2024/12/07

ChatGPT o1 能力展示

ChatGPT o1 模式終於正式推出了,為了解他的能力做了以下提問:  
提問:用一個例子來展示你的新能力

回答:

下面是一個例子,透過一個複雜的問題並給出詳盡的推導過程,展示我在深度分析與知識運用上的新能力。


問題示例:假設有一個幾何問題如下——

在一個圓內,給定三個點 A、B、C,這三點都在圓周上,並且形成一個三角形 ABC。已知角 ACB = 30°,且圓的半徑 R = 10。假設 AB 是該三角形中最長的一邊,求邊 AB 的長度。


分析過程

1. 已知條件

A、B、C 三點在同一圓上,即 ABC 為一個內接三角形。

圓半徑 R = 10。

角 ACB = 30°。

假設 AB 是最長邊。由於在內接三角形中,對著最大邊的角度最大,因此 ABC 中最大邊為 AB 意味著與 AB 相對的角 C 是最大的角。但我們已知角 C = 30°,30°相對而言很小,這表示另外兩個角 A、B 一定比 30° 更小。這點值得再斟酌,因為若 C 為 30°,則 A、B 這兩個角應該較大,否則很難出現 AB 是最長邊的情況。讓我們往下探討。

在一個內接三角形中,如果 C 是最小角,則對應的邊 AB 應該是最短的邊。但題中設定 AB 是最長邊,這透露出一個關鍵:C 並非最小角。那為什麼給了角 C = 30°,卻說 AB 是最長邊呢?必須注意的是,在圓上,最大的角必對應最大的弧。或許這不是一個常規配置。我們試著用圓周定理從另一個角度出發。

2. 圓周角定理

在圓上,內接角 C = 30° 對應的弧 AB 所 subtend 的中心角必為 2 × 30° = 60°。

也就是說,在該圓中,連接 A、B 的弧對應的圓心角為 60°。

3. 連結圓心 O 與考慮幾何性質

設 O 為圓心。

因為 A、B、C 在圓周上,OC = OA = OB = R = 10。

由角 C = 30° 的資訊可推得:

弧 AB 所對的中心角為 60°。

若我們僅考慮弧 AB 對應的中心角 AOB = 60°,則在以 O 為圓心半徑為 10 的圓中,AOB 是一個等腰三角形(OA = OB = 10),∠AOB = 60°,故三角形 AOB 實際上是一個等邊三角形,這意味著 AB = OA = OB = 10。

但這個結果只考慮了中心角和弧度的對應,不包含 C 點的條件(C 在圓上且 ∠ACB=30°)。讓我們再更細緻地將 C 放入考慮。

4. 關於點 C 的定位

我們知道 ∠ACB = 30°,這是由點 C 在圓周上對弧 A…B 的內接角度。

內接角等於對應中心角的一半。這裡對應的中心角為 AOB = 60°,而內接角 ACB = 30° 正好是 60° 的一半,這說明 C 是位於那條弧 AB 的某個位置,使得從 C 看 AB 時的內接角為 30°。但這個條件其實已經與上面的推斷一致:如果弧 AB 對應中心角 60°,那任何在該弧上的點(不包括 A 與 B)看向 AB 的角度都會是 30°(只要 C 不與 A、B 重合)。這說明 C 的存在並沒有改變 AB 的長度計算,反而是對 AB 長度的確證。

換句話說,只要角 ACB = 30° 對應的是那段弧 AB,AB 就對應了 60° 的中心角,故 AB = 2 × R × sin(∠AOB/2) = 2 × 10 × sin(60°/2) = 20 × sin(30°) = 20 × 0.5 = 10。

不過,這是一個基本內接角和弧長關係的公式。更直接的方法是:

在以 O 為中心的圓中,∠AOB = 60° 且 OA = OB = 10,則 AOB 為等邊三角形,直接知 AB = 10。

5. 驗證 AB 是否為最長邊

若 ∠ACB = 30°,則其餘兩角的分配狀況如何?若 C 是最小角,則對面邊 AB 應該是最短邊;但我們的條件卻說 AB 是最大邊。這點必須要重審題意:

若題目明確敘述「AB 是該三角形中最長的一邊」,那可能意味著 A、B、C 點的排列有所特別之處。實際上,若 ABC 是內接於半徑為 10 的圓,AB = 10 並不算短(因為邊長最大可達到直徑 20),此時 ∠C 為 30°,則其他兩角 A、B 必然更小於 30°,這在一般內接三角形設定中比較罕見。

讓我們嘗試另一種解釋:

