【LLM模型篇】LLaMA2 | Vicuna | EcomGPT等

一、LLM模型

chatglm2模型

ChatGLM2-6B 训练参数解释
ChatGLM-6B 的部署与微调以及过程中涉及知识总结(7.26更新)
ChatGLM P-Tuning v2 避坑指南

小样本（100条）微调，建议 num_train_epochs（最大迭代轮数） =20 才能稳定拟合任务要求
ps：百度文心千帆平台微调建议，100条数据时, Epoch为15，1000条数据时, Epoch为10，10000条数据时, Epoch为2。

chatglm130b模型

不同于 BERT、GPT-3 以及 T5 的架构，是一个包含多目标函数的自回归预训练模型。该模型有一些独特的优势：

双语：同时支持中文和英文。

高精度（英文）：在公开的英文自然语言榜单 LAMBADA、MMLU 和 Big-bench-lite 上优于 GPT-3 175B（API: davinci，基座模型）、OPT-175B 和 BLOOM-176B。

高精度（中文）：在 7 个零样本 CLUE 数据集和 5 个零样本 FewCLUE 数据集上明显优于 ERNIE TITAN 3.0 260B 和 YUAN 1.0-245B。

快速推理：首个实现 INT4 量化的千亿模型，支持用一台 4 卡 3090 或 8 卡 2080Ti 服务器进行快速且基本无损推理。

可复现性：所有结果（超过 30 个任务）均可通过我们的开源代码和模型参数复现。

跨平台：支持在国产的海光 DCU、华为昇腾 910 和申威处理器及美国的英伟达芯片上进行训练与推理。

Vicuna模型

Vicuna开源代码地址：https://github.com/lm-sys/FastChat

Vicuna在线demo地址：https://chat.lmsys.org/

LLaMA2模型

LLaMA2的开源地址：https://github.com/facebookresearch/llama/blob/main/MODEL_CARD.md
LLaMA2的下载地址：https://ai.meta.com/resources/models-and-libraries/llama-downloads/
LLaMA2的官方博客地址：https://ai.meta.com/resources/models-and-libraries/llama/

• Llama-2-Chat：三个版本，7B，13B，70B
  • input：text only
  • ouput：text only
  • 同样是基于transformer架构的自回归模型，使用SFT（supervised fine-tuning）和RLHF（human feedback）
• 70B版本推理：Grouped-Query Attention (GQA) 来优化
• 训练数据：截止到2022年9月的数据，一些微调数据是2023年7月前的

1. 训练细节

• transformer architecture (Vaswani et al., 2017),
• 使用RMSNorm(Root Mean Square Layer Normalization)方法对transformer每层的输入进行归约(norm)操作，代替了transformer之前对输出进行归约(norm)：apply pre-normalization using RMSNorm (Zhang and Sennrich, 2019),
• SwiGLU激活函数：use the SwiGLU activation function (Shazeer, 2020),
• 旋转位置编码：rotary positional embeddings(RoPE, Su et al. 2022).
• 上下文长度和分组查询注意力(GQA)：The primary architectural differences from Llama 1 include increased context length and grouped-query attention (GQA).

训练65B参数的模型，使用了2048块80G显存大小的A100卡，处理对应380 tokens/sec/GPU，1.4T个token训练了有21天。训练loss如下：

参数设置：

• 使用AdamW优化器，对应超参beta1=0.9, beta2=0.95; 使用cosine学习率调度，最终学习率是最大学习率的10%；weight decay为0.1， gradient clipping为0.1。
• 训练使用前2000个step进行warmup

2. Evaluation Results

Llama 1 and Llama 2评测结果：

Model	Size	Code	Commonsense Reasoning	World Knowledge	Reading Comprehension	Math	MMLU	BBH	AGI Eval
Llama 1	7B	14.1	60.8	46.2	58.5	6.95	35.1	30.3	23.9
Llama 1	13B	18.9	66.1	52.6	62.3	10.9	46.9	37.0	33.9
Llama 1	33B	26.0	70.0	58.4	67.6	21.4	57.8	39.8	41.7
Llama 1	65B	30.7	70.7	60.5	68.6	30.8	63.4	43.5	47.6
Llama 2	7B	16.8	63.9	48.9	61.3	14.6	45.3	32.6	29.3
Llama 2	13B	24.5	66.9	55.4	65.8	28.7	54.8	39.4	39.1
Llama 2	70B	37.5	71.9	63.6	69.4	35.2	68.9	51.2	54.2

