Datawhale干货
作者:吴锦凤,Datawhale优秀学习者


一、什么是大模型微调?
📖 故事解释:
📖 生活案例解释:
-
基础版音箱只会普通话(预训练模型)
-
给它听 100 句四川话(微调数据)
-
现在能听懂”摆龙门阵”(方言理解能力↑)
-
原始相机拍所有场景(通用模型)
-
加载“美食滤镜”参数(微调后的模型)
-
拍食物时自动增强饱和度(专业能力强化)
加强版解释:乐高城堡改造成儿童医院
第一步:原有结构 —— 通用乐高城堡
第二步:局部改造 —— 低成本改装
第三步:新功能 —— 变身儿童医院
二、当前尝试过的硬件配置
三、微调工作
(1) 数据集准备


(2) 模型微调代码(此处是无框架纯手搓)——直接上了,后面会有细节讲解
需要引入的库:
pip install torch transformers peft datasets matplotlib accelerate safetensors
import torch
import matplotlib.pyplot as plt
from transformers import (
AutoTokenizer,
AutoModelForCausalLM,
TrainingArguments,
Trainer,
TrainerCallback
)
from peft import LoraConfig, get_peft_model
from datasets import load_dataset
import os
# 配置路径(根据实际路径修改)
model_path = r"你的模型路径" # 模型路径
data_path = r"你的数据集路径" # 数据集路径
output_path = r"你的保存微调后的模型路径" # 微调后模型保存路径
# 强制使用GPU
assert torch.cuda.is_available(), //"必须使用GPU进行训练!"
device = torch.device("cuda")
# 自定义回调记录Loss
class LossCallback(TrainerCallback):
def __init__(self):
self.losses = []
def on_log(self, args, state, control, logs=None, **kwargs):
if "loss" in logs:
self.losses.append(logs["loss"])
# 数据预处理函数
def process_data(tokenizer):
dataset = load_dataset("json", data_files=data_path, split="train[:1500]")
def format_example(example):
instruction = f"诊断问题:{example['Question']}\n详细分析:{example['Complex_CoT']}"
inputs = tokenizer(
f"{instruction}\n### 答案:\n{example['Response']}<|endoftext|>",
padding="max_length",
truncation=True,
max_length=512,
return_tensors="pt"
)
return {"input_ids": inputs["input_ids"].squeeze(0), "attention_mask": inputs["attention_mask"].squeeze(0)}
return dataset.map(format_example, remove_columns=dataset.column_names)
# LoRA配置
peft_config = LoraConfig(
r=16,
lora_alpha=32,
target_modules=["q_proj", "v_proj"],
lora_dropout=0.05,
bias="none",
task_type="CAUSAL_LM"
)
# 训练参数配置
training_args = TrainingArguments(
output_dir=output_path,
per_device_train_batch_size=2, # 显存优化设置
gradient_accumulation_steps=4, # 累计梯度相当于batch_size=8
num_train_epochs=3,
learning_rate=3e-4,
fp16=True, # 开启混合精度
logging_steps=20,
save_strategy="no",
report_to="none",
optim="adamw_torch",
no_cuda=False, # 强制使用CUDA
dataloader_pin_memory=False, # 加速数据加载
remove_unused_columns=False # 防止删除未使用的列
)
def main():
# 创建输出目录
os.makedirs(output_path, exist_ok=True)
# 加载tokenizer
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_path)
tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token
# 加载模型到GPU
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
model_path,
torch_dtype=torch.float16,
device_map={"": device} # 强制使用指定GPU
)
model = get_peft_model(model, peft_config)
model.print_trainable_parameters()
# 准备数据
dataset = process_data(tokenizer)
# 训练回调
loss_callback = LossCallback()
# 数据加载器
def data_collator(data):
batch = {
"input_ids": torch.stack([torch.tensor(d["input_ids"]) for d in data]).to(device),
"attention_mask": torch.stack([torch.tensor(d["attention_mask"]) for d in data]).to(device),
"labels": torch.stack([torch.tensor(d["input_ids"]) for d in data]).to(device) # 使用input_ids作为labels
}
return batch
# 创建Trainer
trainer = Trainer(
model=model,
args=training_args,
train_dataset=dataset,
data_collator=data_collator,
callbacks=[loss_callback]
)
# 开始训练
print("开始训练...")
