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ChatGLM2-6B Lora 微调训练医疗问答任务

作者：羊村懒王 | 2024-02-14 20:33:01

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chatglm2-6b lora

一、ChatGLM2-6B Lora 微调

LoRA 微调技术的思想很简单，在原始 PLM (Pre-trained Language Model) 增加一个旁路，一般是在 transformer 层，做一个降维再升维的操作，模型的输入输出维度不变，来模拟 intrinsic rank，如下图的 A 和 B。训练时冻结 PLM 的参数，只训练 A 和 B ，，输出时将旁路输出与 PLM 的参数叠加，进而影响原始模型的效果。该方式，可以大大降低训练的参数量，而性能可以优于其它参数高效微调方法，甚至和全参数微调（Fine-Tuning）持平甚至超过。

对于 A 和 B 参数的初始化，A 使用随机高斯分布，B 使用 0 矩阵，这样在最初时可以保证旁路为一个 0 矩阵，最开始时使用原始模型的能力。

在这里插入图片描述
对于 lora 微调的实现可以使用 HuggingFace 开源的 PEFT 库，地址如下：

https://github.com/huggingface/peft

下载依赖：

pip install peft -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

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使用方式也很简单，例如先查看 ChatGLM2-6B 的模型结构：

from transformers import AutoModel

model_name = "chatglm-6b"
model = AutoModel.from_pretrained(model_name, trust_remote_code=True)
print(model)

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输出结果：

ChatGLMForConditionalGeneration(
  (transformer): ChatGLMModel(
    (embedding): Embedding(
      (word_embeddings): Embedding(65024, 4096)
    )
    (rotary_pos_emb): RotaryEmbedding()
    (encoder): GLMTransformer(
      (layers): ModuleList(
        (0-27): 28 x GLMBlock(
          (input_layernorm): RMSNorm()
          (self_attention): SelfAttention(
            (query_key_value): Linear(in_features=4096, out_features=4608, bias=True)
            (core_attention): CoreAttention(
              (attention_dropout): Dropout(p=0.0, inplace=False)
            )
            (dense): Linear(in_features=4096, out_features=4096, bias=False)
          )
          (post_attention_layernorm): RMSNorm()
          (mlp): MLP(
            (dense_h_to_4h): Linear(in_features=4096, out_features=27392, bias=False)
            (dense_4h_to_h): Linear(in_features=13696, out_features=4096, bias=False)
          )
        )
      )
      (final_layernorm): RMSNorm()
    )
    (output_layer): Linear(in_features=4096, out_features=65024, bias=False)
  )
)

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可以看出 ChatGLM 主要由 28 层的 GLMBlock 进行提取和理解语义特征，下面借助 PEFT 库将 Lora 旁路层注入到模型中，主要关注下 query_key_value 层的变化：

from transformers import AutoTokenizer, AutoModel, AutoConfig
from peft import LoraConfig, get_peft_model, TaskType

model_name = "chatglm-6b"
model = AutoModel.from_pretrained(model_name, trust_remote_code=True)

config = LoraConfig(
    peft_type="LORA",
    task_type=TaskType.CAUSAL_LM,
    inference_mode=False,
    r=8,
    lora_alpha=16,
    lora_dropout=0.1,
    fan_in_fan_out=False,
    bias='lora_only',
    target_modules=["query_key_value"]
)

model = get_peft_model(model, config)
print(model)

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其中 r 就是 lora 中秩的大小。

输出结果：

PeftModelForCausalLM(
  (base_model): LoraModel(
    (model): ChatGLMForConditionalGeneration(
      (transformer): ChatGLMModel(
        (embedding): Embedding(
          (word_embeddings): Embedding(65024, 4096)
        )
        (rotary_pos_emb): RotaryEmbedding()
        (encoder): GLMTransformer(
          (layers): ModuleList(
            (0-27): 28 x GLMBlock(
              (input_layernorm): RMSNorm()
              (self_attention): SelfAttention(
                (query_key_value): Linear(
                  in_features=4096, out_features=4608, bias=True
                  (lora_dropout): ModuleDict(
                    (default): Dropout(p=0.1, inplace=False)
                  )
                  (lora_A): ModuleDict(
                    (default): Linear(in_features=4096, out_features=8, bias=False)
                  )
                  (lora_B): ModuleDict(
                    (default): Linear(in_features=8, out_features=4608, bias=False)
                  )
                  (lora_embedding_A): ParameterDict()
                  (lora_embedding_B): ParameterDict()
                )
                (core_attention): CoreAttention(
                  (attention_dropout): Dropout(p=0.0, inplace=False)
                )
                (dense): Linear(in_features=4096, out_features=4096, bias=False)
              )
              (post_attention_layernorm): RMSNorm()
              (mlp): MLP(
                (dense_h_to_4h): Linear(in_features=4096, out_features=27392, bias=False)
                (dense_4h_to_h): Linear(in_features=13696, out_features=4096, bias=False)
              )
            )
          )
          (final_layernorm): RMSNorm()
        )
        (output_layer): Linear(in_features=4096, out_features=65024, bias=False)
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  )
)

