【NLP】Datawhale-AI夏令营Day6-7打卡：大模型

⭐️ 最近参加了由Datawhale主办、联合科大讯飞、阿里云天池发起的 AI夏令营（第三期），我参与了深度学习实践-NLP（自然语言处理）方向
⭐️ 作为NLP小白，我希望能通过本次夏令营的学习实践，对NLP有初步的了解，学习大模型，动手完成NLP项目内容，同时通过社区交流学习，提升调参优化等能力
⭐️ 今天是打卡的第六天！ ✊✊✊
⭐️ 按照日程安排，8月19日-22日主要学习深度学习方法，完成任务二，同时尝试跑通大模型Topline。
⭐️ 这两天我主要学习大模型，尝试理解深度学习方法Topline的代码，并在此基础上进行调参优化。

【NLP】Datawhale-AI夏令营Day1打卡：文本特征提取
第一天学习了Python 数据分析相关的库（pandas和sklearn），文本特征提取的方法（基于TF-IDF提取和基于BOW提取，以及停用词的用法），划分数据集的方法，以及机器学习的模型，并尝试跑通了机器学习方法baseline。

【NLP】Datawhale-AI夏令营Day2打卡：数据分析
第二天学习了数据探索、数据清洗、特征工程、模型训练与验证部分。

【NLP】Datawhale-AI夏令营Day3打卡：Bert模型
第三天学习了Bert模型（预训练+微调范式），并尝试跑通了深度学习方法baseline。

【NLP】Datawhale-AI夏令营Day4打卡：预训练+微调范式
第四天再次学习了预训练+微调范式，Transformer 和 Attention，并跑通深度学习方法baseline。

【NLP】Datawhale-AI夏令营Day5打卡：预训练模型
第五天继续尝试理解预训练模型相关知识，并跑通深度学习方法Topline。

1. 学习内容

AI夏令营第三期–基于论文摘要的文本分类与关键词抽取挑战赛教程

✅ 大模型的概念

语言本质上是一个错综复杂的人类表达系统，受到语法规则的约束。因此，开发能够理解和精通语言的强大 AI 算法面临着巨大挑战。过去二十年，语言建模方法被广泛用于语言理解和生成，包括统计语言模型和神经语言模型。
近些年，研究人员通过在大规模语料库上预训练 Transformer 模型产生了预训练语言模型（PLMs），并在解决各类 NLP 任务上展现出了强大的能力。并且研究人员发现模型缩放可以带来性能提升，因此他们通过将模型规模增大进一步研究缩放的效果。有趣的是，当参数规模超过一定水平时，这个更大的语言模型实现了显著的性能提升，并出现了小模型中不存在的能力，比如上下文学习。为了区别于 PLM，这类模型被称为大型语言模型（LLMs）。
从 2019 年的谷歌 T5 到 OpenAI GPT 系列，参数量爆炸的大模型不断涌现。可以说，LLMs 的研究在学界和业界都得到了很大的推进，尤其去年 11 月底对话大模型 ChatGPT 的出现更是引起了社会各界的广泛关注。LLMs 的技术进展对整个 AI 社区产生了重要影响，并将彻底改变人们开发和使用 AI 算法的方式。

通常，大型语言模型（LLM）是指包含数千亿（或更多）参数的语言模型，这些参数是在大量文本数据上训练的，例如模型 GPT-3、PaLM、Galactica 和 LLaMA。具体来说，LLM 建立在 Transformer 架构之上，其中多头注意力层堆叠在一个非常深的神经网络中。现有的 LLM 主要采用与小语言模型类似的模型架构（即 Transformer）和预训练目标（即语言建模）。

LLM 在很大程度上扩展了模型大小、预训练数据和总计算量（扩大倍数）。他们可以更好地理解自然语言，并根据给定的上下文（例如 prompt）生成高质量的文本。这种容量改进可以用标度律进行部分地描述，其中性能大致遵循模型大小的大幅增加而增加。然而根据标度律，某些能力（例如，上下文学习）是不可预测的，只有当模型大小超过某个水平时才能观察到。

像chatgpt、claude AI、文心一言、讯飞星火和通义千问一样的，这种模型通过对大量的文本数据进行学习，可以理解和生成人类的自然语言，甚至可以编程、写数学题。