已知 ∠ACB = 30°,表示 ACB 是一個很小的角。而對應弧 A…B 是固定的 60°。如果 AB 是最長邊,則這個三角形可能不是「尖角三角形」;也許 AB 對應的是最大弧(180°以上)的對側,但是那會使 C 位於另一側弧上,看 AB 的角度不會是 30°。

事實上,對於一個內接三角形來說,如果其中一個角只有 30°,剩餘兩個角的和必為 150°,他們很容易各自分配到大於 30° 的值(例如 75° 與 75°)。如果 C = 30° 是最小角,那 AB 對應最大角就不該是 C,而應是另外一個角。可題中假定 AB 是最大邊,則相對的角 C 應為最大角,矛盾出現了。

此時,我們必須認清:

角 C = 30° 是由弧 AB 所決定的。

如果 C 為 30° 並且是最大角,則 A 和 B 都必小於 30°,這不可能。

因此有可能題目本身存在邏輯矛盾,或者是題目中「AB 是最長邊」屬於額外的條件用來檢驗推論者的思考。如果忽略此矛盾,只憑幾何條件(∠ACB=30°、R=10)來求 AB 長度,我們得到的最合乎幾何規律的解答是 AB = 10。


結論

在一個半徑為 10 的圓中,若有一個內接三角形 ABC,且 ∠ACB = 30°,根據圓周角與中心角的關係,對應的弧 AB 所 subtend 的中心角為 60°,因此 AB = 10。即使題目中關於「AB 是最長邊」的描述可能不符一般內接三角形的角邏輯,我們的幾何推導依然可以嚴謹地求出邊 AB 的長度。


透過上述例子,我展示了以下新能力:

深度分析:不僅是給出答案,而是在過程中多次檢查條件間的邏輯一致性和合理性。

知識運用:熟悉圓周角定理、內接三角形性質、等邊三角形幾何特性、三角函數關係等多領域知識。

批判審查:當題目中的條件產生矛盾時,能夠理清問題並指出潛在的矛盾點,而不只是盲目給出結論。


這就是我新能力展示的一個例子。


以上是 ChatGPT o1 自己用數學問題來展示其能力,接下來第二個問題是我自己對購買 MacBook Pro 來做AI 應用的問題。


開題:我想了解 MacBook Pro AI  算力到達什麼水平,請提供專業的分析及方法,方便我選擇要購買的型號


ChatGPT o1 回答:

    下面將從專業的角度,綜合當前市場訊息與技術指標,對 MacBook Pro 在 AI 算力與應用上的表現進行分析,並提供評估方法。希望能協助您在選購機型時更有依據。


1. 背景與演進趨勢


蘋果在近年來逐步以自研晶片(如 M1、M2、M3 系列)取代英特爾處理器。其中,除了 CPU 核心與 GPU 核心外,Apple Silicon 中的「Neural Engine」(神經引擎)是專門為機器學習(Machine Learning, ML)與人工智慧(AI)推論任務而設計的硬體加速器。下列是各世代 Apple Silicon 所提供的基本 AI 運算資源趨勢:

M1 系列:配備 16 核心 Neural Engine,每秒可執行數千億次運算(TOPS 級別為 11 TOPS,官方宣稱可達 11 trillion operations per second)。

M2 系列:Neural Engine 效能提升,理論上每秒可超過 15 TOPS。

M3 系列:(截至目前公布資訊)預期在 Neural Engine 效率、功耗以及與 GPU/CPU 協同運作上再提升,以支援更高效的 ML 推論工作。


除了 Neural Engine,M 系列晶片的 GPU 核心在部分機器學習工作負載(如 TensorFlow Metal Plugin 或 Apple Core ML 框架的訓練和推論)中也能提供一定的加速,特別是對圖像類推論、影像識別、即時影像處理等任務。


2. 「AI 算力」的定義與指標


在評估 MacBook Pro 的 AI 算力時,須先釐清您要執行的任務類型及對性能的要求:

AI 推論(Inference):將已經訓練好的模型用於實際應用中,如影像分類、自然語言處理的文字生成等。

AI 訓練(Training):從頭開始或進行模型微調(Fine-tuning),特別是大型模型如深度神經網路的訓練往往需要大量運算資源與較長運算時間。


在實際情境中,MacBook Pro 更偏向「推論」和「小規模或中小型模型訓練」的優化。與高階 NVIDIA GPU(如 RTX 4090、A100、H100)相比,M 系列晶片並非設計用來大規模訓練巨量參數模型。在 MacBook Pro 上跑大量訓練任務仍不如專業工作站或雲端 GPU 來得高效。


因此判斷AI算力時可以考量以下指標:

