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学习大模型的前沿技术与行业应用场景


【Qwen2 微调之旅】Lora 对 Qwen2-7B-Instruct 的微调实战手册
发布日期:2024-08-30 19:27:48 浏览次数: 1799


引言

在人工智能领域,自然语言处理(NLP)一直是研究的热点之一。随着深度学习技术的不断发展,大型预训练语言模型(如Qwen2-7B-Instruct)在理解与生成自然语言方面取得了显著的进展。然而,这些模型往往需要大量的计算资源和数据来进行微调,以适应特定的应用场景。Lora微调技术作为一种高效的模型优化手段,为解决这一问题提供了新的思路。本文将深入探讨Lora微调技术在Qwen2-7B-Instruct模型上的应用,旨在为读者提供一种高效、低成本的模型定制化方法。


Lora简介

1.Lora微调技术概述


Lora微调是一种基于低秩矩阵的微调方法,它通过在模型的权重矩阵中引入低秩结构来减少参数数量,从而降低模型的存储和计算需求。这种方法在保持模型性能的同时,显著提高了模型的灵活性和适应性。


2.Qwen2-7B-Instruct模型简介


Qwen2-7B-Instruct,一款精心设计的高级预训练语言模型,拥有70亿参数,专注于提升对指令性文本的精准理解和高效生成。它在自然语言处理(NLP)的多个专业领域中,如文本摘要、情感分析、机器翻译等,均展现出了卓越的处理能力和适应性。Qwen2-7B-Instruct的先进性能不仅体现在其对语言的深度解析上,更在于其能够快速、准确地执行和回应复杂的语言指令,为专业级的语言任务提供了强大的支持和解决方案。


3.Lora微调的优势


  • 与传统的全参数微调相比,Lora微调具有以下优势:


  • 参数减少:通过低秩分解,大幅减少了模型的参数量。


  • 计算效率:降低了模型训练和推理时的计算需求。


  • 灵活性:能够快速适应不同的应用场景。


、技术


1.Lora微调的工作原理


Lora微调通过在模型的权重矩阵中引入低秩矩阵,实现了对模型的轻量级微调。具体来说,它将权重矩阵分解为两个较小的矩阵的乘积,这两个矩阵分别对应于原始权重矩阵的行和列。


2.Lora微调在Qwen2-7B-Instruct中的应用


通过在Qwen2-7B-Instruct模型上实施Lora微调技术,我们能够针对特定指令性文本任务进行精准优化,显著提升模型在这些任务上的表现力和准确性。这种微调方法不仅增强了模型对专业指令的响应能力,还进一步拓宽了其在复杂语言处理场景中的应用潜力。


、应用场景


1.问答系统


Lora微调后的Qwen2-7B-Instruct可以用于构建更加智能的问答系统,提供更准确的答案。


2.自动摘要生成


在自动摘要生成任务中,微调后的模型能够更好地理解文本内容,生成更加精炼和准确的摘要。


3.指令执行


对于需要执行复杂指令的应用,如智能家居控制,微调后的模型能够更准确地解析和执行用户的指令。


、代码实践


1.环境准备


介绍如何在Python环境中搭建Lora微调所需的环境,包括必要的库和依赖。


PyTorch: 2.1.0


CUDA:12.1


GPURTX 4090D(24GB)


Ubuntu 22.04.3 LTS


2.安装依赖


安装相关的依赖包
python -m pip install --upgrade pip
# 更换 pypi 源加速库的安装
pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install modelscope==1.9.5
pip install "transformers>=4.39.0"
pip install streamlit==1.24.0
pip install sentencepiece==0.1.99
pip install accelerate==0.27
pip install transformers_stream_generator==0.0.4
pip install datasets==2.18.0
pip install peft==0.10.0
# 可选
MAX_JOBS=8 pip install flash-attn --no-build-isolation

3.模型下载

使用 modelscope 中的 snapshot_download 函数下载模型,第一个参数为模型名称,参数 cache_dir 为模型的下载路径。


/root/autodl-tmp 路径下新建 d.py 文件并在其中输入以下内容,粘贴代码后请及时保存文件,如下图所示。并运行 python /root/autodl-tmp/d.py 执行下载,模型大小为 15GB,下载模型大概需要 5 分钟。
import torchfrom modelscope import snapshot_download, AutoModel, AutoTokenizerimport osmodel_dir = snapshot_download('qwen/Qwen2-7B-Instruct', cache_dir='/root/autodl-tmp', revision='master')
下载成功如下:

4.导入依赖包

from datasets import Datasetimport pandas as pdfrom transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, DataCollatorForSeq2Seq, TrainingArguments, Trainer, GenerationConfig

5.数据集准备

LLM 的微调一般指指令微调过程。所谓指令微调,是说我们使用的微调数据形如:


{


"instruction":"回答以下用户问题,仅输出答案。",


"input":"1+1等于几?",


"output":"2"


}


其中,instruction是用户指令,告知模型其需要完成的任务;input 是用户输入,是完成用户指令所必须的输入内容;output 是模型应该给出的输出。即我们的核心训练目标是让模型具有理解并遵循用户指令的能力。因此,在指令集构建时,我们应针对我们的目标任务,针对性构建任务指令集。下面是对话指令集部分内容:


6.数据加载查看

# 将JSON文件转换为CSV文件


df = pd.read_json('../dataset/huanhuan.json')ds = Dataset.from_pandas(df)
查看前面5
ds[:5]
输出:
{'instruction': ['小姐,别的秀女都在求中选,唯有咱们小姐想被撂牌子,菩萨一定记得真真儿的——','这个温太医啊,也是古怪,谁不知太医不得皇命不能为皇族以外的人请脉诊病,他倒好,十天半月便往咱们府里跑。','嬛妹妹,刚刚我去府上请脉,听甄伯母说你来这里进香了。','嬛妹妹,我虽是一介御医,俸禄微薄,可是我保证会一生一世对你好,疼爱你,保护你,永远事事以你为重。本来没半月一次到府上去请脉,能够偶尔见一次妹妹的笑靥,已经心满意足了,可谁知——而且我也知道,妹妹心里是不愿意去殿选的。','实初虽然唐突了妹妹,却是真心实意地希望妹妹不要去应选,这不仅仅是因为我心里一直把妹妹当成……其实更是因为甄伯父曾经救过家父的性命。'],'input': ['', '', '', '', ''],'output': ['嘘——都说许愿说破是不灵的。','你们俩话太多了,我该和温太医要一剂药,好好治治你们。','出来走走,也是散心。','实初哥哥这么说,就枉顾我们一直以来的兄妹情谊了,嬛儿没有哥哥,一直把你当作自己的亲哥哥一样看待,自然相信哥哥会待妹妹好的——自然了,以后有了嫂子,你也会对嫂子更好。','我们两家是世交,昔年恩义不过是父亲随手之劳,不必挂怀。']}

7.加载分词器模型

加载本地的Qwen2-7B-Instruct模型


tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained('/root/autodl-tmp/qwen/Qwen2-7B-Instruct', use_fast=False, trust_remote_code=True)tokenizer

输出:

8.数据格式化处理


Lora训练的数据是需要经过格式化、编码之后再输入给模型进行训练的,我们一般需要将输入文本编码为 input_ids,将输出文本编码为 labels,编码之后的结果都是多维的向量。我们首先定义一个预处理函数,这个函数用于对每一个样本,编码其输入、输出文本并返回一个编码后的字典


1)定义处理函数
def process_func(example):MAX_LENGTH = 384# Llama分词器会将一个中文字切分为多个token,因此需要放开一些最大长度,保证数据的完整性input_ids, attention_mask, labels = [], [], []instruction = tokenizer(f"<|im_start|>system\n现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛<|im_end|>\n<|im_start|>user\n{example['instruction'] + example['input']}<|im_end|>\n<|im_start|>assistant\n", add_special_tokens=False)# add_special_tokens 不在开头加 special_tokensresponse = tokenizer(f"{example['output']}", add_special_tokens=False)input_ids = instruction["input_ids"] + response["input_ids"] + [tokenizer.pad_token_id]attention_mask = instruction["attention_mask"] + response["attention_mask"] + [1]# 因为eos token咱们也是要关注的所以 补充为1labels = [-100] * len(instruction["input_ids"]) + response["input_ids"] + [tokenizer.pad_token_id]if len(input_ids) > MAX_LENGTH:# 做一个截断input_ids = input_ids[:MAX_LENGTH]attention_mask = attention_mask[:MAX_LENGTH]labels = labels[:MAX_LENGTH]    return {"input_ids": input_ids,"attention_mask": attention_mask,"labels": labels}