✅ 大模型的原理

大语言模型的语言生成的原理叫做自回归模型，是统计上一种处理时间序列的方法。

例如现在有一个句子：“我早上去了星巴克”，将其拆分为“我”、“早上”、“去了”、“星巴克”这四个词（我们叫做 token）。大语言模型是这样去学习的：第一个单词是，输入到模型中。经过了一个Transformer模块后，它输出希望被训练成第一个字，也就是“我”。在第二个位置，它的输入是“我”，它的输出是“早上”，第三个位置输入是“早上”，输出是“去了”，这样不断地一轮一轮迭代，每个细胞能够根据我现在的这个单词，去预测下一个单词。最后这个模型就能够学到，“我早上去了星巴克”的下一句话应该是“星巴克里的咖啡很好喝”，它认为生成“星巴克里的咖啡很好喝”比“我明天要去乘飞机”这样一句话合理得多。

自回归模型的关键是根据你前面已经出现过的内容，来推测它的下一个字，下一句话应该是怎样生成的，在这样不断的迭代过程中，它就能学会如何去生成一句话、一个段落，以及一篇文章。

总的来说，LLM可以理解为大规模的语言模型。从历史的角度来看，前面说的BERT和GPT并没有达到足够大的规模。直到GPT-2、GPT-3出现了，它们才达到了较大的量级。大家发现语言模型爆炸式增长，从一个细胞长成一个脑子，这种程度上的增长才带来了LLMs。所以我们一般理解LLMs，语言模型规模大到了至少到GPT-1或2阶段，它的参数量能够突破1亿或者10亿阶段才能称之为大模型。

✅ 大模型的训练步骤

OpenAI 开发 ChatGPT 的三个主要步骤：大尺寸预训练+指令微调+RLHF

1️⃣ 大尺寸预训练： 在这个阶段，模型在大规模的文本数据集上进行预训练。这是一个非监督学习的过程，模型需要预测在给定的文本序列中下一个词是什么。预训练的目标是让模型学会理解和生成人类语言的基本模式。

2️⃣ 指令微调： 在预训练之后，模型会在一个更小但专门针对特定任务的数据集上进行微调。这个数据集通常由人工生成，包含了模型需要学会的任务的特定指令。例如，如果我们想要让模型学会如何进行数学计算，我们就需要提供一些包含数学问题和对应解答的数据。

3️⃣ RLHF（Reinforcement Learning from Human Feedback，人类反馈强化学习）：这是一个强化学习过程，模型会根据人类提供的反馈进行学习和优化。首先，我们会收集一些模型的预测结果，并让人类评估这些结果的好坏。然后，我们会使用这些评估结果作为奖励，训练模型优化其预测性能。通过这种方式，模型可以学会生成更符合人类期望的结果。

通过这三个步骤，模型能够在理解和生成人类语言的基础上，更好地完成特定任务，更好地符合人类的期望。

✅ Prompt

Prompt顾名思义表示「提示」，比如在高中时代，英语考试中的完形填空，有 4 个提示选项，我们只需要在 4 个里面选择合适的一个作为答案即可。在大语言模型中，提示模型输出我们想要的答案，这里就需要Prompt。

✅ 大模型微调的概念

将预训练好的语言模型（LM）在下游任务上进行微调已成为处理 NLP 任务的一种范式。与使用开箱即用的预训练 LLM (例如：零样本推理) 相比，在下游数据集上微调这些预训练 LLM 会带来巨大的性能提升。

但是，随着模型变得越来越大，在消费级硬件上对模型进行全部参数的微调（full fine-tuning）变得不可行。此外，为每个下游任务独立存储和部署微调模型变得非常昂贵，因为微调模型（调整模型的所有参数）与原始预训练模型的大小相同。

因此，近年来研究者们提出了各种各样的参数高效迁移学习方法（Parameter-efficient Transfer Learning），即固定住Pretrain Language model（PLM）的大部分参数，仅调整模型的一小部分参数来达到与全部参数的微调接近的效果（调整的可以是模型自有的参数，也可以是额外加入的一些参数）。