trainer.train()
# 保存最终模型
trainer.model.save_pretrained(output_path)
print(f"模型已保存至:{output_path}")
# 绘制训练集损失Loss曲线
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(loss_callback.losses)
plt.title("Training Loss Curve")
plt.xlabel("Steps")
plt.ylabel("Loss")
plt.savefig(os.path.join(output_path, "loss_curve.png"))
print("Loss曲线已保存")
if __name__ == "__main__":
main()
(3) 代码详细讲解
1. 导入必要的库和模块
import torch
import matplotlib.pyplot as plt
from transformers import ( # HuggingFace Transformer模型工具
AutoTokenizer,
AutoModelForCausalLM,
TrainingArguments,
Trainer,
TrainerCallback
)
from peft import LoraConfig, get_peft_model # 参数高效微调库
from datasets import load_dataset # 数据集加载工具
import os # 系统路径操作
有关类库介绍:
1. torch (PyTorch 库的核心模块)
-
功能:深度学习框架,提供张量计算和神经网络构建功能。
-
代码中的作用:
-
管理GPU设备 (torch.cuda.is_available() 检查GPU可用性)
-
定义模型训练时的张量操作
-
控制混合精度训练 (torch.float16)
2. matplotlib.pyplot (Matplotlib 绘图库)
-
功能:数据可视化工具库。
-
代码中的作用:
-
绘制训练损失曲线 (plt.plot(losses))
-
生成并保存训练过程的Loss变化图 (loss_curve.png)
3. transformers (HuggingFace Transformers 库)
-
核心组件:
-
AutoTokenizer:自动加载预训练模型对应的分词器
-
用于将文本转换为模型可理解的 token ID 序列
-
AutoModelForCausalLM:自动加载因果语言模型(如GPT系列)
-
提供基础的大语言模型结构
-
TrainingArguments:定义训练超参数
-
控制批次大小、学习率、日志频率等
-
Trainer:封装训练流程的类
-
自动处理训练循环、梯度下降、日志记录等
-
TrainerCallback:训练回调基类
-
用于实现自定义训练监控逻辑(如示例中的损失记录)
4. peft (Parameter-Efficient Fine-Tuning)
-
功能:实现参数高效微调方法的库。
-
核心组件:
-
LoraConfig:LoRA(Low-Rank Adaptation)的配置类
-
定义秩(r)、目标模块(target_modules)等关键参数
-
get_peft_model:将基础模型转换为 PEFT 模型
-
仅需训练原模型约 0.1% 的参数即可实现有效微调
-
代码中的作用:
-
对 LLaMA 等大模型进行轻量化微调
-
显存占用量减少约 60-70%,适合消费级 GPU
5. datasets (HuggingFace Datasets 库)
-
功能:高效数据集加载与处理工具。
-
核心方法:
-
load_dataset:加载多种格式的数据
-
支持 JSON/CSV/Parquet 等格式(示例中使用 JSON)
-
map:数据预处理流水线
-
应用自定义的格式化函数 (format_example)
-
代码中的作用:
-
从本地文件加载医疗问答数据集
-
将原始数据转换为模型需要的输入格式
6. os (操作系统接口)
-
功能:提供操作系统相关功能。
-
代码中的作用:
-
创建输出目录 (os.makedirs)
-
处理文件路径相关操作
-
确保模型保存路径的有效性
2. 配置路径和硬件检查
# 配置路径(根据实际路径修改)
model_path = r"你的模型路径" # 预训练模型存放路径
data_path = r"你的数据集路径" # 训练数据路径(JSON格式)
output_path = r"你的保存微调后的模型路径" # 微调后模型保存位置
# 强制使用GPU(确保CUDA可用)
assert torch.cuda.is_available(), "必须使用GPU进行训练!"
device = torch.device("cuda") # 指定使用CUDA设备
3.
