LORA大模型加速微调和训练算法-Toy模板网

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ChatGPT带领着大模型像雨后春笋一般层出不穷，大家都对大模型微调跃跃欲试，现在咱们聊聊其中的常见的算法

1 LORA 低秩适应

理论

Lora( Low-Rank Adaotation)，低秩自适应模型微调的方法，它冻结预训练模型的权重，并将可训练的秩分解矩阵注入到transformer架构的每一层，从而大大减少下游任务的可训练参数的数量，

怎么微调下游任务:利用LoRA对下游任务数据训练时,只通过训练新加部分的参数来适配下游任务,当训练好新的参数后,将新的参数与老的参数合并,利用重参的方式,这样既能在新的任务上达到fine-tune整个效果,又不会在模型推理中增加耗时,

效果：以GPT3为例，Lora可以将训练参数的数量减少10000倍，GPU内存需求减少3倍，LoRA在RoBertTa,GPT2和3上的模型推理结果表现的于微调相当或者更好，并且多加网络层，所以推理没有延时，https://github.com/ microsoft/LoRA

LORA大模型加速微调和训练算法
实现的方法
1 低秩参数化更新矩阵
神经网络包含许多执行矩阵乘法的密集层。这些层中的权重矩阵通常是满秩的。在适应特定任务时， ag hajya n 等人 (202 0)表明，预训练的语言模型具有较低的“内在维度 ” ，尽管随机投影到较小的子空间，但仍然可以有效地学习。受此启发，我们假设在适应过程中对权重的更新也具有较低的 “内在秩 ”。对于预训练的权重矩阵 W0 ∈ Rd ×k，我们用低秩分解 W 0 +∆ W = W 0 + BA 来表示它的更新，其中 B∈ Rd× r, a∈ Rr× k，秩 R ? min(d, k) .在训练期间， Wis 冻结 0 并且不接收梯度更新，而 A 和 B 包含可训练的参数。注意两个 Wa nd∆ W = B A0 乘以相同的输入，它们各自的输出向量按坐标求和。对于 h = Wx，修正后的正向 0 传递收益率为 :
LORA大模型加速微调和训练算法
原始权重矩阵W0加上微调权重∆ W,两边参数相加就是整个模型，

整个过程通俗来讲,蓝色部分为预训练的模型参数,LoRA在预训练号的模型结构旁加上一个分支,这个分支包含A,B两个结构,这两个参数分别初始化为高斯分布和0,在训练刚开始,附加的参数就是0,A的输入维度和B的输出维度分别与原始模型的输入输出维度相同,而A的输出维度和和B的输入维度是一个远小于原始模型输入输出维度的值,这样做就可以极大的减少待训练的参数,在训练时只更新A,B的参数,预训练好的模型参数固定不变,将AB与原始模型参数矩阵W合并,这样九不会在推断中引入额外的计算,对于不同的下游任务只需要在预训练模型的基础上重新训练A,B就可以,

计算的过程例如，原始矩阵是512 * 512，假设r=4,现有用512 * 4的矩阵进行降维，最后的输出再用4 * 512 还原维度，r也可以取值为512，相当于对fine -tuing

作者通过实验表明，lora施加到transformer中的q，k,v，和原始矩阵w上时候，出现的效果是做好的，
并且r=4时候效果是最好的，

总结：冻结预训练模型权重，并将可训练的秩分解矩阵注入到Transformer层的每个权重中，大大减少了下游任务的可训练参数数量

LoRA 几个关键优势，

1，预训练模型可以共享，例如Chinese-LLaMA或者stable-difficution ，为不同的任务构建许多小型的LoRA模块，我们可以通过替换矩阵A和B来共享冻结模型并有效切换任务，从而降低存储需要和任务切换开销，
2，当使用Adam这种自适应优化器时候，LoRA可以让训练更有效，并将硬件门槛减低3倍，LORA不需要计算梯度或者维护大多数参数的优化器状态，只需要优化注入，小的多的低秩矩阵，
3，LoRA简单的显示设计允许在部署时将训练矩阵与冻结的权重合并，没有多加层，与完全微调模型相比，没有推理延时，

使用方式

HuggingFace的包peft对LoRA做了封装支持，调用api即可
LORA大模型加速微调和训练算法

模型并行计算

在并行训练过程中，各个显卡并行计算，每个模型使用同一份模型权重参数weights,在梯度下降更新时，各个进程会同步一次，致使每个进程的模型都跟新相同的梯度
具体实现，需要在model外套一层DistributedDataParallel，就可以实现backword前向更新梯度时，其他操作依旧，

使用DistributedDataParallel把model封装成ddp_model后，模型的参数名称里多了一个module，这是因为原来的模型model被保存到了ddp_model.module这个成员变量中。

在混用单GPU和多GPU的训练代码时，要注意这个参数名不兼容的问题，包括上面我们使用LoRA加载模型的时候，也会出现模型层名称变换了的情况。最好的做法是每次存取ddp_model.module，这样单GPU和多GPU的checkpoint可以轻松兼容。

人类反馈强化学习（RLHF）

RLHF-Stage1 是 supervised-fintuning，即使用上文提到的数据集进行模型微调。

RLHF-Stage2 训练了奖励模型，它通过对于同一个 prompt 的不同输出进行人工排序，得到对应分数，监督训练奖励模型。

RLHF-Stage3 使用了强化学习算法，是训练流程中最复杂的一部分：

RLHF（Reinforcement Learning Hyperparameter Optimization Framework）是一种用于强化学习模型的超参数优化框架。它结合了强化学习中的经典方法和贝叶斯优化技术，能够更高效地找到最佳超参数组合。下面是强化学习微调的完整 RLHF 流程：

数据预处理：根据需要对强化学习任务的数据进行处理，如归一化、去噪等。
确定超参数空间：为每个超参数指定范围和分布，以便进行超参数优化。
确定评估指标：根据强化学习任务的性质和目标，选择合适的评估指标，如累积回报、平均奖励等。
设计搜索策略：根据评估指标和超参数空间的特点，选择合适的搜索策略，如随机搜索、网格搜索、贝叶斯优化等。
进行超参数优化：使用选择的搜索策略在超参数空间中搜索最优超参数组合，并记录每个超参数组合的性能。
分析结果：分析每个超参数组合的性能和超参数之间的关系，以了解哪些超参数对模型性能有重要影响。
微调模型：根据分析结果，

vp tuning v2简单来说其实是soft prompt的一种改进，

soft prompt是只作用在embedding层中，实际测试下来只作用在embedding层的话交互能力会变弱，而且冻结模型所有参数去学习插入token，改变量偏小使得效果有时候不太稳定，会差于微调。p tuning v2则不只是针对embedding层，而是将连续型token插入每一层，增大改变量和交互性。

这是对于低资源微调大模型的共同点都是冻结大模型参数，通过小模块来学习微调产生的低秩改变。但目前存在的一些问题就是这两种训练方式很容易参数灾难性遗忘，因为模型在微调的时候整个模型层参数未改变，而少参数的学习模块微调时却是改变量巨大，容易给模型在推理时产生较大偏置，使得以前的回答能力被可学习模块带偏，在微调的时候也必须注意可学习模块不能过于拟合微调数据，否则会丧失原本的预训练知识能力，产生灾难性遗忘。

最好能够在微调语料中也加入通用学习语料一起微调，避免产生对微调语料极大的偏向，在instruct gpt论文中也提到在强化学习ppo的时候模型也会很容易对于ppo数据拟合，降低模型通用自然语言任务能力，所以在ppo loss中加入了SFT梯度和预训练梯度来缓解这种遗忘问题文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-453191.html

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