一起学Hugging Face Transformers(13)- 模型微调之自定义训练循环


前言

Hugging Face Transformers 库为 NLP 模型的预训练和微调提供了丰富的工具和简便的方法。虽然 Trainer API 简化了许多常见任务,但有时我们需要更多的控制权和灵活性,这时可以实现自定义训练循环。本文将介绍什么是训练循环以及如何使用 Hugging Face Transformers 库实现自定义训练循环。


一、什么是训练循环

在模型微调过程中,训练循环是指模型训练的核心过程,通过多次迭代数据集来调整模型的参数,使其在特定任务上表现更好。训练循环包含以下几个关键步骤:

1. 训练循环的关键步骤

1) 前向传播(Forward Pass)

  • 模型接收输入数据并通过网络进行计算,生成预测输出。这一步是将输入数据通过模型的各层逐步传递,计算出最终的预测结果。

2) 计算损失(Compute Loss)

  • 将模型的预测输出与真实标签进行比较,计算损失函数的值。损失函数是一个衡量预测结果与真实值之间差距的指标,常用的损失函数有交叉熵损失(用于分类任务)和均方误差(用于回归任务)。

3) 反向传播(Backward Pass)

  • 根据损失函数的值,计算每个参数对损失的贡献,得到梯度。反向传播使用链式法则,将损失对每个参数的梯度计算出来。

4) 参数更新(Parameter Update)

  • 使用优化算法(如梯度下降、Adam 等)根据计算出的梯度调整模型的参数。优化算法会更新每个参数,使损失函数的值逐步减小,模型的预测性能逐步提高。

5) 重复以上步骤

  • 以上过程在整个数据集上进行多次(多个epoch),每次遍历数据集被称为一个epoch。随着训练的进行,模型的性能会不断提升。

2. 示例

假设你在微调一个BERT模型用于情感分析任务,训练循环的步骤如下:

1) 前向传播

  • 输入一条文本评论,模型通过各层网络计算,生成预测的情感标签(如正面或负面)。

2) 计算损失

  • 将模型的预测标签与实际标签进行比较,计算交叉熵损失。

3) 反向传播

  • 计算损失对每个模型参数的梯度,确定每个参数需要调整的方向和幅度。

4) 参数更新

  • 使用Adam优化器,根据计算出的梯度调整模型的参数。

5) 重复以上步骤

  • 在整个训练数据集上进行多次迭代,不断调整参数,使模型的预测精度逐步提高。

3. 训练循环的重要性

训练循环是模型微调的核心,通过多次迭代和参数更新,使模型能够从数据中学习,逐步提高在特定任务上的性能。理解训练循环的各个步骤和原理,有助于更好地调试和优化模型,获得更好的结果。

在实际应用中,训练循环可能会包含一些额外的步骤和技术,例如:

  • 批量训练(Mini-Batch Training):将数据集分成小批量,每次训练一个批量,降低计算资源的需求。
  • 学习率调度(Learning Rate Scheduling):动态调整学习率,以提高训练效率和模型性能。
  • 正则化技术(Regularization Techniques):如Dropout、权重衰减等,防止模型过拟合。

这些技术和方法结合使用,可以进一步提升模型微调的效果和性能。

二、使用 Hugging Face Transformers 库实现自定义训练循环

1. 前期准备

1)安装依赖

首先,确保已经安装了必要的库:

pip install transformers datasets torch

2)导入必要的库

import torch
from torch.utils.data import DataLoader
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForSequenceClassification, get_scheduler
from datasets import load_dataset
from tqdm.auto import tqdm

2. 加载数据和模型

1) 加载数据集

这里我们以 IMDb 电影评论数据集为例:

dataset = load_dataset("imdb")

2) 加载预训练模型和分词器

我们将使用 distilbert-base-uncased 作为基础模型:

model_name = "distilbert-base-uncased"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(model_name, num_labels=2)

3) 预处理数据

定义一个预处理函数,并将其应用到数据集:

def preprocess_function(examples):
    return tokenizer(examples["text"], truncation=True, padding="max_length", max_length=512)

encoded_dataset = dataset.map(preprocess_function, batched=True)
encoded_dataset = encoded_dataset.rename_column("label", "labels")
encoded_dataset.set_format(type="torch", columns=["input_ids", "attention_mask", "labels"])

4) 创建数据加载器

train_dataloader = DataLoader(encoded_dataset["train"], batch_size=8, shuffle=True)
eval_dataloader = DataLoader(encoded_dataset["test"], batch_size=8)