自定义训练回调类
class LossCallback(TrainerCallback):
def __init__(self):
self.losses = [] # 存储损失值的列表
# 当训练过程中有日志输出时触发
def on_log(self, args, state, control, logs=None, **kwargs):
if "loss" in logs: # 过滤并记录损失值
self.losses.append(logs["loss"])
4. 数据预处理函数
def process_data(tokenizer):
# 从JSON文件加载数据集(仅取前1500条)
dataset = load_dataset("json", data_files=data_path, split="train[:1500]")
# 单条数据格式化函数
def format_example(example):
# 拼接指令和答案(固定模板)
instruction = f"诊断问题:{example['Question']}\n详细分析:{example['Complex_CoT']}"
inputs = tokenizer(
f"{instruction}\n### 答案:\n{example['Response']}<|endoftext|>", # 添加结束符
padding="max_length", # 填充至最大长度
truncation=True, # 超长截断
max_length=512, # 最大序列长度
return_tensors="pt" # 返回PyTorch张量
)
# 返回处理后的输入(移除batch维度)
return {"input_ids": inputs["input_ids"].squeeze(0),
"attention_mask": inputs["attention_mask"].squeeze(0)}
# 应用格式化函数并移除原始列
return dataset.map(format_example, remove_columns=dataset.column_names)
关键代码
1.拼接指令和答案
-
作用:将问题(Question)和详细分析(Complex_CoT)拼接成一个指令。
-
示例:
-
输入:Question=”发烧怎么办?”, Complex_CoT=”可能是感冒引起的。”
-
输出:“诊断问题:发烧怎么办?\n详细分析:可能是感冒引起的。”
-
类比:就像把问题和分析写在一张纸上。
instruction = f"诊断问题:{example['Question']}\n详细分析:{example['Complex_CoT']}"
2.使用分词器处理文本
-
作用:将拼接后的文本转换为模型可以理解的格式。
-
参数说明:
-
padding=”max_length”:将文本填充到固定长度(512)。
-
truncation=True:如果文本超过 512 个 token,就截断。
-
max_length=512:最大长度为 512。
-
return_tensors=”pt”:返回 PyTorch 张量。
-
示例:
-
输入:“诊断问题:发烧怎么办?\n详细分析:可能是感冒引起的。\n### 答案:\n多喝水,休息。“
-
输出:input_ids=[101, 234, 345, …, 102], attention_mask=[1, 1, 1, …, 1]
-
类比:就像把文字翻译成机器能懂的数字。
inputs = tokenizer(
f"{instruction}\n### 答案:\n{example['Response']}<|endoftext|>", # 添加结束符
padding="max_length", # 填充至最大长度
truncation=True, # 超长截断
max_length=512, # 最大序列长度
return_tensors="pt" # 返回PyTorch张量
)
3.返回处理后的输入
-
作用:返回处理后的输入数据,并移除多余的维度。
-
参数说明:
-
input_ids:文本对应的 token ID 序列。
-
attention_mask:标记哪些位置是有效 token(1 表示有效,0 表示填充)。
-
类比:就像把翻译好的数字整理成一张表格。
return {"input_ids": inputs["input_ids"].squeeze(0),
"attention_mask": inputs["attention_mask"].squeeze(0)}
4.应用格式化函数
-
作用:对整个数据集应用格式化函数,并移除原始列。
-
参数说明:
-
format_example:格式化函数。
-
remove_columns=dataset.column_names:移除原始列(如 Question、Complex_CoT 等)。
-
类比:就像把整本书的每一页都翻译成机器能懂的格式。
return dataset.map(format_example, remove_columns=dataset.column_names)
5. LoRA微调配置
peft_config = LoraConfig(
r=16, # LoRA秩(矩阵分解维度)
lora_alpha=32, # 缩放系数(控制适配器影响强度)
target_modules=["q_proj", "v_proj"], # 要适配的注意力模块(查询/值投影)
lora_dropout=0.05, # 防止过拟合的Dropout率
bias="none", # 不训练偏置参数
task_type="CAUSAL_LM" # 任务类型(因果语言模型)