补充说明Qwen2 采用的Prompt Template格式如下

<|im_start|>systemYou are a helpful assistant.<|im_end|><|im_start|>user你是谁?<|im_end|><|im_start|>assistant我是一个有用的助手。<|im_end|>

2)数据集处理

tokenized_id = ds.map(process_func, remove_columns=ds.column_names)tokenized_id
输出:
Dataset({features: ['input_ids', 'attention_mask', 'labels'],num_rows: 3729})

3)查看input_ids数据格式是否正确

tokenizer.decode(tokenized_id[0]['input_ids'])
输出:
'<|im_start|>system\n现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛<|im_end|>\n<|im_start|>user\n小姐,别的秀女都在求中选,唯有咱们小姐想被撂牌子,菩萨一定记得真真儿的——<|im_end|>\n<|im_start|>assistant\n嘘——都说许愿说破是不灵的。<|endoftext|>'

4labels查看

tokenizer.decode(list(filter(lambda x: x != -100, tokenized_id[1]["labels"])))

输出:

'你们俩话太多了,我该和温太医要一剂药,好好治治你们。<|endoftext|>'

9.加载模型


加载本地的Qwen2-7B-Instruct模型


import torchmodel = AutoModelForCausalLM.from_pretrained('/root/autodl-tmp/qwen/Qwen2-7B-Instruct', device_map="auto",torch_dtype=torch.bfloat16)model
模型信息如下:
Loading checkpoint shards: 0%|| 0/4 [00:00<?, ?it/s][9]:Qwen2ForCausalLM((model): Qwen2Model((embed_tokens): Embedding(152064, 3584)(layers): ModuleList((0-27): 28 x Qwen2DecoderLayer((self_attn): Qwen2SdpaAttention((q_proj): Linear(in_features=3584, out_features=3584, bias=True)(k_proj): Linear(in_features=3584, out_features=512, bias=True)(v_proj): Linear(in_features=3584, out_features=512, bias=True)(o_proj): Linear(in_features=3584, out_features=3584, bias=False)(rotary_emb): Qwen2RotaryEmbedding())(mlp): Qwen2MLP((gate_proj): Linear(in_features=3584, out_features=18944, bias=False)(up_proj): Linear(in_features=3584, out_features=18944, bias=False)(down_proj): Linear(in_features=18944, out_features=3584, bias=False)(act_fn): SiLU())(input_layernorm): Qwen2RMSNorm()(post_attention_layernorm): Qwen2RMSNorm()))(norm): Qwen2RMSNorm())(lm_head): Linear(in_features=3584, out_features=152064, bias=False))
开启梯度检查,查看精度
model.enable_input_require_grads() # 开启梯度检查点时,要执行该方法model.dtype # 查看精度

输出:

torch.bfloat16


10.lora配置


配置说明:


  • task_type:模型类型


  • target_modules:需要训练的模型层的名字,主要就是attention部分的层,不同的模型对应的层的名字不同,可以传入数组,也可以字符串,也可以正则表达式。


  • rlora的秩,具体可以看Lora原理


  • lora_alphaLora alaph,具体作用参见Lora 原理


  • Lora的缩放是啥嘞?就是lora_alpha/r, 在这个LoraConfig中缩放就是4倍。
from peft import LoraConfig, TaskType, get_peft_modelconfig = LoraConfig(task_type=TaskType.CAUSAL_LM,target_modules=["q_proj", "k_proj", "v_proj", "o_proj", "gate_proj", "up_proj", "down_proj"],inference_mode=False, # 训练模式r=8, # Lora 秩lora_alpha=32, # Lora alaph,具体作用参见 Lora 原理lora_dropout=0.1# Dropout 比例)config
输出:
LoraConfig(peft_type=<PeftType.LORA: 'LORA'>, auto_mapping=None, base_model_name_or_path=None, revision=None, task_type=<TaskType.CAUSAL_LM: 'CAUSAL_LM'>, inference_mode=False, r=8, target_modules={'o_proj', 'down_proj', 'q_proj', 'gate_proj', 'up_proj', 'k_proj', 'v_proj'}, lora_alpha=32, lora_dropout=0.1, fan_in_fan_out=False, bias='none', use_rslora=False, modules_to_save=None, init_lora_weights=True, layers_to_transform=None, layers_pattern=None, rank_pattern={}, alpha_pattern={}, megatron_config=None, megatron_core='megatron.core', loftq_config={}, use_dora=False, layer_replication=None)