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可以对比下原始的 ChatGLM 模型结构， query_key_value 层中已经被加入下 lora 的 A、B 层，下面可以通过 model.print_trainable_parameters() 打印可训练的参数量：

trainable params: 2,078,720 || all params: 6,245,533,696 || trainable%: 0.03328330453698988

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可以看到可训练的参数量只有 0.03328330453698988 。

下面依然借助前面文章使用的医疗问答数据集，在 ChatGLM2 lora 微调下的效果。

对该数据集不了解的小伙伴可以参考下面这篇文章：

ChatGLM2-6B P-Tuning v2 微调训练医疗问答任务

二、ChatGLM2-6B Lora 微调

解析数据，构建 Dataset 数据集 qa_dataset.py：

# -*- coding: utf-8 -*-
from torch.utils.data import Dataset
import torch
import json
import numpy as np


class QADataset(Dataset):
    def __init__(self, data_path, tokenizer, max_source_length, max_target_length) -> None:
        super().__init__()
        self.tokenizer = tokenizer
        self.max_source_length = max_source_length
        self.max_target_length = max_target_length
        self.max_seq_length = self.max_source_length + self.max_target_length

        self.data = []
        with open(data_path, "r", encoding='utf-8') as f:
            for line in f:
                if not line or line == "":
                    continue
                json_line = json.loads(line)
                content = json_line["content"]
                summary = json_line["summary"]
                self.data.append({
                    "question": content,
                    "answer": summary
                })
        print("data load ， size：", len(self.data))
    def preprocess(self, question, answer):
        prompt = self.tokenizer.build_prompt(question, None)

        a_ids = self.tokenizer.encode(text=prompt, add_special_tokens=True, truncation=True,
                                      max_length=self.max_source_length)

        b_ids = self.tokenizer.encode(text=answer, add_special_tokens=False, truncation=True,
                                      max_length=self.max_target_length)

        context_length = len(a_ids)
        input_ids = a_ids + b_ids + [self.tokenizer.eos_token_id]
        labels = [self.tokenizer.pad_token_id] * context_length + b_ids + [self.tokenizer.eos_token_id]

        pad_len = self.max_seq_length - len(input_ids)
        input_ids = input_ids + [self.tokenizer.pad_token_id] * pad_len
        labels = labels + [self.tokenizer.pad_token_id] * pad_len
        labels = [(l if l != self.tokenizer.pad_token_id else -100) for l in labels]
        return input_ids, labels

    def __getitem__(self, index):
        item_data = self.data[index]

        input_ids, labels = self.preprocess(**item_data)

        return {
            "input_ids": torch.LongTensor(np.array(input_ids)),
            "labels": torch.LongTensor(np.array(labels))
        }

    def __len__(self):
        return len(self.data)


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构造 Lora 结构，微调训练 train_lora.py：

# -*- coding: utf-8 -*-
import pandas as pd
from torch.utils.data import DataLoader
from transformers import AutoTokenizer, AutoModel
from qa_dataset import QADataset
from peft import LoraConfig, get_peft_model, TaskType
from tqdm import tqdm
import torch
import os, time, sys


def train(epoch, model, device, loader, optimizer, gradient_accumulation_steps):
    model.train()
    time1 = time.time()
    for index, data in enumerate(tqdm(loader, file=sys.stdout, desc="Train Epoch: " + str(epoch))):
        input_ids = data['input_ids'].to(device, dtype=torch.long)
        labels = data['labels'].to(device, dtype=torch.long)

        outputs = model(
            input_ids=input_ids,
            labels=labels,
        )
        loss = outputs.loss
        # 反向传播，计算当前梯度
        loss.backward()
        # 梯度累积步数
        if (index % gradient_accumulation_steps == 0 and index != 0) or index == len(loader) - 1:
            # 更新网络参数
            optimizer.step()
            # 清空过往梯度
            optimizer.zero_grad()