)
1. r=16:LoRA 的秩
-
作用:控制低秩矩阵的维度。秩越小,参数越少,计算量越小。
-
解释:
-
秩(r)是低秩矩阵的分解维度,决定了低秩矩阵的大小。
-
例如,r=16 表示低秩矩阵的维度是 16。
-
影响:
-
较小的 r 会减少参数量,但可能会降低模型的表现。
-
较大的 r 会增加参数量,但可能会提高模型的表现。
-
比喻:
-
默认值:通常设置为 8 或 16。并非越大越好。LoRA 秩的选择需要平衡模型的适应能力和计算效率。较大的秩可以提供更强的表达能力,但会增加计算量和显存占用,同时可能导致过拟合。对于简单任务,通常推荐使用较小的秩(如 4 或 8),而对于复杂任务,可能需要更高的秩(如 16 或 32)
2. lora_alpha=32:缩放系数
-
作用:控制低秩矩阵对原始模型的影响强度。
-
解释:
-
lora_alpha 是一个缩放因子,用于调整低秩矩阵的输出。
-
具体来说,低秩矩阵的输出会乘以 lora_alpha / r。
-
影响:
-
较大的 lora_alpha 会让低秩矩阵的影响更强。
-
较小的 lora_alpha 会让低秩矩阵的影响更弱。
-
比喻:
-
默认值:通常设置为 32。
3. target_modules=[“q_proj”, “v_proj”]:目标模块
-
作用:指定需要插入低秩矩阵的模型模块。
-
解释:
-
q_proj 和 v_proj 是 Transformer 模型中的注意力机制模块:
-
q_proj:查询(Query)投影矩阵。
-
v_proj:值(Value)投影矩阵。
-
LoRA 会在这两个模块中插入低秩矩阵。
-
影响:
-
选择不同的模块会影响微调的效果。
-
通常选择 q_proj 和 v_proj 是因为它们对模型的表现影响较大。
4. lora_dropout=0.05:Dropout 率
-
作用:防止过拟合。
-
解释:
-
Dropout 是一种正则化技术,随机丢弃一部分神经元,防止模型过度依赖某些特征。
-
lora_dropout=0.05 表示在训练过程中,有 5% 的低秩矩阵参数会被随机丢弃。
-
影响:
-
较大的 Dropout 率会增加模型的鲁棒性,但可能会降低训练效率。
-
较小的 Dropout 率会减少正则化效果,但可能会提高训练速度。
5. bias=”none”:偏置参数
-
作用:控制是否训练偏置参数。偏置参数的作用是为模型的输出提供一个基线偏移(baseline offset),使得模型能够更好地拟合数据。
-
解释:
-
bias=”none” 表示不训练偏置参数。
-
其他选项包括 “all”(训练所有偏置参数)和 “lora_only”(只训练 LoRA 相关的偏置参数)。
-
影响:
-
不训练偏置参数可以减少参数量,但可能会影响模型的表现。
6. task_type=”CAUSAL_LM”:任务类型
-
作用:指定任务类型。
-
解释:
-
CAUSAL_LM 表示因果语言模型(Causal Language Model),即生成式任务(如 GPT)。
-
其他任务类型包括序列分类(SEQ_CLS)、序列到序列(SEQ_2_SEQ)等。
-
影响:
-
不同的任务类型会影响 LoRA 的实现方式。
训练参数配置
training_args = TrainingArguments(
output_dir=output_path, # 输出目录(模型/日志)
per_device_train_batch_size=2, # 单GPU批次大小(显存优化)
gradient_accumulation_steps=4, # 梯度累积步数(等效batch_size=8)
num_train_epochs=3, # 训练轮次
learning_rate=3e-4, # 初始学习率
fp16=True, # 启用混合精度训练(节省显存)
logging_steps=20, # 每隔20步记录日志
save_strategy="no", # 不保存中间检查点
report_to="none", # 禁用第三方报告(如W&B)
optim="adamw_torch", # 优化器类型
no_cuda=False, # 强制使用CUDA
dataloader_pin_memory=False, # 禁用锁页内存(加速数据加载)
remove_unused_columns=False # 保留未使用的列(避免数据错误)
)
1. output_dir=output_path:输出目录
-
作用:指定训练过程中模型和日志的保存路径。此处的 output_path 之前已经写在了最前面的变量之中。
-
解释:
-
训练过程中生成的模型检查点、日志文件等都会保存到这个目录。
-
示例:
-
如果 output_path = “./output”,所有文件都会保存到 ./output 目录下。
2. per_device_train_batch_size=2:单 GPU 批次大小
-
作用:设置每个 GPU 上的训练批次大小。
-
解释:
-
批次大小是指每次输入模型的样本数量。
-
较小的批次大小可以节省显存,但可能会降低训练速度。
-
示例:
-
如果使用 1 个 GPU,每次训练会输入 2 条数据。
3. gradient_accumulation_steps=4:梯度累积步数

4. num_train_epochs=3:训练轮次
-
作用:设置模型在整个数据集上训练的轮次。
-
解释:
-
1个轮次(epoch)表示模型完整地遍历一次训练数据集。
-
这里设置为 3,表示模型会训练 3 轮。
-
示例:
-
如果数据集有 1000 条数据,模型会遍历这 1000 条数据 3 次。