3. 更多参考

[1] Llama 2 官方公告：https://ai.meta.com/llama/

[2] Llama 2 官方论文：https://huggingface.co/papers/2307.09288

[3] “GQA: Training Generalized Multi-Query Transformer Models from Multi-Head Checkpoints” by Google Research：https://arxiv.org/pdf/2305.13245.pdf

[4] “Llama 2: an incredible open LLM” by Nathan Lambert: https://www.interconnects.ai/p/llama-2-from-meta

[5] Llama 2 models: https://huggingface.co/meta-llama

[6] Text generation web UI github: https://github.com/oobabooga/text-generation-webu

alpaca模型

standford-alpaca微调记录

bloomz模型

如560m模型：https://huggingface.co/bigscience/bloomz-560m

百川大模型

• Baichuan 2：百川智能推出的新一代开源大语言模型，采用 2.6 万亿 Tokens 的高质量语料训练，包含有 7B、13B 的 Base 和 Chat 版本，并提供了 Chat 版本的 4bits 量化
• 链接：https://github.com/baichuan-inc/Baichuan2

注意：从0写个gpt简易版可以参考——极简PicoGPT
https://github.com/jaymody/picoGPT/tree/29e78cc52b58ed2c1c483ffea2eb46ff6bdec785
介绍：60行代码就能构建GPT！网友：比之前的教程都要清晰｜附代码

其他大模型和peft高效参数微调

参考之前的：【LLM大模型】指令微调、peft高效参数微调

二、行业垂直领域大模型

度小满的轩辕2.0模型微调

1. 模型介绍

• 基于bloom-176B架构，训练了一个中文金融大模型，提出【混合微调】缓解catastrophic forgetting问题。模型使用使用的是ALiBi的位置编码，以及embedding LayerNorm，基于传统的transformer decoder架构
• 训练数据用于/包括：
  • 一般领域的预训练；
  • 金融指令（微调）；
  • 金融领域预训练；
  • 一般领域指令；
  • 。。。
  • 金融指令（微调）。。。
  • 就是反复搞个随机的任务序列，让大模型不敢或忘历史

2. 混合微调

MedicalGPT：医疗大模型

MedicalGPT项目：https://github.com/shibing624/MedicalGPT/tree/main

基于ChatGPT Training Pipeline，本项目实现了领域模型–医疗行业语言大模型的训练：

• 第一阶段：PT(Continue PreTraining)增量预训练，在海量领域文档数据上二次预训练GPT模型，以注入领域知识（可选）
• 第二阶段：SFT(Supervised Fine-tuning)有监督微调，构造指令微调数据集，在预训练模型基础上做指令精调，以对齐指令意图
• 第三阶段
  • RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback)基于人类反馈对语言模型进行强化学习，分为两步：
    • RM(Reward Model)奖励模型建模，构造人类偏好排序数据集，训练奖励模型，用来建模人类偏好，主要是"HHH"原则，具体是"helpful, honest, harmless"。项目中用的奖励模型是OpenAssistant/reward-model-deberta-v3-large-v2
    • RL(Reinforcement Learning)强化学习，用奖励模型来训练SFT模型，生成模型使用奖励或惩罚来更新其策略，以便生成更高质量、更符合人类偏好的文本
  • DPO(Direct Preference Optimization)直接偏好优化方法，DPO通过直接优化语言模型来实现对其行为的精确控制，而无需使用复杂的强化学习，也可以有效学习到人类偏好，DPO相较于RLHF更容易实现且易于训练，效果更好

medicalGPT更新的训练策略：

ChatLaw：法律大模型

项目：https://github.com/PKU-YuanGroup/ChatLaw

• 将query提取为keyword，然后将keyword和query分别embedding后，两者拼接的结果去向量数据库中求topk找上下文。
• base model：姜子牙-13B、Anima-33B，使用大量领域文本构建对话数据、也使用大量考题作为sft数据。

TransGPT：交通大模型

https://github.com/DUOMO/TransGPT

pt训练代码：采用了MedicalGPT提供的pretraining.py代码。
sft训练代码：采用了MedicalGPT提供的supervised_finetuning.py代码。

​EcomGPT：电商领域大模型

解决问题：解决电商场景任务（如品牌识别，评价解析，广告文案生成等）
论文链接：https://arxiv.org/abs/2308.06966
GitHub链接：https://github.com/Alibaba-NLP/EcomGPT

