diff --git a/README.md b/README.md index 8cb3c13..3123f95 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -44,6 +44,7 @@ + [第七章:指令遵循微调](./cn-Book/7.指令遵循微调.md) + [附录A:PyTorch简介](./cn-Book/附录A.PyTorch简介.md) + [附录B:参考文献和进一步阅读](./cn-Book/附录B.参考文献和进一步阅读.md) ++ [附录C:习题解答](./cn-Book/附录C.习题解答.md) diff --git a/cn-Book/附录C.习题解答.md b/cn-Book/附录C.习题解答.md new file mode 100644 index 0000000..0161020 --- /dev/null +++ b/cn-Book/附录C.习题解答.md @@ -0,0 +1,494 @@ + +- [第二掌](#第二掌) + - [练习 2.1](#练习-21) + - [练习 2.2](#练习-22) +- [第三章](#第三章) + - [练习 3.1](#练习-31) + - [练习 3.2](#练习-32) + - [练习 3.3](#练习-33) +- [第四章](#第四章) + - [练习 4.1](#练习-41) + - [练习 4.2](#练习-42) +- [第五章](#第五章) + - [练习 5.1](#练习-51) + - [练习 5.2](#练习-52) + - [练习 5.3](#练习-53) + - [练习 5.4](#练习-54) + - [练习 5.5](#练习-55) + - [练习 5.6](#练习-56) +- [第六章](#第六章) + - [练习 6.1](#练习-61) + - [练习 6.2](#练习-62) + - [练习 6.3](#练习-63) +- [第七章](#第七章) + - [练习 7.1](#练习-71) + - [练习 7.2](#练习-72) + - [练习 7.3](#练习-73) + - [练习 7.4](#练习-74) + +----- +
+练习答案的完整代码示例可以在补充 GitHub 仓库中找到:https://github.com/rasbt/LLMs-from-scratch。 + +
+ +## 第二掌 + +### 练习 2.1 + +你可以通过一次用一个字符串提示编码器来获取单独的 token ID: + +```python +print(tokenizer.encode("Ak")) +print(tokenizer.encode("w")) +# ... +``` + +打印如下: + +```python +[33901] +[86] +# ... +``` + +然后你可以使用以下代码来组装原始字符串: + +```python +print(tokenizer.decode([33901, 86, 343, 86, 220, 959])) +``` + +打印如下: + +```python +'Akwirw ier' +``` + +
+ +### 练习 2.2 + +具有 max_length=2 和 stride=2 的数据加载器的代码: + +```python +dataloader = create_dataloader(raw_text, batch_size=4, max_length=2, stride=2) +``` + +它产生以下格式的批次: + +```python +tensor([[ 40, 367], + [2885, 1464], + [1807, 3619], + [ 402, 271]]) +``` + +第二个数据加载器的代码,其 max_length=8,stride=2: + +```python +dataloader = create_dataloader(raw_text, batch_size=4, max_length=8, stride=2) +``` + +一个示例批次如下所示: + +```python +tensor([[ 40, 367, 2885, 1464, 1807, 3619, 402, 271], + [ 2885, 1464, 1807, 3619, 402, 271, 10899, 2138], + [ 1807, 3619, 402, 271, 10899, 2138, 257, 7026], + [ 402, 271, 10899, 2138, 257, 7026, 15632, 438]]) +``` + +
+ +## 第三章 + +### 练习 3.1 + +正确的权重分配如下: + +```python +sa_v1.W_query = torch.nn.Parameter(sa_v2.W_query.weight.T) +sa_v1.W_key = torch.nn.Parameter(sa_v2.W_key.weight.T) +sa_v1.W_value = torch.nn.Parameter(sa_v2.W_value.weight.T) +``` + +
+ +### 练习 3.2 + +为了获得与单头注意力中相同的 2 维输出维度,我们需要将投影维度 d_ou t更改为 1 。 + +```python +d_out = 1 +mha = MultiHeadAttentionWrapper(d_in, d_out, block_size, 0.0, num_heads=2) +``` + +
+ +### 练习 3.3 + +最小 GPT-2 模型的初始化如下: + +```python +block_size = 1024 +d_in, d_out = 768, 768 +num_heads = 12 +mha = MultiHeadAttention(d_in, d_out, block_size, 0.0, num_heads) +``` + +
+ +## 第四章 + +### 练习 4.1 + +我们可以按如下方式计算前馈模块和注意力模块中的参数数量: + +```python +block = TransformerBlock(GPT_CONFIG_124M) +total_params = sum(p.numel() for p in block.ff.parameters()) +print(f"Total number of parameters in feed forward module: {total_params:,}") +total_params = sum(p.numel() for p in block.att.parameters()) +print(f"Total number of parameters in attention module: {total_params:,}") +``` + +正如我们所见,前馈模块包含的参数数量大约是注意力模块的两倍: + +```python +Total number of parameters in feed forward module: 4,722,432 +Total number of parameters in attention module: 2,360,064 +``` + +