        # 100轮打印一次 loss
        if index % 100 == 0 or index == len(loader) - 1:
            time2 = time.time()
            tqdm.write(
                f"{index}, epoch: {epoch} -loss: {str(loss)} ; each step's time spent: {(str(float(time2 - time1) / float(index + 0.0001)))}")


def validate(tokenizer, model, device, loader, max_length):
    model.eval()
    predictions = []
    actuals = []
    with torch.no_grad():
        for _, data in enumerate(tqdm(loader, file=sys.stdout, desc="Validation Data")):
            input_ids = data['input_ids'].to(device, dtype=torch.long)
            labels = data['labels'].to(device, dtype=torch.long)
            generated_ids = model.generate(
                input_ids=input_ids,
                max_length=max_length,
                do_sample=False,
                temperature=0
            )
            preds = [tokenizer.decode(g, skip_special_tokens=True, clean_up_tokenization_spaces=True) for g in
                     generated_ids]
            target = [tokenizer.decode(t, skip_special_tokens=True, clean_up_tokenization_spaces=True) for t in labels]
            predictions.extend(preds)
            actuals.extend(target)
    return predictions, actuals


def main():
    model_name = "chatglm-6b"
    train_json_path = "./data/train.json"
    val_json_path = "./data/val.json"
    max_source_length = 128
    max_target_length = 512
    epochs = 5
    batch_size = 1
    lr = 1e-4
    lora_rank = 8
    lora_alpha = 32
    gradient_accumulation_steps = 16
    model_output_dir = "output"
    # 设备
    device = torch.device("cuda:0")

    # 加载分词器和模型
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name, trust_remote_code=True)
    model = AutoModel.from_pretrained(model_name, trust_remote_code=True)

    # setup peft
    peft_config = LoraConfig(
        task_type=TaskType.CAUSAL_LM,
        inference_mode=False,
        r=lora_rank,
        lora_alpha=lora_alpha,
        lora_dropout=0.1
    )
    model = get_peft_model(model, peft_config)
    model.is_parallelizable = True
    model.model_parallel = True
    model.print_trainable_parameters()
    # 转为半精度
    model = model.half()
    model.float()

    print("Start Load Train Data...")
    train_params = {
        "batch_size": batch_size,
        "shuffle": True,
        "num_workers": 0,
    }
    training_set = QADataset(train_json_path, tokenizer, max_source_length, max_target_length)
    training_loader = DataLoader(training_set, **train_params)
    print("Start Load Validation Data...")
    val_params = {
        "batch_size": batch_size,
        "shuffle": False,
        "num_workers": 0,
    }
    val_set = QADataset(val_json_path, tokenizer, max_source_length, max_target_length)
    val_loader = DataLoader(val_set, **val_params)

    optimizer = torch.optim.AdamW(params=model.parameters(), lr=lr)
    model = model.to(device)
    print("Start Training...")
    for epoch in range(epochs):
        train(epoch, model, device, training_loader, optimizer, gradient_accumulation_steps)
        print("Save Model To ", model_output_dir)
        model.save_pretrained(model_output_dir)
    # 验证
    print("Start Validation...")
    with torch.no_grad():
        predictions, actuals = validate(tokenizer, model, device, val_loader, max_target_length)
        # 验证结果存储
        final_df = pd.DataFrame({"Generated Text": predictions, "Actual Text": actuals})
        val_data_path = os.path.join(model_output_dir, "predictions.csv")
        final_df.to_csv(val_data_path)
        print("Validation Data To ", val_data_path)


if __name__ == '__main__':
    main()


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开始训练：

在这里插入图片描述

等待训练结束后，可以在输出目录看到保存的模型，仅只有 lora 层的参数，所以模型比较小：

在这里插入图片描述

此时可以查看下 predictions.csv 中验证集的效果。

三、模型测试

from transformers import AutoTokenizer, AutoModel, AutoConfig
from peft import PeftConfig, PeftModel, LoraConfig, get_peft_model, TaskType
import torch


def load_lora_config(model):
    config = LoraConfig(
        task_type=TaskType.CAUSAL_LM,
        inference_mode=False,
        r=8,
        lora_alpha=32,
        lora_dropout=0.1,
        target_modules=["query_key_value"]
    )
    return get_peft_model(model, config)

device = torch.device("cuda:0")

model_name = "chatglm-6b"
lora_dir = "output"

model = AutoModel.from_pretrained(model_name, trust_remote_code=True)
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name, trust_remote_code=True)

config = PeftConfig.from_pretrained(lora_dir)
model = PeftModel.from_pretrained(model, lora_dir)

model = model.to(device)
model.eval()

response, history = model.chat(tokenizer, "5月至今上腹靠右隐痛，右背隐痛带酸，便秘，喜睡，时有腹痛，头痛，腰酸症状？", history=[])
print("回答：", response)


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输出：

在这里插入图片描述

回答： 你好，根据你的叙述，考虑是胃炎引来的。建议你平时留意饮食规律，不要吃辛辣刺激性食物，多喝热水，可以口服奥美拉唑肠溶胶囊和阿莫西林胶囊实施救治，如果效果不好，建议去医院做胃镜仔细检查。除了及时救治胃痛外，患者朋友理应始终保持愉快的心态去直面疾病，只有这样才能令得患者及时对症救治，同时要多看重自身饮食护理，多观注自身的症状变动，认为这样一定能将胃痛撵走。

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