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使用 LoRA 对 Gemma 2 进行微调,以纳入 Rust 官方文档

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本文原作者: Zhicheng Wang,原文发布于: Kaggle
https://www.kaggle.com/code/asnowwolf/lora-gemma2-rust

概述

Gemma 是一组轻量级的开放模型,基于用于创建 Gemini 模型的研究和技术构建而成。大语言模型 (LLM) 如 Gemma 在各种自然语言处理任务中表现出色。LLM 首先通过在大量文本语料库上进行自监督预训练来学习,预训练帮助 LLM 学习通用知识,例如词与词之间的统计关系。然后,可以使用特定领域的数据对 LLM 进行微调,以执行下游任务 (例如情感分析)。
LLM 的规模非常庞大 (参数量级为数百万)。对于大多数应用,完全微调 (更新模型中的所有参数) 并不必要,因为微调数据集的规模相对于预训练数据集来说要小得多。
低秩适配 (LoRA) 是一种微调技术,它通过冻结模型的权重并将少量的新权重插入模型,大大减少了下游任务的可训练参数数量。这使得使用 LoRA 进行训练速度更快、内存效率更高,并生成较小的模型权重 (几百 MB),同时保持模型输出的质量。
  • 低秩适配 (LoRA)
    https://arxiv.org/abs/2106.09685
本教程将指导您使用 KerasNLP 在 Gemma 2B 模型上执行 LoRA 微调,使用 Rust 官方文档 1.6k 数据集。该数据集包含 1,600 对用 Gemini Flash 生成的提示/响应对,专门用于微调 LLM。
  • Rust 官方文档 1.6k 数据集
    https://www.kaggle.com/datasets/asnowwolf/rust-official-book

建立环境

获取 Gemma 的访问权限

要完成本教程,您首先需要按照 Gemma 设置中的说明进行设置。Gemma 设置说明将指导您完成以下步骤:
  • Gemma 设置
    https://ai.google.dev/gemma/docs/setup

Gemma 模型托管在 Kaggle 上。要使用 Gemma,请在 Kaggle 上请求访问权限:

  • 登录或注册 https://www.kaggle.com/
  • 打开 Gemma 模型卡,并选择 "请求访问"
  • 填写同意书并接受条款和条件
  • Gemma 模型卡
    https://www.kaggle.com/models/google/gemma

安装依赖

安装 Keras、KerasNLP 和其他依赖。
# Install Keras 3 last. See https://keras.io/getting_started/ for more details.!pip install -q -U keras-nlp!pip install -q -U keras>=3

选定后端

Keras 是一个高层次的、多框架的深度学习 API,旨在简化使用并提高易用性。使用 Keras 3,您可以在以下三种后端之一运行工作流程: TensorFlow、JAX 或 PyTorch。
在本教程中,请将后端配置为 JAX。
import os
os.environ["KERAS_BACKEND"] = "jax" # Or "torch" or "tensorflow".# Avoid memory fragmentation on JAX backend.os.environ["XLA_PYTHON_CLIENT_MEM_FRACTION"]="1.00"

导入包

导入 Keras 和 KerasNLP。
import kerasimport keras_nlp

定义提示模板

template = "Instruction:\n{question}\n\nResponse:\n{answer}"

加载模型

KerasNLP 提供了许多流行的模型架构{:.external} 的实现。在本教程中,您将使用 GemmaCausalLM 创建一个模型,这是一个用于因果语言建模的端到端 Gemma 2 模型。因果语言模型根据之前的 tokens 预测下一个 token。
  • 模型架构
    https://keras.io/api/keras_nlp/models/
使用 from_preset 方法创建模型:
gemma_lm = keras_nlp.models.GemmaCausalLM.from_preset("gemma2_instruct_2b_en")gemma_lm.summary()
normalizer.cc(51) LOG(INFO) precompiled_charsmap is empty. use identity normalization.
Preprocessor: "gemma_causal_lm_preprocessor"
Image
Model: "gemma_causal_lm"
Image
Total params: 2,614,341,888 (9.74 GB)
Trainable params: 2,614,341,888 (9.74 GB)
Non-trainable params: 0 (0.00 B)
from_preset 方法根据预设的架构和权重实例化模型。在上面的代码中,字符串 "gemma2_instruct_2b_en" 指定了预设的架构——一个拥有 20 亿参数的 Gemma 2 指令对齐过的模型。
注意: 还有一个拥有 70 亿参数的 Gemma 模型可用。如果要在 Colab 中运行更大的模型,您需要访问付费计划中的高级 GPU。或者,您可以在 Kaggle 或 Google Cloud 上对 Gemma 7B 模型进行分布式微调。
  • Gemma 7B 模型进行分布式微调
    https://ai.google.dev/gemma/docs/distributed_tuning