+ +### 练习 4.2 + +要实例化其他GPT模型尺寸,我们可以修改配置字典为如下所示(此处以GPT-2 XL为例): + +```python +GPT_CONFIG = GPT_CONFIG_124M.copy() +GPT_CONFIG["emb_dim"] = 1600 +GPT_CONFIG["n_layers"] = 48 +GPT_CONFIG["n_heads"] = 25 +model = GPTModel(GPT_CONFIG) +``` + +然后,重用第 4.6 节中的代码来计算参数数量和 RAM 需求,我们得到以下结果: + +```python +gpt2-xl: +Total number of parameters: 1,637,792,000 +Number of trainable parameters considering weight tying: 1,557,380,800 +Total size of the model: 6247.68 MB +``` + +
+ +## 第五章 + +### 练习 5.1 + +我们可以使用本节中定义的 `print_sampled_tokens` 函数来打印 token(或单词)“pizza” 被采样的次数。让我们从我们在 5.3.1 节中定义的代码开始。 + +如果温度为 0 或 0.1,则 “pizza” token 被采样 0 次;如果温度升高到 5,则被采样 32 次。估计的概率是 32/1000 × 100% = 3.2%。实际概率是 4.3%,包含在重新缩放的 softmax 概率张量中 (scaled_probas[2][6])。 + +
+ +### 练习 5.2 + +Top-k 采样和温度缩放是需要根据 LLM 以及输出中所需的 diversity 和随机性程度进行调整的设置。 + +当使用相对较小的 top-k 值(例如,小于 10)并且温度设置为低于 1 时,模型的输出变得不那么随机,更具确定性。当我们希望生成的文本更具可预测性、连贯性,并且更接近基于训练数据的最可能结果时,这种设置非常有用。 + +这种低 k 值和温度设置的应用包括生成正式文档或报告,在这些场景中,清晰度和准确性最为重要。其他应用示例包括技术分析或代码生成任务,在这些任务中,精确性至关重要。此外,问答和教育内容需要准确的答案,低于 1 的温度有助于实现这一点。 + +另一方面,较大的 top-k 值(例如,范围在 20 到 40 之间)和高于 1 的温度值很有用,当使用 LLM 进行头脑风暴或生成创意内容(如小说)时。 + +
+ +### 练习 5.3 + +有多种方法可以使用 `generate` 函数强制确定性行为: + +1. 将 top_k 设置为 None 且不应用温度缩放; +2. 将 top_k 设置为 1。 + +
+ +### 练习 5.4 + +本质上,我们必须加载我们在主章节中保存的模型和优化器: + +```python +checkpoint = torch.load("model_and_optimizer.pth") +model = GPTModel(GPT_CONFIG_124M) +model.load_state_dict(checkpoint["model_state_dict"]) +optimizer = torch.optim.AdamW(model.parameters(), lr=5e-4, weight_decay=0.1) +optimizer.load_state_dict(checkpoint["optimizer_state_dict"]) +``` + +然后,调用 `train_simple_function` 并设置 `num_epochs=1`,以再次训练模型一个 epoch。 + +
+ +### 练习 5.5 + +我们可以使用以下代码来计算 GPT 模型的训练集和验证集损失: + +```python +train_loss = calc_loss_loader(train_loader, gpt, device) +val_loss = calc_loss_loader(val_loader, gpt, device) +``` + +具有 1.24 亿参数的模型得到的损失如下: + +```python +Training loss: 3.754748503367106 +Validation loss: 3.559617757797241 +``` + +主要的观察结果是,训练集和验证集的性能处于同一水平。这可能有多种解释。 + +1. 当 OpenAI 训练 GPT-2 时,“The Verdict” 并非预训练数据集的一部分。因此,该模型并没有显式地过拟合训练集,并且在 “The Verdict” 的训练集和验证集部分上表现得同样出色。(验证集损失略低于训练集损失,这在深度学习中是不常见的。然而,这很可能是由于数据集相对较小而产生的随机噪声。在实践中,如果没有过拟合,训练集和验证集的性能预计大致相同。) +2. “The Verdict” 是 GPT-2 训练数据集的一部分。在这种情况下,我们无法判断模型是否过拟合训练数据,因为验证集也可能被用于训练。为了评估过拟合的程度,我们需要一个在 OpenAI 完成 GPT-2 的训练后生成的新数据集,以确保它不可能是预训练数据的一部分。 + +
+ +### 练习 5.6 + +在主章节中,我们使用了最小的 GPT-2 模型,它只有 1.24 亿个参数。原因是尽可能降低资源需求。然而,你可以通过极少的代码更改轻松地尝试更大的模型。例如,在第 5 章中,我们加载的是 15.58 亿个参数的模型权重而不是 1.24 亿个,我们只需要更改以下两行代码: + +```python +hparams, params = download_and_load_gpt2(model_size="124M", models_dir="gpt2") +model_name = "gpt2-small (124M)" +``` + + 更新后的代码如下: + +```python +hparams, params = download_and_load_gpt2(model_size="1558M", models_dir="gpt2") +model_name = "gpt2-xl (1558M)" +``` + +
