AI产品经理必须知道的技术 之 【微调】

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微调即fine-turning，是大模型在预训练完成后，需要做的一项必要工作。简单地说，大模型在预训练时，会喂给它大量的语料，让它从中学习基本的知识、推理能力，从而得到一个基础模型。然后，为了让这个模型能更好地适用不同的任务，可以在这个基础模型上进行微调。

例如，我们ChatGPT-4，是在GPT-4基础模型上微调，得到的更适合对话场景的模型。GPT-4-32K长上下文的模型、还有每次gpt的小版本模型更新，都是在基础模型上进行微调得到的。

为什么要微调呢？

因为从头训练一个模型，要花费的算力、时间、人力非常巨大。一般至少需要几个月。而微调，只需要花费非常小的代价，就可以在原来的基础模型上，进行更新迭代。可能只需要几个小时，就能完成一次微调。有很多开源的大模型，都公开了它的基础模型，可以在基础模型上进行微调。

那微调能实现什么效果呢？

微调可以让模型更适合偏向某一类任务、或某一领域知识的内容生成。微调不会改变模型本身的推理能力（这一般是由模型的参数大小、算法、结构等决定的）

但是微调可以给模型补充新的知识，让模型可以按照特定的风格进行回答。具体的原理，我会在下文中介绍。

微调的基本原理

要了解微调的基本原理，首先我们要大致了解一下大模型的整体架构。

如图就是一个LLM的基本架构，输入嵌入层，会将用户输入的内容表示为向量序列（Embedding)，解码器则是LLM的核心，预测要输出的向量预列。最后由输出层将输出向量转化为文本序列。

微调，则是通过改变这些层的输入或权重矩阵，来影响改变最终的输出结果。

使用GPT的用户都知道，写好Prompt的重要性，一个问题，通过更好的Prompt表达，能够让模型给出更高质量的回答。

我们写好的Prompt，就是输入层的输入内容，如果通过微调，对输入嵌入层进行干预，那么就有可能，让用户输入一个简单的prompt也能得到好的结果。

比如很多教程都告诉我们，prompt可以这么写，效果就能快速得到提升：请你扮演一个XX角色，做一件什么事。它的原理就是XX角色这几个关键词，通过输入嵌入层的转化，让它的向量序列发生了改变，同时，解码器中的自注力机制，也会让模型更多关注这些重要的词，最终使模型能够更倾向预测生成与这个领域相关的内容。

当然，微调并不是简单的修改prompt，而是通过改变模型的权重，让输入嵌入层转化的向量序列有所倾向。但是它的思路原理是这样的。

除了改变输入嵌入层的权重矩阵，也可以改变解码器、输出层的权重矩阵，得到的效果会不一样。后面我也会介绍不同类型的微调的区别。

微调的分类

微调有很多类型、路线。可以按不同的方式进行划分。

一、按参数规模划分

从参数规模划分，微调可以分为：

全参数微调FFT（Full Fine Tunning）

部分参数微调PEFT（Parameter-Efficient Fine Tuning）

参数大小是大模型的一个关键性能指标。例如开源的ChatGLM3有6B、13B两个版本（60亿参数，130亿参数）,马斯克刚刚开源的Gork-1有314B(3140亿参数)，ChatGPT3.5 有175B（1750亿参数）。参数的大小直接决定了模型的推理能力。

这些模型训练完，就会保存一个包含所有参数权重的模型文件（例如.bin后缀的文件）

全参数微调，故名思义就是，通过微调，对模型的所有参数权重都进行调整。那么这个微调成本是比较大的，而且风险也会更高，改变了所有参数权重后，那么原来的模型的效果就不能保证了。虽然没有从头训练一个模型那么复杂，但需要的算力、时间都会比较大。

部分参数微调PEFT，就是只调整模型的一部份权重。这样微调的成本就小很多了，而且可以保留基础模型的大部份能力，只对特定领域进行更新。

例如，最简单的套壳大模型只改名字，通过微调，只在你问大模型你是谁时，它回答它是XX(预训者给它的名字）,而其它回答都是基础模型原来的能力。

二、按训练方式划分

从训练方式划分，微调可以分为：

监督式微调SFT(Supervised Fine Tuning)

基于人类反馈的强化学习微调RLHF(Reinforcement Learning with Human Feedback)

基于AI反馈的强化学习微调RLAIF(Reinforcement Learning with AI Feedback)

监督式微调SFT

这个方案主要是用人工标注的数据，用传统机器学习中监督学习的方法，对大模型进行微调。这是一种很普遍的训练方法。

例如，要解一个函数y=f(x)，通过人工标注一系列{x,y}数据集，来训练模型，在预测时，你给出x,模型就能预测出y。

实践中呢，如果你有一些行业的知识数据，构建成数据集，通过微调训练，就可以训练出一个行业大模型。它既补充了基础模型，对行业知识的缺乏，又让模型在回答问题时，更偏向于回复此领域的知识。（因为微调改变了模型的权重）