1. sft数据

• 从学术论文或竞赛平台等开放数据源收集了共65个各种电商任务数据集，包括命名实体识别、评论问答、商品类目预测、多轮对话等传统的自然语言处理任务。这些开源数据集的任务都是由领域专家设计，然后由受过培训的人工标注，数据质量很高。
• 电商领域的商品item虽然变化很快，但是电商数据类型相对稳定，包括产品信息、用户对话、用户评论和搜索查询等，所以EcomGPT对基础数据构建大量原子任务（如实体片段识别、实体分类等），即任务链任务（Chain of tasks）。原子任务的标注答案尽可能从公开任务原始的标注构造，以保证准确性。实在无法构造的，借助ChatGPT帮助生成。

2. 模型微调

• 多任务的指令微调
• 将特定数据集的任务指令与数据样本结合起来，构造了大规模的指令调优数据，然后基于这个指令数据集采用标准的因果语言模型（Causal Language Model）的训练范式训练。指令包含三个部分：任务描述、任务指令、输入句子。任务描述给出任务名称，任务指令描述具体的任务需求，输入句子则是具体需要分析的句子。

3. 评测数据集和评测结果

• 在12个训练时没见过的数据集中进行测试，使用Rouge指标，对于分类、实体识别等任务也使用F1指标。

• 分析：微调后的模型能够理解电商任务

• 从下图中看到，数据越多样化（每个任务的训练数据越多），模型效果越好（ROUGE-L指标越高）。

封神榜大模型

系列名称	需求	适用任务	参数规模	备注
姜子牙	通用	通用大模型	>70亿参数	通用大模型“姜子牙”系列，具备翻译，编程，文本分类，信息抽取，摘要，文案生成，常识问答和数学计算等能力
太乙	特定	多模态	8千万-10亿参数	应用于跨模态场景，包括文本图像生成，蛋白质结构预测, 语音-文本表示等
二郎神	通用	语言理解	9千万-39亿参数	处理理解任务，拥有开源时最大的中文bert模型，2021登顶FewCLUE和ZeroCLUE
闻仲	通用	语言生成	1亿-35亿参数	专注于生成任务，提供了多个不同参数量的生成模型，例如GPT2等
燃灯	通用	语言转换	7千万-50亿参数	处理各种从源文本转换到目标文本类型的任务，例如机器翻译，文本摘要等
余元	特定	领域	1亿-35亿参数	应用于领域，如医疗，金融，法律，编程等。拥有目前最大的开源GPT2医疗模型

llama变体

中文BiLLa: A Bilingual LLaMA with Enhanced Reasoning Ability，参考

• 第一阶段：扩充中文词表，使用中文预训练语料Wudao、英文预训练语料PILE、翻译语料WMT的中英数据进行二次预训练。
• 第二阶段：训练数据在第一阶段基础上增加任务型数据，训练过程中两部分数据保持1:1的比例混合。任务型数据均为NLP各任务的主流开源数据，包含有数学解题、阅读理解、开放域问答、摘要、代码生成等，利用ChatGPT API为数据标签生成解析，用于训练提升模型对任务求解逻辑的理解。
• 第三阶段：保留第二阶段任务型数据，并转化为对话格式，增加其他指令数据（如Dolly 2.0、Alpaca GPT4、COIG等），进行对齐阶段的微调。

三、LLM模型微调

1. fine-tuning的必要性

参考reference7的某乎中北邮老师的回答：

• 从头训练新模型不一定优于微调旧模型。考虑到计算资源消耗、训练数据清洗和策划、训练过程的细节控制等因素，微调旧模型到特定领域可能是更经济高效的选择。
• 新旧模型组合可能最佳，既微调旧模型获取特定领域知识，又保留新模型的通用建模能力，组合使用可以获得更好的效果。结合优化的专家混合路由策略，新旧模型组合可能达到 1+1>2 的效果。

首先要考虑的问题，是究竟该不该做fine-tune，可以从这几个角度理解：
1、大量fine-tuning的案例证实，由于LLM本身已经学到了大量知识，轻易fine-tuning反而可能破坏其原有知识结构，导致效果下降。