+ +## 第六章 + +### 练习 6.1 + +我们可以通过在初始化数据集时将最大长度设置为 `max_length = 1024`,来将输入填充到模型支持的最大 token 数: + +```python +train_dataset = SpamDataset(..., max_length=1024, ...) +val_dataset = SpamDataset(..., max_length=1024, ...) +test_dataset = SpamDataset(..., max_length=1024, ...) +``` + +然而,额外的填充导致测试准确率大幅下降,仅为 78.33%(相比之下,主章节中的准确率为 95.67%)。 + +
+ +### 练习 6.2 + +与其仅微调最后一个 Transformer 模块,我们可以通过从代码中删除以下几行来微调整个模型: + +```python +for param in model.parameters(): + param.requires_grad = False +``` + +此修改使测试准确率提高了 1%,达到 96.67%(相比之下,主章节中的准确率为 95.67%)。 + +
+ +### 练习 6.3 + +与其微调最后一个输出 token,我们可以通过将代码中所有出现的 `model(input_batch)[:, -1, :]` 更改为 `model(input_batch)[:, 0, :]` 来微调第一个输出 token。 + +正如预期的那样,由于第一个 token 包含的信息比最后一个 token 少,这一更改导致测试准确率大幅下降至 75.00%(相比之下,主章节中的准确率为 95.67%)。 + +
+ +## 第七章 + +### 练习 7.1 + +Phi-3 的提示格式,如图 7.4 在第 7 章中所示,对于给定的输入示例,看起来如下: + +```python + +Identify the correct spelling of the following word: 'Occasion' + +The correct spelling is 'Occasion'. +``` + +要使用此模板,我们可以按如下方式修改 `format_input` 函数: + +```python +def format_input(entry): + instruction_text = ( + f"<|user|>\n{entry['instruction']}" + ) + input_text = f"\n{entry['input']}" if entry["input"] else "" + return instruction_text + input_text +``` + +最后,当我们收集测试集响应时,我们还必须更新提取生成响应的方式: + +```python +for i, entry in tqdm(enumerate(test_data), total=len(test_data)): + input_text = format_input(entry) + tokenizer=tokenizer + token_ids = generate( + model=model, + idx=text_to_token_ids(input_text, tokenizer).to(device), + max_new_tokens=256, + context_size=BASE_CONFIG["context_length"], + eos_id=50256 + ) + generated_text = token_ids_to_text(token_ids, tokenizer) + response_text = ( #A + generated_text[len(input_text):] + .replace("<|assistant|>:", "") + .strip() + ) + test_data[i]["model_response"] = response_text + + +#A New: Adjust ###Response to <|assistant|> +``` + +使用 Phi-3 模板对模型进行微调大约快 17%,因为它使得模型输入更短。得分接近 50,这与我们之前使用 Alpaca 风格的提示所获得的分数大致相同。 + +
+ +### 练习 7.2 + +为了像第 7 章图 7.13 中所示那样屏蔽指令,我们需要对 `InstructionDataset` 类和 `custom_collate_fn` 函数进行一些小的修改。我们可以修改 `InstructionDataset` 类来收集指令的长度,我们将在 collate 函数中使用这些长度,以便在编写 collate 函数时定位目标中的指令内容位置,如下所示: + +```python +class InstructionDataset(Dataset): + def __init__(self, data, tokenizer): + self.data = data + self.instruction_lengths = [] #A + self.encoded_texts = [] + + for entry in data: + instruction_plus_input = format_input(entry) + response_text = f"\n\n### Response:\n{entry['output']}" + full_text = instruction_plus_input + response_text + + self.encoded_texts.append( + tokenizer.encode(full_text) + ) + instruction_length = len(tokenizer.encode(instruction_plus_input)) + self.instruction_lengths.append(instruction_length) #B + + def __getitem__(self, index): #C + return self.instruction_lengths[index], self.encoded_texts[index] + + def __len__(self): + return len(self.data) + + +#A 用于指令长度的单独列表 +#B 收集指令长度 +#C 分别返回指令长度和文本 +``` + +接下来,我们更新 `custom_collate_fn`,由于 `InstructionDataset` 数据集的更改,现在的每个批次都是一个包含 `(instruction_length, item)` 的元组,而不仅仅是 `item`。