2. alt + ç
  3. hacer la pregunta

Algunos comandos útiles para inline chat son

  • /doc - añade comentarios al código
  • /explain - conseguir explicaciones sobre código
  • /fix - propose fixes for problems in the selected code
  • /generate - generar código para responder a una pregunta específica
  • /optimize - analizar y optimizar código seleccionado
  • /tests - generates unit tests for the selected code
  • /comment - converts comments into code snippets
  • /suggest - offer code suggestions based on the current context

Comments to code

You write a comment and the function name/input and when you hit Enter copilot completes with code

# function to iterate all prompts and print them
def iterate_and_print(prompts):

then copilot completes it to this

# function to iterate all prompts and print them
def iterate_and_print(prompts):
    for idx, prompt in enumerate(prompts):
        var_name = chr(ord('A') + idx)
        print(f"Prompt {var_name}:\n{prompt}\n")

Read More