[论文笔记]Data Mixing Laws: Optimizing Data Mixtures by Predicting Language Modeling Performance 数据混合定律

Data Mixing Laws: Optimizing Data Mixtures by Predicting Language Modeling Performance 数据混合定律:通过预测优化数据混合语言建模性能

https://arxiv.org/pdf/2403.16952

研究的核心在于探索大型语言模型(LLMs)预训练数据的混合比例对模型性能的影响,并提出了一种定量预测模型性能的方法,称之为“数据混合定律”。

我们发现,对于包含M个领域的数据混合,模型性能可以用一个基于比例线性组合的指数函数来描述,即:

研究背景:

大型语言模型的预训练数据通常包含多个领域(如网络文本、学术论文、代码等),这些数据的混合比例对模型的最终性能有着重要影响。现有实践通常依赖于启发式或定性策略来调整混合比例,但缺乏对理想数据混合比例的明确指导。

研究内容与方法:

### SnapMix论文代码配置教程及实现细节 SnapMix是一种用于细粒度数据增强的方法,通过语义比例混合(Semantically Proportional Mixing)生成新的样本并设置软标签[^1]。以下是关于SnapMix论文代码配置和实现细节的详细说明。 #### 1. 环境配置 在开始之前,需要确保安装了必要的依赖库。根据官方提供的代码仓库[^1],以下是一些常见的依赖项: - Python 3.6 或更高版本 - PyTorch 和 torchvision - NumPy - OpenCV 可以通过以下命令安装所需的依赖项: ```bash pip install torch torchvision numpy opencv-python ``` 此外,还需要下载预训练模型和相关数据集。这些资源通常可以在代码仓库的 `README` 文件中找到。 --- #### 2. 数据准备 SnapMix 的核心思想是利用类激活图(CAM, Class Activation Mapping)来估计图像中的显著区域,并基于此进行语义比例混合[^3]。因此,数据准备阶段需要注意以下几点: - 确保数据集已正确分割为训练集和验证集。 - 对于细粒度分类任务,建议使用具有高分辨率的图像数据集,例如 CUB-200-2011 或 Stanford Cars。 --- #### 3. CAM 计算与归一化 CAM 的计算公式如下: \[ CAM(I_i) = \Phi\left(\sum_{l=0}^{d} \omega^l_{y_i}F_l(I_i)\right) \] 其中: - \(\Phi()\): 上采样操作,将结果调整到输入图像的尺寸。 - \(I_i\): 输入图像。 - \(F_l\): 最后一个 Conv 层输出的第 \(l\) 个特征图。 - \(\omega_{y_i}\): 分类权重,即最后的全连接层输出。 具体实现步骤如下: 1. 提取最后一个卷积层的特征图。 2. 使用分类权重对特征图加权求和。 3. 对结果进行上采样,使其与输入图像大小一致。 4. 归一化得到 SPM(Semantic Proportional Map)。 代码示例: ```python import torch import torch.nn.functional as F def compute_cam(features, weights, size): # features: (batch_size, channels, height, width) # weights: (channels, num_classes) batch_size, channels, height, width = features.size() cam = torch.zeros((batch_size, size[0], size[1]), dtype=torch.float32).cuda() for i in range(batch_size): cam[i] = torch.sum(weights[:, :] * features[i], dim=0) cam[i] = F.relu(cam[i]) # Apply ReLU to ensure positive values cam[i] = F.interpolate(cam[i].unsqueeze(0), size=size, mode='bilinear', align_corners=True).squeeze() return cam ``` --- #### 4. 语义比例混合 在获得 CAM 和 SPM 后,可以按照以下步骤进行语义比例混合: 1. 随机选择两张图像 \(I_1\) 和 \(I_2\) 及其对应的标签 \(y_1\) 和 \(y_2\)。 2. 计算两张图像的 CAM 并归一化为 SPM。 3. 根据 SPM 裁剪图像,生成混合区域。 4. 根据混合区域的比例计算新的软标签。 代码示例: ```python import random def snapmix(image1, image2, spm1, spm2, lam): # image1, image2: 输入图像 (H, W, C) # spm1, spm2: Semantic Proportional Maps (H, W) # lam: 混合比例 H, W = image1.shape[:2] ratio = random.uniform(lam - 0.1, lam + 0.1) # 动态调整混合比例 mask = (spm1 > spm2).float() # 根据 SPM 生成掩码 mixed_image = image1 * mask.unsqueeze(-1) + image2 * (1 - mask).unsqueeze(-1) mixed_label = ratio * y1 + (1 - ratio) * y2 # 计算新的软标签 return mixed_image, mixed_label ``` --- #### 5. 模型训练 在完成数据增强后,可以将其集成到模型训练流程中。具体步骤包括: 1. 在每个批次中随机应用 SnapMix 增强。 2. 将生成的新样本及其软标签传递给模型。 3. 使用交叉熵损失或类似损失函数进行优化。 代码示例: ```python criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss() for images, labels in dataloader: if random.random() < 0.5: # 以一定概率应用 SnapMix images, labels = snapmix(images[0], images[1], spm1, spm2, lam=0.5) outputs = model(images) loss = criterion(outputs, labels) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() ``` --- ### 注意事项 - SnapMix 的效果依赖于 CAM 的准确性和 SPM 的合理性。因此,确保网络架构支持 CAM 计算是关键。 - 在实际应用中,可以根据任务需求调整混合比例 \(lam\) 和其他超参数。 ---
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