目前所称的大语言模型，一般指指令微调大模型，即经过预训练——指令微调——人类反馈强化学习全过程训练的大模型，对人类指令具备较强的理解和执行能力，而不是进行简单的文本生成。例如，当你询问“中国的首都是什么？”时，你的指令即你的问题，通用模型将会简单地对你的问题进行最大概率预测地生成，例如回答“中国的首都是什么？这是一个人尽皆知的问题…”而指令微调大模型会理解你的指令，知道你想要模型对你的问题给出答案，从而回答“北京”。ChatGPT 与 GPT-3 就是鲜明的例子。GPT-3 是通用大模型，因此对你的输入只能进行最大概率预测地输出；而 ChatGPT 是指令微调大模型，可以理解并执行你的指令，例如帮助你写代码，帮助你判断问题等。

正如其名，指令微调大模型与通用大模型最大的区别在于进行了指令微调，即训练模型理解并执行指令的能力。指令微调一般会给模型特定的指令及执行指令后的输出，要求模型学习遵循指令的能力。这里的指令可以有很多种类型，包括回答问题、续写、创作等。具体而言，指令微调时通常有两个输入，一个是你要求模型执行的指令，另一个是执行该指令所必须的输入。例如，当你要求模型执行指令“续写我的话”，那么你还需要输入该指令中指代的话，例如“今天天气很好，我们去”。而指令微调的输出一般是模型执行该指令后的输出，例如对于上述示例，输出应该为“郊游吧”。

本任务中，我们所要对大模型进行的即是指令微调。通过训练模型在特定指令（在本任务中，即要求其判断文献是否医学领域文献）下的指令执行能力，来使用大模型完成本任务。我们也需要按照指令微调的格式进行数据集的建立。使用 LoRA 进行指令微调时，数据集一般有三个元素：instruction，input，output。instruction 即指令，即上文中我们所提到的第一个输入——要求模型执行的指令。input 即上文中我们提到的第二个输入——执行该指令所必须的输入。output 即指令微调的输出。

• instruction：指令，Please judge whether it is a medical field paper according to the given paper title and abstract, output 1 or 0, the following is the paper title and abstract -->
• “–>”:加上一个箭头就是让大模型明白，下次再遇到这种问题，就是我们想让大模型进行二分类任务。
• input：prompt。对于这个任务来说那就是 title+abstract+author 拼接成的字符串了。
• output：response，即大模型的回答，0 or 1。
  如果是对于任务二的关键词生成，那么我们应该将指令修改为要求模型根据给定文献的标题、摘要生成关键词，输入不变，输出更改为文献的关键词：
• instruction：指令，Please extract keywords from the given paper title and abstract in the text below, separated by commas -->
• “–>”:加上一个箭头就是让大模型明白，下次再遇到这种问题，就是我们想让大模型进行关键词抽取任务。
• input：prompt。对于这个任务来说那就是 title+abstract+author 拼接成的字符串了。
• output：response，即大模型的回答，具体抽取出的关键词。

2. 实践项目

同之前博客介绍的，仍然是任务一，文本分类任务。

【NLP】Datawhale-AI夏令营Day3打卡：Bert模型

3. 实践代码

完整Topline源码获取可以联系Datawhale官方或者群内助教

4. 遇到的问题和解决方法

问题1：导入peft失败
直接conda安装peft时遇到报错：

Solving environment: unsuccessful initial attempt using frozen solve. Retrying with flexible solve. 
PackagesNotFoundError: The following packages are not available from current channels: 
 -- peft 

解决1：
从http://gitclone.com镜像安装peft

pip install git+https://gitclone.com/github.com/huggingface/peft.git -i https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple --trusted-host=pypi.mirrors.ustc.edu.cn

问题2：导入transformers_modules失败

ModuleNotFoundError: No module named 'transformers_modules'

后面发现是前面的微调出了问题。

5. 实践成绩

8.22 Roberta-base模型Topline返回分数：0.98619（损失函数为二元交叉熵(BCE)）

8.20 Roberta-base模型Topline返回分数：1（损失函数为交叉熵(CE)）

8.19凌晨 bert模型Baseline返回分数：0.89562（batch_size=1, epochs = 10）

8.19 bert模型Baselin返回分数：0.99452 （batch_size=8, epochs = 10）