Federated Fine-tuning of Large Language Models under Heterogeneous Language Tasks and Client

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本文介绍了FlexLoRA,一种用于解决大型语言模型(LLM)在异构资源和任务下联合微调的挑战的方法。通过动态调整局部LoRA等级,FlexLoRA缓解了传统联合学习中的‘桶效应’,并在多个NLP任务上实现了性能提升。该方法利用奇异值分解优化客户端资源,为LLM提供了隐私保护的联邦调整路径。

本文是LLM系列文章,针对《Federated Fine-tuning of Large Language Models under Heterogeneous Language Tasks and Client Resources》的翻译。

异构语言任务和客户端资源下大型语言模型的联合微调

摘要

联合学习(FL)最近被应用于大型语言模型(LLM)的参数有效微调。尽管前景广阔,但由于客户端的异构资源和数据分布,它带来了重大挑战。本研究引入了FlexLoRA,这是一种简单而有效的LLM微调聚合方案,通过将资源充足的客户与资源最少的参与者的能力联系起来,缓解了传统FL中的“桶效应”,即限制了他们的潜力。FlexLoRA允许动态调整当地的LoRA等级,促进开发一个充满更广泛、更少特定任务知识的全球模型。通过从单个客户贡献中合成全尺寸的LoRA权重,并采用奇异值分解(SVD)进行权重再分配,FlexLoRA充分利用了异构客户资源。我们的实验涉及1600多个执行不同NLP任务的客户,验证了FlexLoRA的有效性,联合全局模型在下游NLP任务性能方面实现了3.1%的平均改进。FlexLoRA与现有的基于LoRA的FL方法和理论分析的无缝集成进一步强调了其实用性,为LLM提供了一条可扩展、保护隐私的联邦调整之路。

1 引言

2 相关工作

3 方法

4 实验

5 结论

在这项工作中,我们提出了一种简单而有效的方法FlexLoRA,以解决LLM联合微调过程

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### 联邦学习中的大型语言模型微调方法与最佳实践 #### 微调方法概述 在联邦学习环境中,对于大型预训练语言模型(LLM)的高效微调至关重要。研究指出,在分布式环境下保持模型性能的同时减少通信开销是一个重要挑战[^1]。 #### 数据分布差异处理 由于不同客户端的数据分布可能存在显著差异,采用个性化策略来调整本地更新可以有效缓解这一问题。具体而言,引入自适应权重分配机制能够使服务器端聚合过程更加灵活,从而提升整体泛化能力。 #### 隐私保护措施 为了确保用户数据隐私不被泄露,应用差分隐私技术成为一种常见做法。通过向梯度中加入噪声扰动,可以在一定程度上防止敏感信息暴露给其他参与者或中心节点。 #### 性能优化建议 考虑到成本和效率之间的权衡,在实际部署过程中应当谨慎评估快照保存频率及其影响。虽然定期创建模型状态备份有助于恢复失败任务并保障服务连续性,但这也会带来额外存储消耗以及潜在延迟增加的风险[^2]。 ```python import torch from transformers import BertForSequenceClassification, Trainer, TrainingArguments def federated_fine_tune(model_name='bert-base-uncased', num_epochs=3): model = BertForSequenceClassification.from_pretrained(model_name) training_args = TrainingArguments( output_dir='./results', per_device_train_batch_size=8, evaluation_strategy="epoch", logging_dir='./logs', save_total_limit=2 # Limit number of checkpoints to prevent excessive storage usage ) trainer = Trainer( model=model, args=training_args, train_dataset=None, # Placeholder for actual dataset loading logic eval_dataset=None # Placeholder for actual dataset loading logic ) for epoch in range(num_epochs): clients_updates = [] # Simulate client-side updates with differential privacy applied for client_data in get_client_datasets(): local_model = copy.deepcopy(model) optimizer = AdamW(local_model.parameters(), lr=5e-5) noise_scale = calculate_noise_scale() # Function implementing DP mechanism apply_differential_privacy(optimizer, noise_scale) updated_params = perform_local_training(client_data, local_model, optimizer) clients_updates.append(updated_params) aggregate_global_model(clients_updates) # Server aggregates all received parameters if (epoch + 1) % checkpoint_interval == 0: create_checkpoint(model.state_dict()) # Save periodic snapshots based on predefined interval return model ```
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