基于人类反馈的强化学习微调RLHF

RLHF这也是ChatGPT背后使用的技术，它和监督式微调的区别是什么呢？

监督式微调相当于让大模型背大量的题，把问题和答案都告诉它，做得多了，它就学会怎么回答这一类问题。

而RLHF，是让大模型先做题，做对了，就给它奖励。通过这样的训练，大模型自己学会理解什么是对的。这里面人类反馈，就是人类对不同生成答案的评分排名。

具体而言呢，RLHF分为二个步骤。

第一步是先训练一个奖励模型，让这个奖励模型学习人类的偏好，让这个模型的回答，遵循"HHH"原则(helpful, honest, harmless)。

训练这个奖励模型是需要人工标注数据集的。例如下这面这个数据集，其中question是问题，response_chosen 代表是好的回答, response_rejected代表的是不好的回答。

由此训练出来的奖励模型，可以判断哪些内容，更符合人类的偏好。

第二步，是使用训练好的奖励模型，让大模型进行强化学习。具体就是用奖励模型对大模型的生成结果进行评分。让大模型知道哪些回答更符合人类的偏好。用这个方式，进行不断地迭代，从而提升模型的整体效果。

由此我们可以想像到，这和人类、动物的学习方式都是一样的：在不断的试错中，找到规律。

基于AI反馈的强化学习微调RLAIF

这和上面的RLHF方法类似，只是由AI反馈替代人类反馈。这个方法最早是2022年由Google提出的，使用 AI 偏好来训练用于强化学习微调的奖励模型。

事实上，许多国内做大模型的团队，也在使用这种方法，用GPT生成的内容来训练自己的AI。

RLHF和RLAIF，也可以称为对齐微调。

因为大语言模型在生成内容时，有时可能表现出意外的结果，例如虚假信息、产生有害的、误导性的和偏见性的表达。大模型的本质，只是对下一个token进行预测，它没有自己的价值观。为了让大模型更好地被我们使用，就要避免这些意外行为，所以就有了人类对齐的概念，目的是使大语言模型行为能够符合人类的期望。

主流的微调方法

这里介绍几种主流的微调方法。

Prompt Tuning、P-Tuning

LORA、Adapter Tuning

1、Prompt Tuning、P-Tuning、Prefix Tuning

首先说这三种方法，这三种方法，都在是输入嵌入层，对输入进行改变。

Prompt Tuning

通过promot提示微调的形式，让大模型可以针对特定任务，生成特定类型的输出。Prompt Tuning的本质是改变任务格式。我们可以训练模型对文本进行情感判定、摘要、翻译。通过给定一系列的训练数据，让大模型学会这种生成任务的模式。

它通常不会改变模型架构，也不会改变模型的参数。只是通过设计任务相关的提示（prompt），引导模型生成所需的输出。

Prefix Tuning

Prefix Tuning是对任务增加特定的前缀。这个有两种说法，一种是在输入文本添加前缀，还有一种说法是在输入文本Embedding之后添加前缀，并且它会在transformer的每一层都加入这个前缀。

P-Tuning

是通过一个额外的模型，动态生成虚拟标记嵌入（Embedding)，对于Prompt Tuning，需要针对每一个任务，构建不同的模板，而且对于提示词的设计会比较敏感，不同的提示词会生成不同的结果。

而P-Tuning是对生成的Prompt  Embedding进行动态的改变。

此外，还有一种P-Tuning v2，是在P-Tuning的基础上，引入了Prefix Tuning的方法，对transformer的每一层，都会增加连续提示

这三种方法，都是不改变模型权重，仅改输入、或输入Embedding的方从，而影响生成结果的方法。

2、LORA、Adapter Tuning

LORA

LORA是在基础模型之外，添加一个小的模型，这样训练这个小的模型的算力、成本都非常低。

然后将这个模型的权重与大模型的权重合并，得到一个新的权重。

LORA模型的应用十分广泛，尤其在图像生成领域。Stable Diffusion的有非常丰富的LORA模型库，只需要几十张图片，就能训练一个特定风格的Lora模型，生成特定风格的图片。

从原理上来说，它是通过改变了最终的模型权重，而影响生成结果的。它主要作用在解码层。

Adapter Tuning

Adapter Tuning 也是为了在不改变基础模型的原始参数的前提下，使模型能够适应新的任务。

在 Adapter Tuning 中，会在模型的每个层或某些特定层之间插入适配器，这些适配器是一些小的神经网络模块，参数相对较少，称为“adapters”。这些 adapters 是可以训练的，而原始模型的参数则保持不变。

3、Freeze 

微调的应用场景

大模型的微调可以有哪些应用场景呢？

其实前面的案也提到一些，我们再来做个总结。

1、通过微调，给大模型补充行业知识。

例如 医疗大模型、法律大模型、代码生成大模型……

2、通过微调，使大模型用于一些特定的任务。

如文本分类、情感判定、翻译、摘要生成……

3、模型能力增强

• 通过微调，可以使模型能够更好地适应新的数据和任务。

• 鲁棒性：通过微调，可以提高模型对噪声和干扰的抵抗能力。

• 可解释性：通过微调，可以使模型的决策过程更加可解释。

  
  

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