1. Neural Engine 的 TOPS 數據:代表設備在 ML 推論上的理論頂峰效能。

2. GPU 加速能力:看 GPU 核心數量及與 Apple Metal ML 框架的效能測試,特別在影像推論與小型模型訓練。

3. 整合的 ML 框架與優化:如 Apple 提供的 Core ML、Metal Performance Shaders (MPS)、TensorFlow for Mac with MPS 加速等,都能影響實際 AI 工作的處理性能。


3. 選購策略與建議


(1) 主要應用為推論與輕度模型調整

如果您的應用集中在已訓練好模型的部署(如執行 Stable Diffusion 圖像生成、語音轉文字、自然語言處理的文字補全、影像分類)或是小模型的微調,則較新的 M2 Pro/Max 或 M3 Pro/Max MacBook Pro 都能獲得不錯的體驗。

M3 系列預期優勢:改良的 Neural Engine、更高效能的 GPU 核心,有助於提升推論速度與即時處理能力。

M2 Pro/Max 依然有競爭力:如果您不強求最新技術,M2 Max 具備更多 GPU 核心及高頻寬記憶體(Unified Memory),能有效加速某些 ML 負載。


(2) 有適度的模型訓練需求(中等規模)

若您希望在本機進行中等規模的訓練(如對中小型模型做 Fine-tuning),選擇 GPU 核心數較多、記憶體(Unified Memory)較大版本的 MacBook Pro,有助於提升訓練速度與容納較大型的模型參數。

M2 Max / M3 Max 版本通常提供更多 GPU 核心(最高可達 38 核甚至更多)與更高記憶體上限(32GB、64GB、甚至 96GB),對於需在本機訓練模型的工程師會較有幫助。

使用官方的 TensorFlow for Mac (with MPS) 或 Pytorch with MPS 加速等方式,以及 Apple 提供的 ML 框架 Core ML Tools,可以提高訓練速度。


(3) 大規模深度學習訓練

如果您的工作重心是訓練大型深度學習模型(如大型語言模型、多億級參數的 Transformer),那麼即使是頂配的 MacBook Pro 仍顯不足。這種情況更建議使用雲端 GPU(如 Google Cloud、AWS、NVIDIA DGX Station)或專業工作站級顯示卡。MacBook Pro 比較適合用於本地快速原型開發、測試與小規模模型調整,但並非大規模訓練的主力。


4. 實務測試方法


在選擇機型時,可考慮以下測試方法來客觀評估:

Benchmark 工具與範例

使用 TensorFlow with MPS 或 PyTorch with MPS 在本機跑標準化的 ML Benchmarks(如 ResNet-50 圖像分類的推論與訓練速度測試)。

對某些已知的 Transformer 模型執行簡單的推論性能測試(例如對 GPT-2 小型模型的生成速度)。

比較不同配置

在 Apple Store 或第三方評測網站上尋找對同一代晶片不同規格下 (如 Pro vs Max, 不同 Unified Memory 配置) 的 ML 性能測試數據。

檢查記憶體容量

AI 模型的參數量與訓練數據集大小將受到記憶體限制。在 MacBook Pro 上,統一記憶體(Unified Memory)的容量對於能否一次載入整個模型非常關鍵。測試在不同 RAM 配置下能否一次執行完整的 batch 以及是否發生 memory swap,觀察訓練/推論速度與穩定度的變化。


5. 結論與建議

如果您主要用於 AI 推論、行動研究、Demo 展示或中小規模訓練:選擇 M2 Pro/Max 或 M3 Pro/Max 的 MacBook Pro 均能提供不錯的 ML 效能,M3 將可能有更好的能效與更優的 Neural Engine。建議挑選具較高記憶體的版本(如 32GB 或以上),以及較多的 GPU 核心配置。

如果您對 AI Training 有較高規模要求:MacBook Pro 仍可作為開發機器,但無法取代大型 GPU 伺服器或工作站。您可在 MacBook Pro 上開發原型並透過雲端資源進行大規模訓練。


綜上,MacBook Pro 所提供的 AI 算力已足以應付許多日常機器學習工作與推論需求,在 Apple 生態系(Core ML、Metal)中更有良好的整合度。然而,若您需要大規模深度學習訓練的算力,仍須考慮搭配雲端或專業 GPU 工作站。透過上述分析、測試方法與考量面向,您可更有信心地選擇適合自己需求的 MacBook Pro 型號與配置。


回答的很好,所以 單就推論應用記憶體版本最好是高於 32GB,至於訓練則還是用GPU 伺服器或工作站。但是2024/12/07 這個時間點,它沒有列出 M4 系列,可見訓練資料尚未納入,回答時也未搭配 Search 功能。


以上兩個問題,可以感受到 o1 模型的回應速度有明顯提升。