ChatGLM 微调实战

在之前的文章中，我们已经讲过了 ChatGPT 的三个主要流程：

1. SFT：通过 Instruction Tuning 来微调一个监督学习模型。
2. Reward Model：通过排序序列来训练一个打分模型。
3. Reinforcement Learning：通过强化学习来进一步优化模型。

何枝：【RLHF】想训练ChatGPT？得先弄明白Reward Model怎么训（附源码）388 赞同 · 31 评论文章正在上传…重新上传取消

前两篇文章主要对 RM 和 RL 两部分进行了讲解和实验，

但无数的经验向我们证明 —— 拥有一个好的 SFT 的模型对后两步的训练至关重要。

由于在 RL 训练过程中会加入与 SFT 模型的相似度（KL-Divergence）惩罚，

这意味着 RL 模型的上限很大程度上取决于 SFT 模型。

为此，我们今天来重点讲一讲如何通过 ChatGLM 来微调一个读懂我们指令的模型。

1. GLM Backbone

Paper Link:  arxiv.org/pdf/2103.1036

在讲微调代码之前，我们先来看看 GLM 的基本架构。

我们都知道，目前主流的两种 Backbone：一类是以 BERT 为首的 Encoder 架构（双向注意力），另一种是以 GPT 为首的 Decoder 架构（单向注意力）。

这两种架构各有各的好处，一个更适合做理解，一个更适合做生成。

那么如何将这两种模型做合并，集二者优势于一身，是近年来人们一直在尝试的努力（如：T5、BART等）。

不同于 Encoder-Decoder 的堆叠，GLM 通过一种巧妙的 2D Position Embedding，并通过 Attention MASK 来使得模型在训练时 「既能在部分内容上存在双向注意力」「又能在生成任务中保持单向注意力」。

以下是 GLM 示意图：

GLM Position Embedding 示意图

1. 首先，从原始句子中 Random Sample 出来一些 Span 用于并 [MASK] 掉（该思想源自 BERT），注意：这里是以 Span 维度进行 MASK 的。
2. 将原句子分为两组，PART A 是原句子，只不过句子中被挑选出来的 Span 用 [MASK] 符号代替；PART B 是挑选出来的 Span 集合。
3. 将挑选出来的 MASK Span 集合（PART B）拼接在原句子（PART A）后面，注意：这里是先对 PART B 做乱序后，再拼接到句子后面（目的是为了训练 Position Embedding）。
4. 设计 2D Position：这是我认为比较有趣的设定，位置编码分成了两组。一组用于表征「全局位置」，被挑选出的「MASK SPAN」中的所有 token 的位置索引都等于整个 Span 在原句子中的位置（例如：x5, x6 的索引都是 5）；而另一组用来专门表征 MASK Span 内部 token 的相对位置编码（例如：x5, x6 的索引这两个 token 在 Mask Span 中的相对位置）。
5. 通过设置 Attention MASK，使得 PART A 中的内容是双向可见的，且 PART B 中所有 token 也可以看到 Part A 中的内容；而对于 PART B 中的内容保持单向可见。
6. 通过对 Part B 中的内容做「生成任务」来进行模型迭代。

以上便是我认为 GLM 中最关键的几个点。

2. Finetune GLM

2.1 数据集准备

我们以信息抽取任务为例，将一个信息抽取数据集（DuIE）添加上 Instruction，以此来教会 ChatGLM 根据我们的指令来完成抽取任务。

我们仿照 Alpaca 数据集，将数据结构设为以下形式：

{
    "instruction": "你现在是一个很厉害的阅读理解器，找到句子中的三元组信息并输出成json给我。",
    "input": "九玄珠是在纵横中文网连载的一部小说，作者是龙马。",
    "target": "```json\n[{\"predicate\": \"连载网站\", \"object_type\": \"网站\", \"subject_type\": \"网络小说\", \"object\": \"纵横中文网\", \"subject\": \"九玄珠\"}, {\"predicate\": \"作者\", \"object_type\": \"人物\", \"subject_type\": \"图书作品\", \"object\": \"龙马\", \"subject\": \"九玄珠\"}]\n```"
}

进一步的，我们将 instruction 和 input 字段合并，得到如下数据：

{
    "context": "Instruction: 你现在是一个很厉害的阅读理解器，找到句子中的三元组信息并输出成json给我:。\nInput: 九玄珠是在纵横中文网连载的一部小说，作者是龙马。\nAnswer: ", 
    "target": "```json\n[{\"predicate\": \"连载网站\", \"object_type\": \"网站\", \"subject_type\": \"网络小说\", \"object\": \"纵横中文网\", \"subject\": \"九玄珠\"}, {\"predicate\": \"作者\", \"object_type\": \"人物\", \"subject_type\": \"图书作品\", \"object\": \"龙马\", \"subject\": \"九玄珠\"}]\n```"
}