2、fine-tuning后模型很容易过拟合特定任务，丧失原有的快速拟合新任务的能力。

3、fine-tuning还可能导致隐私泄露，由于fine-tuning依赖特定领域的数据集，可能暴露数据集中包含的敏感信息。

4、fine-tuning也要消耗大量时间和算力资源，而结果并不一定明显优于原模型。

5、fine-tuning难以迁移复用，每次fine-tuned仅适用于一个特定任务，无法像原模型那样泛化应用。

6、充分利用原有模型的基础上，引入先验知识，可能是更有效的方案。与fine-tuning相比,在prompt中显式融入先验知识，可以更简单直观而有效地引导模型。

7、fine-tuning后的模型输出，也会受到特定领域数据的潜在影响产生漂移，失去原有的一致性。

2. 大模型fine-tune如何避免过拟合

如果确实要做fine-tuning，为避免过拟合需要注意以下几个方面：
1、加大训练数据规模，反而可能导致过拟合。因为LLM本身已经拟合了大量文本数据分布，给它更多相似数据，可能不会提供很多有用的新信息，反而可能导致对训练数据的记忆效应。

2、简化模型结构，反而可能降低过拟合。一般认为复杂的模型容易过拟合，但对LLM而言，简化结构反而会降低其对任务的建模能力，从而减少过拟合风险。

3、提前停止训练（早停）可能会适得其反。LLM仍在不断学习新知识，过早停止反而阻碍了对新任务的适应，适当延长训练有助于增强泛化能力。

4、使用更小的学习率或许有助于防止过拟合，由于LLM已经预训练了大量的知识，所以在fine-tune时使用更小的学习率可能更为合适，还可以避免模型在fine-tune过程中忘记其原始的知识。

5、在实际应用中，应该prompt设计优化（提示工程）和模型优化配合使用，而不是单纯调参。LLM过拟合主要是对surface特征的模仿，而非真正理解语义。优化prompt可以让模型学习更抽象的表示。

6、多任务训练不一定有利于预防过拟合。不同任务间存在潜空间的迁移，单任务效果的提升可能依然过拟合特定数据集，需要更抽象的任务设计。

7、评估过程也可能过拟合，所以需要更多样化的测试用例，避免只针对某些特定情况进行有偏的评估。

8、可以尝试微调Transformer的部分head，而非整个multi-head，来局部微调模型。

9、可以考虑集成学习或专家混合，训练多份微调模型然后结果层叠或优化路由，也能有效降低最终模型总体过拟合风险。

3. 如何防止知识灾难性遗忘

• DeepMind的贝叶斯方法：Functional Regularisation for Continual Learning with Gaussian Processes
  • 论文链接：https://arxiv.org/abs/1901.11356
• 局部网络共享的增量方法：Incremental Learning in Deep Convolutional Neural Networks Using Partial Network Sharing
  • 论文链接： https://arxiv.org/abs/1712.02719
• 纤维丛理论：Realizing Continual Learning through Modeling a Learning System as a Fiber Bundle
  • 论文链接：https://arxiv.org/abs/1903.03511

4. fine-tune的目的和场景

• 垂直领域（如英文类微调到中文）：可以用无监督的继续预训练，构造带标注的指令微调数据（多场景、不同任务的数据，指令的描述形式也应该多样化，同时为了防止知识遗忘，需要引入通用领域预料）
  • BloomBerg尽量让通用语料与金融语料达到1:1的混合比例
  • 度小满将数据按照是否通用、是否带标注的指令数据等特性切分成块，包括通用无监督语料、金融无监督语料、通用标注指令语料、金融标注指令语料。然后将这些语料块打散随机组成训练的batch。
• 下游任务场景：
  • faq对话类任务：知识库的具体内容问答，在6b、7b模型很难微调，如果模型较小，更适合结合langchain、autogpt等方式，将本地知识库的访问工具化，让模型不直接回答，而是做用户意图理解、知识检索与整合等
  • 文本分类、抽取、摘要等传统nlp任务： 一般来说不需要太多数据，甚至不需要微调，直接在prompt加入一些样例，用few-shot激发大模型的in-context learning能力。但由于大模型的输入context长度通常有限制，而样例涉及的上下文通常也比较长，所以很多时候还是要做微调（微调方法借鉴第二大点）

