大语言模型六种微调方法

作者: 梅西爱骑车 | 来源:发表于2024-02-16 08:25 被阅读0次

语言模型
ULMFiT-用于文本分类的通用语言模型微调
微调模型
BERT 详解（五）
BERT微调模型
LIST: LITE SELF-TRAINING MAKES E
一种解决bert长文本匹配的方法
FINE-TUNING DISTORTS PRETRAINED
GPT Understands, Too
《公众表达力》私房课第二课

在深度学习的应用中，模型微调（fine-tuning）是一个非常重要的过程，它是指在一个预先训练好的模型上针对特定的任务进行参数调整。常见的微调方法有：Adapter Tuning、LORA、Prefix-Tuning、Prompt Tuning、P-tuning、P-tuning v2，文章将分两次介绍这几种微调方法。

一、Adapter Tuning

1.1 原理

设计了Adapter 结构，将其嵌入 Transformer 的结构里面，在训练时，固定住原来预训练模型的参数不变，只对新增的 Adapter 结构进行微调。同时为了保证训练的高效性（也就是尽可能少的引入更多参数），他们将 Adapter 设计为这样的结构：

首先是一个 down-project 层将高维度特征映射到低维特征
然后过一个非线形层之后，再用一个 up-project 结构将低维特征映射回原来的高维特征
同时也设计了 skip-connection 结构，确保了在最差的情况下能够退化为identity（类似残差结构）

1.2 效果

能够在只额外对增加的 3.6% 参数规模（相比原来预训练模型的参数量）的情况下取得和Full-Finetuning 接近的效果（GLUE指标在0.4%以内）。

1.3意义与遗留问题

首次提出针对 BERT 的 PEFT微调方式，拉开了 PEFT 研究的序幕。

遗留问题：增加了模型层数，引入了额外的推理延迟。

二、LORA

2.1 原理

LoRA 允许我们通过优化适应过程中密集层变化的秩分解矩阵，来间接训练神经网络中的一些密集层，同时保持预先训练的权重不变。

在原始 PLM (Pre-trained Language Model) 旁边增加一个旁路，做一个降维再升维的操作，来模拟所谓的intrinsic rank。
训练的时候固定 PLM 的参数，只训练降维矩阵 A 与升维矩阵 B 。而模型的输入输出维度不变，输出时将 BA 与 PLM 的参数叠加。
用随机高斯分布初始化 A ，用 0 矩阵初始化 B ，保证训练的开始此旁路矩阵依然是 0 矩阵。

2.2效果

LORA 相比其它微调方法，增加参数量不会导致性能的下降。

性能上与全参数微调持平甚至超过。

2.3意义与遗留问题

基于大模型的内在低秩特性，增加旁路矩阵来模拟全参数微调，LoRA 将现在的各种大模型通过轻量微调变成各个不同领域的专业模型。

GPT 的本质是对训练数据的有效压缩，从而发现数据内部的逻辑与联系，LoRA 的思想与之有相通之处，原模型虽大，但起核心作用的参数是低秩的，通过增加旁路，达到四两拨千斤的效果。

LORA 已经被 HuggingFace 集成在了 PEFT 代码库里。

三、Prefix-Tuning

3.1原理

与Full-finetuning 更新所有参数的方式不同，该方法是在输入 token 之前构造一段任务相关的 virtual tokens 作为 Prefix，然后训练的时候只更新 Prefix 部分的参数，而 Transformer 中的其他部分参数固定。

同时，为了防止直接更新 Prefix 的参数导致训练不稳定的情况，他们在 Prefix 层前面加了 MLP 结构(相当于将Prefix 分解为更小维度的 Input 与 MLP 的组合后输出的结果)，训练完成后，只保留 Prefix 的参数。

3.2 效果

表明Prefix-tuning能用更少的参数达到较有竞争力的结果。在Low-data阶段（训练样本数较少）， prefix-tuning相比较fine-tuning更有优势。

3.3 意义与遗留问题

遗留问题：难于训练，且预留给 Prompt 的序列挤占了下游任务的输入序列空间，影响模型性能。

Prompt Tuning

原理

Prefix Tuning 的简化版本，只在输入层加入 prompt tokens，并不需要加入 MLP 进行调整来解决难训练的问题，主要在 T5 预训练模型上做实验。

固定预训练参数，为每一个任务额外添加一个或多个 embedding，之后拼接 query 正常输入 LLM，并只训练这些 embedding。左图为单任务全参数微调，右图为 Prompt tuning。

效果

似乎只要预训练模型足够强大，其他的一切都不是问题。作者也做实验说明随着预训练模型参数量的增加，Prompt Tuning的方法会逼近 Fine-tune 的结果。

意义与遗留问题

该方法可以看作是 Prefix Tuning 的简化版本，Prompt 是人为构造的“显式”的提示，并且无法更新参数，而Prefix 则是可以学习的“隐式”的提示。

遗留问题：由人工设计Prompt，自然语言提示本身十分脆弱（如下图所示，选择不同的Prompt对下游任务的性能影响较大），而且从优化角度无法达到最优。

P-tuning

原理

Prefix Tuning 的简化版本，只在输入层加入 prompt tokens，并不需要加入 MLP 进行调整来解决难训练的问题，主要在 T5 预训练模型上做实验。

固定预训练参数，为每一个任务额外添加一个或多个 embedding，之后拼接 query 正常输入 LLM，并只训练这些 embedding。左图为单任务全参数微调，右图为 Prompt tuning。

效果

使用P-tuning，可以让相似代销的GPT2实现比bert模型相当的甚至更好的结果，这个发现颠覆普遍认为的——双向模型比单向模型在NLU任务中表现的更好。
P-tuning给了一种在有限算力下调用大型预训练模型的思路。

意义与遗留问题

遗留问题：Prompt Tuning和P-tuning这两种方法都是在预训练模型参数规模够足够大时，才能达到和Fine-tuning类似的效果，而参数规模较小时效果则很差，且在sequence tagging任务上表现都很差。

P-tuning v2

原理

相比 Prompt Tuning 和 P-tuning 的方法， P-tuning v2 方法在多层加入了 Prompts tokens 作为输入，带来两个方面的好处：带来更多可学习的参数、足够 parameter-efficient，同时加入到更深层结构中的 Prompt 能给模型预测带来更直接的影响。

v1 到 v2 的可视化：蓝色部分为参数冻结，橙色部分为可训练部分。