此外,我们现在屏蔽目标 ID 列表中的相应指令 token: + +```python +def custom_collate_fn( + batch, + pad_token_id=50256, + ignore_index=-100, + allowed_max_length=None, + device="cpu" +): + +batch_max_length = max(len(item)+1 for instruction_length, item in batch) #A +inputs_lst, targets_lst = [], [] + +for instruction_length, item in batch: #A + new_item = item.copy() + new_item += [pad_token_id] + padded = new_item + [pad_token_id] * (batch_max_length - len(new_item)) + inputs = torch.tensor(padded[:-1]) + targets = torch.tensor(padded[1:]) + mask = targets == pad_token_id + indices = torch.nonzero(mask).squeeze() + if indices.numel() > 1: + targets[indices[1:]] = ignore_index + + targets[:instruction_length-1] = -100 #B + + if allowed_max_length is not None: + inputs = inputs[:allowed_max_length] + targets = targets[:allowed_max_length] + + inputs_lst.append(inputs) + targets_lst.append(targets) + +inputs_tensor = torch.stack(inputs_lst).to(device) +targets_tensor = torch.stack(targets_lst).to(device) + +return inputs_tensor, targets_tensor + + +#A 批次现在是一个元组 +#B 屏蔽目标中的所有输入和指令 token +``` + +当评估使用这种指令屏蔽方法进行微调的模型时,它的性能略有下降(使用第 7 章中的 Ollama Llama 3 方法评估,大约下降 4 分)。这与论文《Instruction Tuning With Loss Over Instructions》(https://arxiv.org/abs/2405.14394)中的观察结果一致。 + +
+ +### 练习 7.3 + +为了在原始的 Stanford Alpaca 数据集(https://github.com/tatsulab/stanford_alpaca)上微调模型,我们只需要将文件 URL 从: + +```python +url = "https://raw.githubusercontent.com/rasbt/LLMs-from-scratch/main/ch07/01_mainchapter-code/instruction-data.json" +``` + +修改成: + +```python +url = "https://raw.githubusercontent.com/tatsulab/stanford_alpaca/main/alpaca_data.json" +``` + +请注意,该数据集包含 5.2 万条记录(是第 7 章中的 50 倍),并且记录比我们在第 7 章中使用的更长。因此,强烈建议在 GPU 上运行训练。如果遇到内存不足的错误,请考虑将批处理大小从 8 减少到 4、2 或 1。除了降低批处理大小之外,您可能还需要考虑将 `allowed_max_length` 从 1024 降低到 512 或 256。 + +以下是 Alpaca 数据集中的一些示例,包括生成的模型回复。 + +
+ +### 练习 7.4 + +要使用 LoRA 对模型进行指令微调,请使用附录 E 中的相关类和函数: + +```python +from appendix_E import LoRALayer, LinearWithLoRA, replace_linear_with_lora +``` + +接下来,在第 7.5 节的模型加载代码下方添加以下代码行: + +```python +total_params = sum(p.numel() for p in model.parameters() if p.requires_grad) +print(f"Total trainable parameters before: {total_params:,}") + +for param in model.parameters(): + param.requires_grad = False + +total_params = sum(p.numel() for p in model.parameters() if p.requires_grad) +print(f"Total trainable parameters after: {total_params:,}") +replace_linear_with_lora(model, rank=16, alpha=16) + +total_params = sum(p.numel() for p in model.parameters() if p.requires_grad) +print(f"Total trainable LoRA parameters: {total_params:,}") +model.to(device) +``` + +请注意,在 Nvidia L4 GPU 上,使用 LoRA 进行微调在 L4 上运行需要 1.30 分钟。在同一 GPU 上,原始代码运行需要 1.80 分钟。因此,在这种情况下,LoRA 大约快 28%。使用第 7 章中的 Ollama Llama 3 方法评估的分数约为 50,这与原始模型的分数大致相同。 +