5. LLM微调的相关参数

以firefly模型全参微调为例：
进行全量参数微调：

deepspeed --num_gpus={
    
    num_gpus} train.py --train_args_file train_args/sft.json

train_args/sft.json中的主要参数说明如下，以下参数可以根据需求进行修改，其他参数建议不做修改：

• output_dir：训练输出目录，存储checkpoint、tokenizer、tensorboard等
• model_name_or_path：预训练模型的本地目录，或者在huggingface上的模型名称。
• train_file：训练数据集路径。可以使用data/dummy_data.jsonl进行debug。
• num_train_epochs：训练的轮次。
• per_device_train_batch_size：每张显卡的batch size。
• gradient_accumulation_steps：梯度累计步数。global batch=num_gpus * per_device_train_batch_size * gradient_accumulation_steps。
• gradient_checkpointing：如果显存捉襟见肘，可以开启。以时间换空间，模型不缓存激活状态，会进行两次forward计算，以节省显存。
• learning_rate：学习率。全量参数微调的时候，建议小一些，1e-5或5e-6。
• max_seq_length：训练时的最大长度。按照自己的设备进行设置，越长需要占用越多显存。
• logging_steps：每隔多少步统计一次train loss。
• save_steps：每隔多少步保存一个模型。
• save_total_limit：output_dir目录中最多保存多少个checkpoint，超出则会将最旧的删除。
• lr_scheduler_type：学习率变化策略。
• warmup_steps：warm up步数。学习率经过多少步，增长到指定的数值。
• optim：优化器。如果是全量参数微调，建议使用adamw_hf。
• seed：随机种子，用于复现实验结果。
• fp16：使用使用fp16混合精度。V100建议开启。
• bf16：使用使用fp16混合精度。A100建议开启。
• weight_decay：AdamW优化器的weight_decay
• warmup_steps: 用于从 0 到 learning_rate 的线性 warmup 的步数。

6. 关于全参微调还是peft

7. LLM模型的解码策略

在封神榜的姜子牙写作模型（https://huggingface.co/IDEA-CCNL/Ziya-Writing-LLaMa-13B-v1）中，建议的解码参数如下：

• temperature：0.85，温度系数越大则文本越多样化
• do_sample：是否使用采样方法，如果为True则使用采样方法，如果为False则使用Greedy Search，后者是生成模型会选择每一步最有可能的标记作为生成的下一个标记，而不考虑其他可能的选择，可能会导致生成重复词语等，缺乏多样性
• top_p：用于采样的一个概率阈值。在采样过程中，会筛选掉累计概率超过 top_p 的标记，比如0.1 意味着模型解码器只考虑从前 10% 的概率的候选集中取tokens
• repetition_penalty：一个惩罚系数，用于抑制重复生成相同标记的倾向。较高的惩罚系数将更强烈地抑制重复
• eos_token_id：表示终止生成的特殊标记的ID。当生成的文本中出现这个标记时，生成过程会停止。
• bos_token_id：表示生成文本起始的特殊标记的ID。
• pad_token_id：表示填充标记的特殊标记的ID。

from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM
import torch
device = torch.device("cuda")
query="帮我写一份去西安的旅游计划"
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained("IDEA-CCNL/Ziya-Writing-LLaMa-13B-v1", torch_dtype=torch.float16, device_map="auto")
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("IDEA-CCNL/Ziya-Writing-LLaMa-13B-v1", use_fast=False)
inputs = ': ' + query.strip() + '\n:'
# 对输入进行分词和编码
input_ids = tokenizer(inputs, return_tensors="pt").input_ids.to(device)
generate_ids = model.generate(
            input_ids,
            max_new_tokens=2048,
            do_sample = True,
            top_p = 0.85,
            temperature = 0.85,
            repetition_penalty=1.,
            eos_token_id=2,
            bos_token_id=1,
            pad_token_id=0)
# 对生成文本进行解码
output = tokenizer.batch_decode(generate_ids)[0]
print(output)

Reference

[1] 论文：Instruction Tuning for Large Language Models: A Survey
[2] 地址：https://arxiv.org/pdf/2308.10792.pdf
[3] 论文链接：https://arxiv.org/abs/2308.06966
[4] GitHub链接：https://github.com/Alibaba-NLP/EcomGPT
[5] Llama 2：最强开源大模型简单体验及原理分析
[6] 人大综述：https://github.com/RUCAIBox/LLMSurvey
[7] 在大模型下，对于垂直领域 有必要从头训练一个大模型吗，微调方式可以替代训练大模型方式吗？
[8] LLM大模型的fine-tune如何避免过拟合？
[9] https://github.com/RonaldJEN/FinanceChatGLM/
[10] 国产大模型智谱 AI 详解千亿基座问答模型 GLM-130B。准确性指标与 GPT-3 相当
[11] 【报告】从GLM-130B到ChatGLM：大模型预训练与微调
[12] 姜子牙大模型系列 | 写作模型ziya-writing开源！开箱即用，快来认领专属你的写作小助手吧
[13] https://github.com/horseee/Awesome-Efficient-LLM#survey
[14] https://kg-nlp.github.io/Algorithm-Project-Manual/
[15] https://github.com/hiyouga/LLaMA-Efficient-Tuning/