在微调之前推理

在本节中,您将使用各种提示查询模型,以观察它的响应。

查询书中提到的与 Rust 相关的知识

您可以提出一些与 Rust 相关的问题或提示,以查看模型如何回应这些查询。
prompt = template.format( question="How can I overload the `+` operator for arithmetic addition in Rust?", answer="",)print(gemma_lm.generate(prompt, max_length=256))
Instruction:How can I overload the `+` operator for arithmetic addition in Rust?Response:```ruststruct Point {    x: f64,    y: f64,}impl Point {    fn new(x: f64, y: f64) -> Self {        Point { x, y }    }    fn add(self, other: Point) -> Point {        Point {            x: self.x + other.x,            y: self.y + other.y,        }    }}fn main() {    let p1 = Point::new(1.0, 2.0);    let p2 = Point::new(3.0, 4.0);    let result = p1 + p2;    println!("Result: ({}, {})", result.x, result.y);}```**Explanation:**1. **Struct Definition:** We define a `Point` struct to represent points in 2D space.2. **`add` Method:** We implement the `+` operator for the `Point`

LoRA 微调

为了从模型中获得更好的响应,使用 Rust 官方文档 1.6k 数据集对模型进行低秩适应 (LoRA) 微调。
LoRA 秩决定了添加到 LLM 原始权重中的可训练矩阵的维度。它控制了微调调整的表现力和精确度。
更高的秩意味着可以进行更详细的调整,但也意味着更多的可训练参数。较低的秩意味着较少的计算开销,但可能会有较低的适应精度。
本教程使用了秩为 4 的 LoRA。在实际操作中,建议从相对较小的秩 (如 4、8、16) 开始。这在实验中计算效率较高。使用这个秩训练您的模型,并评估在您的任务上的性能提升。在后续的试验中逐渐增加秩,看看是否能进一步提高性能。

加载数据集

预处理数据
import jsondata = []with open('/kaggle/input/rust-official-book/dataset.jsonl', encoding='utf-8') as file: for line in file: features = json.loads(line) # Format the entire example as a single string. data.append(template.format(**features))
# Only use 1000 training examples, to keep it fast.# data = data[:100]
# Enable LoRA for the model and set the LoRA rank to 4.gemma_lm.backbone.enable_lora(rank=4)gemma_lm.summary()
Preprocessor: "gemma_causal_lm_preprocessor"
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Model: "gemma_causal_lm"
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Total params: 2,617,270,528 (9.75 GB)
Trainable params: 2,928,640 (11.17 MB)
Non-trainable params: 2,614,341,888 (9.74 GB)
注意,启用 LoRA 会显著减少可训练参数的数量 (从 25 亿减少到 130 万)。
# Limit the input sequence length to 512 (to control memory usage).gemma_lm.preprocessor.sequence_length = 512# Use AdamW (a common optimizer for transformer models).optimizer = keras.optimizers.AdamW( learning_rate=5e-5, weight_decay=0.01,)# Exclude layernorm and bias terms from decay.optimizer.exclude_from_weight_decay(var_names=["bias", "scale"])
gemma_lm.compile( loss=keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), optimizer=optimizer, weighted_metrics=[keras.metrics.SparseCategoricalAccuracy()],)gemma_lm.fit(data, epochs=1, batch_size=1)
1632/1632 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1390s 832ms/step - loss: 0.1808 - sparse_categorical_accuracy: 0.6240
<keras.src.callbacks.history.History at 0x7c45a0251c30>

微调后的推理

在微调之后,模型的响应会遵循提示中提供的指示。

查询书中提到的与 Rust 相关的知识

您可以提出一些与 Rust 相关的问题或提示,以查看模型如何回应这些查询。
prompt = template.format( question="How can I overload the `+` operator for arithmetic addition in Rust?", answer="",)print(gemma_lm.generate(prompt, max_length=256))
Instruction:
How can I overload the `+` operator for arithmetic addition in Rust?
Response:
You can overload the `+` operator by implementing the `Add` trait for your struct.

注意,本教程在一个小型粗糙数据集上进行微调,仅训练一个轮次 (epoch),并使用较低的 LoRA 秩值。为了从微调后的模型中获得更好的响应,您可以尝试以下方法:

  1. 增加微调数据集的大小
  2. 提高微调数据集的质量 (人工核查)
  3. 训练更多的轮次 (epochs)
  4. 设置更高的 LoRA 秩
  5. 修改超参数值,如 learning_rate 和 weight_decay

总结与下一步

本教程介绍了使用 KerasNLP 对 Gemma 模型进行 LoRA 微调。接下来,可以查看以下文档:

  • 学习如何使用 Gemma 模型生成文本。
  • 学习如何进行分布式微调和推理。
  • 学习如何在 Vertex AI 上使用 Gemma 开放模型。
  • 学习如何使用 KerasNLP 对 Gemma 进行微调并部署到 Vertex AI。
  • 使用 Gemma 模型生成文本
    https://ai.google.dev/gemma/docs/get_started
  • 分布式微调和推理
    https://ai.google.dev/gemma/docs/distributed_tuning
  • 在 Vertex AI 上使用 Gemma 开放模型
    https://cloud.google.com/vertex-ai/docs/generative-ai/open-models/use-gemma
  • 使用 KerasNLP 对 Gemma 进行微调并部署到 Vertex AI
    https://github.com/GoogleCloudPlatform/vertex-ai-samples/blob/main/notebooks/community/model_garden/model_garden_gemma_kerasnlp_to_vertexai.ipynb
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