Large Language Model Compression via the Nested Activation-Aware Decomposition

文章总结

主要内容

本文提出了一种名为**嵌套激活感知分解(NSVD)**的新型后训练压缩框架,旨在解决大型语言模型(LLM)在低秩分解中面临的两个关键挑战:

  1. 激活分布的变异性:不同数据集和模型的激活分布差异导致传统SVD方法性能下降。
  2. 未见激活的适应性:现有方法在处理新数据集或任务时容易出现"过拟合"。

NSVD通过以下创新设计提升压缩精度:

  • 截断感知数据白化:通过调整权重矩阵与激活分布的关系,确保奇异值截断时的最小损失。
  • 双向分解结构:在保持原始权重矩阵信息的同时,吸收激活异常值。

实验结果表明,NSVD在8个数据集和6个模型(涵盖LLaMA、OPT、Mistral三大家族)上均优于现有SVD方法(如ASVD、SVD-LLM),尤其在30%-50%压缩率或多语言/多任务场景下优势显著。

创新点
  1. 嵌套分解框架:通过两步分解(激活感知分解+原始矩阵分解)平衡不同数据集的激活差异。
  2. 截断感知白化:直接关联奇异值与压缩损失,避免传统方法的误差累积。
  3. 多场景鲁棒性:在多语言(中文、日文)和多任务场景下表现出更强的适应性。
  4. 计算效率
Frequency - Aware Transformer 在学习型图像压缩中具有重要的应用。学习型图像压缩旨在利用深度学习技术来实现高效的图像压缩,而 Frequency - Aware Transformer 为这一领域带来了新的思路和方法。 Transformer 架构本身具有强大的建模长距离依赖关系的能力,在自然语言处理等领域取得了巨大成功。在图像压缩中,Frequency - Aware Transformer 能够关注图像的频率信息。图像的频率信息包含了图像的纹理、细节等特征,不同频率成分对图像的视觉感知和压缩性能有着不同的影响。 Frequency - Aware Transformer 可以通过对图像的频率成分进行分析和处理,更好地捕捉图像的特征分布。例如,在低频部分,它可以更有效地保留图像的整体结构和主要信息;在高频部分,它能够对图像的细节和纹理进行精细建模,从而在压缩过程中根据不同频率成分的重要性进行有针对性的处理,提高压缩效率和重建图像的质量。 在编码阶段,Frequency - Aware Transformer 可以将图像转换到频率域,对频率系数进行编码。通过学习频率系数之间的关系,它能够生成更紧凑的表示,减少数据量。在解码阶段,利用学到的频率信息和模型参数,将编码后的信息还原为图像。 以下是一个简单的伪代码示例,展示 Frequency - Aware Transformer 在图像压缩中的大致流程: ```python import torch import torch.nn as nn # 定义 Frequency - Aware Transformer 模块 class FrequencyAwareTransformer(nn.Module): def __init__(self, d_model, nhead, num_layers): super(FrequencyAwareTransformer, self).__init__() self.transformer_encoder = nn.TransformerEncoder( nn.TransformerEncoderLayer(d_model=d_model, nhead=nhead), num_layers=num_layers ) def forward(self, x): # 假设 x 是图像的频率系数 encoded = self.transformer_encoder(x) return encoded # 模拟图像压缩过程 def image_compression(image): # 将图像转换到频率域(这里简化为示例) frequency_coefficients = torch.fft.fft2(image) # 调整频率系数的形状以适应 Transformer 输入 frequency_coefficients = frequency_coefficients.view(-1, frequency_coefficients.size(-1)) # 初始化 Frequency - Aware Transformer fat = FrequencyAwareTransformer(d_model=256, nhead=8, num_layers=6) # 编码频率系数 encoded_coefficients = fat(frequency_coefficients) # 这里可以添加量化和熵编码步骤来进一步压缩数据 # 为了简化,省略这些步骤 return encoded_coefficients # 示例图像 image = torch.randn(256, 256) compressed = image_compression(image) print(compressed.shape) ```
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