5. learning_rate=3e-4:初始学习率

6. fp16=True:混合精度训练
-
作用:启用混合精度训练,节省显存并加速训练。
-
解释:
-
混合精度训练是指同时使用 16 位(半精度)和 32 位(单精度)浮点数。
-
16 位浮点数占用更少的显存,计算速度更快。
-
示例:
-
如果显存不足,启用 fp16 可以显著减少显存占用。
7. logging_steps=20:日志记录频率
-
作用:设置每隔多少步记录一次日志。
-
解释:
-
日志包括损失值、学习率等信息。
-
这里设置为 20,表示每隔 20 步记录一次日志。
-
示例:
-
如果总训练步数是 1000,会记录 50 次日志(1000 / 20 = 50)。
8. save_strategy=”no”:保存策略
-
作用:设置是否保存中间检查点。
-
解释:
-
“no” 表示不保存中间检查点。
-
其他选项包括 “epoch”(每轮保存一次)和 “steps”(每隔一定步数保存一次)。
-
示例:
-
如果设置为 “epoch”,每轮训练结束后会保存一次模型。
9. report_to=”none”:禁用第三方报告
-
作用:禁用第三方日志报告工具(如Weights & Biases)。
-
解释:
-
如果不需要使用第三方工具记录日志,可以设置为 “none”。
-
示例:
-
如果设置为 “wandb”,日志会同步到 Weights & Biases平台。
10. optim=”adamw_torch”:优化器类型
-
作用:指定优化器类型。
-
解释:
-
adamw_torch 是一种常用的优化器,结合了 Adam 和权重衰减(Weight Decay)。
-
适合大多数深度学习任务。
-
示例:
-
如果训练不稳定,可以尝试其他优化器,如 sgd[Stochastic Gradient Descent(随机梯度下降]。SGD 是一种用于优化模型参数的算法,通过计算损失函数的梯度并更新参数,使损失函数最小化。
11. no_cuda=False:强制使用 CUDA
-
作用:强制使用 GPU 进行训练。
-
解释:
-
no_cuda=False 表示使用 GPU。
-
如果设置为 True,则会使用 CPU(不推荐)。
-
示例:
-
如果GPU可用,模型会自动使用 GPU 进行训练。
12. dataloader_pin_memory=False:禁用锁页内存
-
作用:设置是否使用锁页内存(Pinned Memory)加速数据加载。
-
解释:
-
锁页内存可以提高数据加载速度,但会占用更多主机内存。
-
这里设置为 False,表示禁用锁页内存。
-
示例:
-
如果主机内存充足,可以设置为 True 以加速训练。
13. remove_unused_columns=False:保留未使用的列
-
作用:设置是否移除数据集中未使用的列。
-
解释:
-
如果设置为 True,会移除数据集中未被模型使用的列。
-
这里设置为 False,表示保留所有列。
-
示例:
-
如果数据集中包含一些额外的信息(如 ID),可以保留这些列。
主函数(训练流程)
def main():
# 创建输出目录(如果不存在)
os.makedirs(output_path, exist_ok=True)
# 加载Tokenizer并设置填充符
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_path)
tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token # 使用EOS作为填充符
# 加载预训练模型(半精度+指定GPU)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
model_path,
torch_dtype=torch.float16, # 半精度加载(节省显存)
device_map={"": device} # 指定使用的GPU设备
)
# 应用LoRA适配器
model = get_peft_model(model, peft_config)
model.print_trainable_parameters() # 打印可训练参数量
# 准备训练数据集
dataset = process_data(tokenizer)
# 初始化损失记录回调
loss_callback = LossCallback()
# 数据整理函数(构造批次)
def data_collator(data):
batch = {
"input_ids": torch.stack([torch.tensor(d["input_ids"]) for d in data]).to(device),
"attention_mask": torch.stack([torch.tensor(d["attention_mask"]) for d in data]).to(device),
"labels": torch.stack([torch.tensor(d["input_ids"]) for d in data]).to(device) # 标签=输入(因果LM任务)
}
return batch
# 初始化Trainer
trainer = Trainer(
model=model,
args=training_args,
train_dataset=dataset,
data_collator=data_collator, # 自定义数据整理
callbacks=[loss_callback] # 添加回调
)
# 执行训练
print("开始训练...")