加载lora配置

model = get_peft_model(model, config)config
输出:
LoraConfig(peft_type=<PeftType.LORA: 'LORA'>, auto_mapping=None, base_model_name_or_path='/root/autodl-tmp/qwen/Qwen2-7B-Instruct', revision=None, task_type=<TaskType.CAUSAL_LM: 'CAUSAL_LM'>, inference_mode=False, r=8, target_modules={'o_proj', 'down_proj', 'q_proj', 'gate_proj', 'up_proj', 'k_proj', 'v_proj'}, lora_alpha=32, lora_dropout=0.1, fan_in_fan_out=False, bias='none', use_rslora=False, modules_to_save=None, init_lora_weights=True, layers_to_transform=None, layers_pattern=None, rank_pattern={}, alpha_pattern={}, megatron_config=None, megatron_core='megatron.core', loftq_config={}, use_dora=False, layer_replication=None)
查看可训练参数
model.print_trainable_parameters()

11.配置训练参数


TrainingArguments这个类的源码也介绍了每个参数的具体作用,当然大家可以来自行探索,这里就简单说几个常用的。


  • output_dir:模型的输出路径


  • per_device_train_batch_size:顾名思义 batch_size


  • gradient_accumulation_steps: 梯度累加,如果你的显存比较小,那可以把 batch_size 设置小一点,梯度累加增大一些。


  • logging_steps:多少步,输出一次log


  • num_train_epochs:顾名思义 epoch


  • gradient_checkpointing:梯度检查,这个一旦开启,模型就必须执行model.enable_input_require_grads(),这个原理大家可以自行探索,这里就不细说了。
args = TrainingArguments(output_dir="./output/Qwen2_7B_instruct_lora",per_device_train_batch_size=4,gradient_accumulation_steps=4,logging_steps=10,num_train_epochs=3,save_steps=10, # 为了快速演示,这里设置10,建议你设置成100learning_rate=1e-4,save_on_each_node=True,gradient_checkpointing=True)

12.模型训练

trainer = Trainer(model=model,args=args,train_dataset=tokenized_id,data_collator=DataCollatorForSeq2Seq(tokenizer=tokenizer, padding=True),)trainer.train()

训练效果:

13.模型合并


将训练后的lora权重加载到原来的模型中,形成新的模型

from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizerimport torchfrom peft import PeftModelmode_path = '/root/autodl-tmp/qwen/Qwen2-7B-Instruct/'lora_path = './output/Qwen2_instruct_lora/checkpoint-10' # 这里改称你的 lora 输出对应 checkpoint 地址# 加载tokenizertokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(mode_path, trust_remote_code=True)# 加载模型model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(mode_path, device_map="auto",torch_dtype=torch.bfloat16, trust_remote_code=True).eval()# 加载lora权重model = PeftModel.from_pretrained(model, model_id=lora_path)

14.模型推理

基于合并后(加载了lora权重)的模型进行推理


prompt = "你是谁?"messages = [#{"role": "system", "content": "现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛"},{"role": "user", "content": "假设你是皇帝身边的女人--甄嬛。"},{"role": "user", "content": prompt}]inputs = tokenizer.apply_chat_template(messages,add_generation_prompt=True,tokenize=True,return_tensors="pt",return_dict=True).to('cuda')gen_kwargs = {"max_length": 2500, "do_sample": True, "top_k": 1}with torch.no_grad():outputs = model.generate(**inputs, **gen_kwargs)outputs = outputs[:, inputs['input_ids'].shape[1]:]print(tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True))


输出:

我是甄嬛,家父是大理寺少卿甄远道。

结语


Lora微调技术为大型预训练语言模型的定制化提供了一种高效、低成本的解决方案。通过本文的介绍和代码实践,读者可以更好地理解Lora微调的原理和应用,将其应用于Qwen2-7B-Instruct模型,以满足特定场景的需求。随着技术的不断进步,我们期待Lora微调能够在更广泛的领域发挥更大的作用。


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