其中，

• Instruction：存放我们希望模型做的任务的指令
• Input：存放我们喂给模型的任务数据
• Target：存放模型的输出标签

2.2 Label 构建

将数据集解析为训练 label 的代码如下：

def convert_example(
        examples: dict, 
        tokenizer,
        max_source_seq_len: int,
        max_target_seq_len: int,
    ):
    """
    将样本数据转换为Ptuning模型接收的输入数据。
    Args:
        examples (dict): 训练数据样本, e.g. -> {
                                                "text": [
                                                            '{"context": "年基准利率4.35%。从实际看...", "target": "2017年银行贷款基准利率"}',
                                                            ...
                                                ]
                                            }
        max_source_seq_len (int): prompt最大长度
        max_target_seq_len (int): 答案最大长度
    Returns:
        dict (str: np.array) -> tokenized_output = {
                            'input_ids': [[1525, 10, ...], [758, 2345, ...]], 
                            'labels': [[822, 10, ...], [125, 58...]]
                        }
    """
    tokenized_output = {
        'input_ids': [],
        'labels': []
    }
 
    max_seq_length = max_source_seq_len + max_target_seq_len
 
    for example in examples['text']:
        try:
            example = json.loads(example)
            context = example["context"]
            target = example["target"]
 
            prompts_ids = tokenizer.encode(
                text=context,
                add_special_tokens=False
            )
 
            target_ids = tokenizer.encode(
                text=target,
                add_special_tokens=False
            )                    
 
            if len(prompts_ids) >= max_source_seq_len:                                          # source 需要留一个 [gMASK] token 在结尾
                prompts_ids = prompts_ids[:max_source_seq_len - 1]
 
            if len(target_ids) >= max_target_seq_len - 1:                                       # target 需要留一个 <sop> 在开头和一个 <eop> token 在结尾
                target_ids = target_ids[:max_target_seq_len - 2]
 
            input_ids = tokenizer.build_inputs_with_special_tokens(prompts_ids, target_ids)     # source_ids + [gMASK] + <sop> + target_ids + <eop>
            context_length = input_ids.index(tokenizer.bos_token_id)                            # bos 在 target 的第一位
            mask_position = context_length - 1                                                  # [gMASK] 在 source 的最后一位
            labels = [-100] * context_length + input_ids[mask_position + 1:]                    # 从 bos 开始到后面所有的 target 到 eos 都为 label
 
            pad_len = max_seq_length - len(input_ids)
            input_ids = input_ids + [tokenizer.pad_token_id] * pad_len
            labels = labels + [-100] * pad_len
 
            tokenized_output['input_ids'].append(input_ids)
            tokenized_output['labels'].append(labels)
        except:
            print(f'"{example}" -> {traceback.format_exc()}')
            continue
 
    for k, v in tokenized_output.items():
        tokenized_output[k] = np.array(v)
 
    return tokenized_output

其中，

• max_source_seq_len 用于设定模型接收的最大输入长度
• max_target_seq_len 用于设定模型输出的最大长度

2.3 模型训练

ChatGLM 的微调存在 LoRA Finetune 和 P-Tuning 两种微调方式。

P-Tuning V.S. LoRA

这两种方式都可以使得 ChatGLM-6B 的模型能在 32G 的 V100 上进行微调训练。

通过以下两种参数配置即可选择使用 P-Tuning 还是 LoRA：

# LoRA Finetune
python train.py \
    --train_path data/mixed_train_dataset.jsonl \
    --dev_path data/mixed_dev_dataset.jsonl \
    --use_lora True \
    --lora_rank 8 \
    --batch_size 1 \
    --num_train_epochs 2 \
    --save_freq 1000 \
    --learning_rate 3e-5 \
    --logging_steps 100 \
    --max_source_seq_len 400 \
    --max_target_seq_len 300 \
    --save_dir checkpoints/finetune \
    --img_log_dir "log/fintune_log" \
    --img_log_name "ChatGLM Fine-Tune" \
    --device cuda:0
 
 
# P-Tuning
python train.py \
    --train_path data/mixed_train_dataset.jsonl \
    --dev_path data/mixed_dev_dataset.jsonl \
    --use_ptuning True \
    --pre_seq_len 128 \
    --batch_size 1 \
    --num_train_epochs 2 \
    --save_freq 200 \
    --learning_rate 2e-4 \
    --logging_steps 100 \
    --max_source_seq_len 400 \
    --max_target_seq_len 300 \
    --save_dir checkpoints/ptuning \
    --img_log_dir "log/fintune_log" \
    --img_log_name "ChatGLM P-Tuning" \
    --device cuda:0

其中，pre_seq_len 是指在每个层前面添加多少个可学习的前缀 token，该值设置的越大显存占用也会越大。

在我们的实验下，两种方式的效果差异不大：