trainer.train()
# 保存微调后的模型
trainer.model.save_pretrained(output_path)
print(f"模型已保存至:{output_path}")
# 绘制损失曲线
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(loss_callback.losses)
plt.title("Training Loss Curve")
plt.xlabel("Steps")
plt.ylabel("Loss")
plt.savefig(os.path.join(output_path, "loss_curve.png")) # 保存为PNG
print("Loss曲线已保存")
if __name__ == "__main__":
main()
关键代码:
1. 加载 Tokenizer 并设置填充符
-
作用:加载预训练模型的分词器,并设置填充符。
-
解释:
-
AutoTokenizer.from_pretrained:自动加载与模型匹配的分词器。
-
tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token:将结束符(EOS)作为填充符(Pad Token)。
-
示例:
-
如果输入序列长度不足,会用 EOS 填充。
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_path)
tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token # 使用EOS作为填充符
2.加载预训练模型
-
作用:加载预训练的语言模型,并配置硬件相关设置。
-
解释:
-
AutoModelForCausalLM.from_pretrained:加载因果语言模型(如 GPT)。
-
torch_dtype=torch.float16:使用半精度(16 位浮点数)加载模型,节省显存。
-
device_map={“”: device}:将模型加载到指定的 GPU 设备上。
-
示例:
-
如果 device = “cuda:0”,模型会加载到第一个 GPU 上。
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
model_path,
torch_dtype=torch.float16, # 半精度加载(节省显存)
device_map={"": device} # 指定使用的GPU设备
)
3.数据整理函数
-
作用:将多条数据整理成一个批次。
-
解释:
-
input_ids:输入序列的 token ID。
-
attention_mask:标记有效 token 的位置。
-
labels:因果语言模型的标签与输入相同(模型需要预测下一个 token)。
-
示例:
-
如果输入是 [“诊断问题:发烧怎么办?”, “诊断问题:头痛怎么办?”],会被整理成一个批次。
def data_collator(data):
batch = {
"input_ids": torch.stack([torch.tensor(d["input_ids"]) for d in data]).to(device),
"attention_mask": torch.stack([torch.tensor(d["attention_mask"]) for d in data]).to(device),
"labels": torch.stack([torch.tensor(d["input_ids"]) for d in data]).to(device) # 标签=输入(因果LM任务)
}
return batch
4.初始化
Trainer
-
作用:创建训练器对象,管理训练过程。
-
解释:
-
model:要训练的模型。
-
args:训练参数(如批次大小、学习率等)。
-
train_dataset:训练数据集。
-
data_collator:自定义的数据整理函数。
-
callbacks:训练回调(如损失记录)。
trainer = Trainer(
model=model,
args=training_args,
train_dataset=dataset,
data_collator=data_collator, # 自定义数据整理
callbacks=[loss_callback] # 添加回调
)
四、完结感言
一起“点赞”三连↓
(文:Datawhale)