3. 自定义训练循环

1) 定义优化器和学习率调度器

optimizer = torch.optim.AdamW(model.parameters(), lr=5e-5)
num_epochs = 3
num_training_steps = num_epochs * len(train_dataloader)
lr_scheduler = get_scheduler(
    name="linear", optimizer=optimizer, num_warmup_steps=0, num_training_steps=num_training_steps
)

2) 定义训练和评估函数

device = torch.device("cuda") if torch.cuda.is_available() else torch.device("cpu")
model.to(device)

def train_loop():
    model.train()
    for batch in tqdm(train_dataloader):
        batch = {k: v.to(device) for k, v in batch.items()}
        outputs = model(**batch)
        loss = outputs.loss
        loss.backward()

        optimizer.step()
        lr_scheduler.step()
        optimizer.zero_grad()

def eval_loop():
    model.eval()
    total_loss = 0
    correct_predictions = 0

    with torch.no_grad():
        for batch in tqdm(eval_dataloader):
            batch = {k: v.to(device) for k, v in batch.items()}
            outputs = model(**batch)
            loss = outputs.loss
            logits = outputs.logits
            total_loss += loss.item()

            predictions = torch.argmax(logits, dim=-1)
            correct_predictions += (predictions == batch["labels"]).sum().item()

    avg_loss = total_loss / len(eval_dataloader)
    accuracy = correct_predictions / len(eval_dataloader.dataset)
    return avg_loss, accuracy

3) 运行训练和评估

for epoch in range(num_epochs):
    print(f"Epoch {epoch + 1}/{num_epochs}")
    train_loop()
    avg_loss, accuracy = eval_loop()
    print(f"Validation Loss: {avg_loss:.4f}, Accuracy: {accuracy:.4f}")

总结

通过上述步骤,我们实现了使用 Hugging Face Transformers 库的自定义训练循环。这种方法提供了更大的灵活性,可以根据具体需求调整训练过程。无论是优化器、学习率调度器,还是其他训练策略,都可以根据需要进行定制。希望这篇文章能帮助你更好地理解和实现自定义训练循环,为你的 NLP 项目提供更强大的支持。

内容概要:本文详细介绍了如何使用Matlab对地表水源热泵系统进行建模,并采用粒子群算法来优化每小时的制冷量和制热量。首先,文章解释了地表水源热泵的工作原理及其重要性,随后展示了如何设定基本参数并构建热泵机组的基础模型。接着,文章深入探讨了粒子群算法的具体实现步骤,包括参数设置、粒子初始化、适应度评估以及粒子位置和速度的更新规则。为了确保优化的有效性和实用性,文中还讨论了如何处理实际应用中的约束条件,如设备的最大能力和制冷/制热模式之间的互斥关系。此外,作者分享了一些实用技巧,例如引入混合优化方法以加快收敛速度,以及在目标函数中加入额外的惩罚项来减少不必要的模式切换。最终,通过对优化结果的可视化分析,验证了所提出的方法能够显著降低能耗并提高系统的运行效率。 适用人群:从事暖通空调系统设计、优化及相关领域的工程师和技术人员,尤其是那些希望深入了解地表水源热泵系统特性和优化方法的专业人士。 使用场景及目标:适用于需要对地表水源热泵系统进行精确建模和优化的情景,旨在找到既满足建筑负荷需求又能使机组运行在最高效率点的制冷/制热量组合。主要目标是在保证室内舒适度的前提下,最大限度地节约能源并延长设备使用寿命。 其他说明:文中提供的Matlab代码片段可以帮助读者更好地理解和复现整个建模和优化过程。同时,作者强调了在实际工程项目中灵活调整相关参数的重要性,以便获得更好的优化效果。
<think>好的,用户之前问过Python中的开源大模型应用项目,我介绍了Hugging Face Transformers等项目。现在用户想知道如何Hugging Face Transformers,我需要提供一个详细的习路径。 首先,用户可能是刚接触这个库的开发者或生,他们需要从基础到进阶的习资源。我应该考虑他们可能的习方式,比如官方文档、实践项目、社区资源等。 接下来,我需要回忆Transformers库的主要功能,比如模型加载、微调、管道使用等。用户可能需要知道如何快速上手,所以分步骤的方法比较有效。例如,先安装,再习基础API,然后进行微调,最后参与实际项目。 另外,用户可能有不同的习习惯,有的人喜欢看教程,有的喜欢动手实践。因此,我应该涵盖多种资源类型,如官方教程、视频课程、书籍、社区支持等。 还要注意常见的问题,比如如何处理中文任务,是否需要中文资源。之前提到的Chinese-LLaMA-Alpaca和ChatGLM-6B可能相关,可以推荐他们在中文场景下的应用。 用户可能在习过程中遇到困难,比如环境配置、调试问题,或者对理论不理解。这时候推荐社区和论坛会有帮助,比如Hugging Face论坛和Stack Overflow。 最后,要强调持续习的重要性,因为库的更新很快,建议用户关注官方动态和最新论文,保持知识更新。总结习路径的结构,让用户有清晰的路线图。</think>以下是Hugging Face Transformers的**系统性路径**,结合官方资源和实践技巧,适合从入门到进阶: --- ### 一、基础准备 1. **前置知识** - 掌握Python基础(函数、类、装饰器) - 理解PyTorch/TensorFlow张量操作和自动求导 - 了解Transformer架构(注意力机制、位置编码) 2. **环境安装** ```bash pip install transformers datasets evaluate # 按需安装深度习框架 pip install torch # 或 tensorflow ``` --- ### 二、官方习路线(必看) 1. **官方快速入门教程** - [Hugging Face官方课程](https://huggingface.co/learn)(免费互动式教程,含代码沙盒) - 重点章节: - Pipeline API快速调用模型 - Tokenizer的工作原理 - 微调训练模型 2. **文档精读顺序** 1. [核心API文档](https://huggingface.co/docs/transformers/main_classes/pipelines):`pipeline`, `AutoModel`, `AutoTokenizer` 2. [微调指南](https://huggingface.co/docs/transformers/training):分类、问答、文本生成任务 3. [模型共享与上传](https://huggingface.co/docs/transformers/model_sharing):将训练好的模型发布到Hub --- ### 三、分阶段实践项目 #### 阶段1:API快速调用 ```python from transformers import pipeline # 情感分析 classifier = pipeline("sentiment-analysis") print(classifier("I love coding with Transformers!")) # 文本生成 generator = pipeline("text-generation", model="gpt2") print(generator("In a shocking discovery, scientists found", max_length=100)) ``` #### 阶段2:自定义模型训练 ```python from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForSequenceClassification from datasets import load_dataset # 加载数据集和模型 dataset = load_dataset("imdb") tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("bert-base-uncased") model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained("bert-base-uncased") # 数据预处理 def tokenize_function(examples): return tokenizer(examples["text"], padding="max_length", truncation=True) tokenized_datasets = dataset.map(tokenize_function, batched=True) # 微调训练 from transformers import TrainingArguments, Trainer training_args = TrainingArguments(output_dir="test_trainer") trainer = Trainer( model=model, args=training_args, train_dataset=tokenized_datasets["train"].shuffle(seed=42).select(range(1000)), eval_dataset=tokenized_datasets["test"].shuffle(seed=42).select(range(1000)), ) trainer.train() ``` #### 阶段3:高级应用 - **部署为API服务**:使用`gradio`或`FastAPI`封装模型 - **量化压缩**:应用`bitsandbytes`进行8bit/4bit量化 - **多模态实践**:尝试CLIP(图文匹配)、Whisper(语音识别) --- ### 四、习资源推荐 1. **书籍** - 《Natural Language Processing with Transformers》(O'Reilly官方书) - 《动手深度习》(李沐,含Transformer实现解析) 2. **视频教程** - [Hugging Face官方YouTube频道](https://www.youtube.com/@HuggingFace)(更新频繁) - [吴恩达《ChatGPT提示工程》](https://www.deeplearning.ai/short-courses/)(免费短课) 3. **中文资源** - [Hugging Face中文文档](https://huggingface.co/docs/transformers/zh) - [抱抱脸社区中文博客](https://huggingface.co/blog/zh) --- ### 五、调试与优化技巧 1. **常见错误处理**: - `CUDA out of memory`:减小`batch_size`,启用梯度累积 - 输入长度超限:调整`max_length`或使用长文本处理模型 2. **性能优化**: ```python # 启用混合精度训练 from transformers import TrainingArguments training_args = TrainingArguments(fp16=True) # 使用BetterTransformer加速 model = model.to_bettertransformer() ``` --- ### 六、持续习 1. 关注[Hugging Face博客](https://huggingface.co/blog)获取最新模型(如Llama 3、Mistral) 2. 参与社区活动: - 在[模型Hub](https://huggingface.co/models)复现Paper实现 - 参加[Hugging Face竞赛](https://huggingface.co/competitions) --- **习关键点**:先通过Pipeline快速实现功能建立信心,再深入理解Tokenizer和模型结构,最后通过微调掌握全流程。遇到问题时善用[论坛](https://discuss.huggingface.co/)提问。
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