在人工智能的浪潮中，大型语言模型（LLMs）已成为推动技术进步的关键力量。随着Meta公司最新开源的Llama 3.1模型的问世，我们见证了开源AI领域的一大飞跃。Llama 3.1以其卓越的性能和广泛的应用潜力，为开发者和研究者提供了一个强大的工具，以探索和实现各种复杂的AI应用。
本文将深入探讨Llama 3.1模型的各个方面，从性能评估到模型的推理和微调，为读者提供一份全面的实战指南。
一、Llama 3.1简介7月23日Meta公司推出的大型多语言预训练模型Llama 3.1，包含8B、70B和405B三种参数规模的模型。这些模型不仅支持八种语言，还具备长达128K的上下文长度，使其在处理长文本方面有着天然的优势。更重要的是，Llama 3.1在性能上与业界领先的闭源模型相媲美，同时提供了开源的灵活性和可定制性。
Llama 3.1主要特性：
Llama 3.1版本在 150 多个涵盖多种语言的基准数据集上评估了性能。此外，还进行了广泛的人工评估，在真实场景中将 Llama 3.1 与竞争模型进行了比较。通过实验评估表明，Llama 3.1的旗舰模型在一系列任务中与领先的基础模型相媲美，包括 GPT-4、GPT-4o 和 Claude 3.5 Sonnet。此外，Llama 3.1的小型模型与具有相似数量参数的封闭和开放模型相媲美。
1、环境准备
首先，我们需要确保我们的服务器具备足够的硬件配置来支持Llama 3.1模型的运行。我们选择的是一台配备有4090型号GPU（24G显存）的服务器，基础镜像信息如下：ubuntu 22.04、python 3.12、cuda 12.1、pytorch 2.3.0。
2、安装依赖
首先 pip 换源加速下载并安装依赖包
# 升级pippython -m pip install --upgrade pip# 更换 pypi 源加速库的安装pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simplepip install fastapi==0.111.1pip install uvicorn==0.30.3pip install modelscope==1.16.1pip install transformers==4.42.4pip install accelerate==0.32.1
安装完成如下：
import torchfrom modelscope import snapshot_download, AutoModel, AutoTokenizerimport osmodel_dir = snapshot_download('LLM-Research/Meta-Llama-3.1-8B-Instruct', cache_dir='/root/autodl-tmp', revision='master')
4、模型推理
1）推理测试
# 导入所需的库from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLMimport torch# 加载预训练的分词器和模型model_name_or_path = '/root/autodl-tmp/LLM-Research/Meta-Llama-3___1-8B-Instruct'tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name_or_path, use_fast=False)model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name_or_path, device_map="auto", torch_dtype=torch.bfloat16)# 定义对话消息列表，包含系统角色和用户角色的消息messages = [{"role": "system", "content": "You are a helpful assistant."},{"role": "user", "content": "Who are you?"}]# 使用分词器将对话消息转换为模型输入格式input_ids = tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=False, add_generation_prompt=True)# 将输入转换为PyTorch张量并移动到GPU设备上model_inputs = tokenizer([input_ids], return_tensors="pt").to('cuda')# 使用模型生成回复generated_ids = model.generate(model_inputs.input_ids, max_new_tokens=512)# 从生成的ID中提取回复部分generated_ids = [output_ids[len(input_ids):] for input_ids, output_ids in zip(model_inputs.input_ids, generated_ids)]# 使用分词器将生成的ID解码为文本response = tokenizer.batch_decode(generated_ids, skip_special_tokens=True)[0]
查看响应结果
response
结果如下：
"I'm an artificial intelligence model designed to assist and communicate with users in a helpful and informative way. I'm a type of chatbot, and my primary function is to provide information, answer questions, and engage in conversation to the best of my abilities.\n\nI don't have a personal identity or emotions, but I'm here to help you with any questions or topics you'd like to discuss. I can provide information on a wide range of subjects, from science and history to entertainment and culture. I can also help with tasks such as language translation, text summarization, and even creative writing.\n\nHow can I assist you today?"
2）中文测试一
# 定义对话消息列表，包含系统角色和用户角色的消息messages = [{"role": "user", "content": "你会讲中文么?"}]# 使用分词器将对话消息转换为模型输入格式input_ids = tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=False, add_generation_prompt=True)# 将输入转换为PyTorch张量并移动到GPU设备上model_inputs = tokenizer([input_ids], return_tensors="pt").to('cuda')# 使用模型生成回复generated_ids = model.generate(model_inputs.input_ids, max_new_tokens=512)# 从生成的ID中提取回复部分generated_ids = [output_ids[len(input_ids):] for input_ids, output_ids in zip(model_inputs.input_ids, generated_ids)]# 使用分词器将生成的ID解码为文本response = tokenizer.batch_decode(generated_ids, skip_special_tokens=True)[0]response
3）中文测试二
# 定义对话消息列表，包含系统角色和用户角色的消息messages = [{"role": "user", "content": "请以“夜晚”为题写一首诗"}]# 使用分词器将对话消息转换为模型输入格式input_ids = tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=False, add_generation_prompt=True)# 将输入转换为PyTorch张量并移动到GPU设备上model_inputs = tokenizer([input_ids], return_tensors="pt").to('cuda')# 使用模型生成回复generated_ids = model.generate(model_inputs.input_ids, max_new_tokens=512)# 从生成的ID中提取回复部分generated_ids = [output_ids[len(input_ids):] for input_ids, output_ids in zip(model_inputs.input_ids, generated_ids)]# 使用分词器将生成的ID解码为文本response = tokenizer.batch_decode(generated_ids, skip_special_tokens=True)[0]response
注意：如果推理报错如下
File ~/miniconda3/lib/python3.10/site-packages/transformers/models/llama/configuration_llama.py:182, in LlamaConfig._rope_scaling_validation(self)179 return181 if not isinstance(self.rope_scaling, dict) or len(self.rope_scaling) != 2:--> 182 raise ValueError(183 "`rope_scaling` must be a dictionary with two fields, `type` and `factor`, " f"got {self.rope_scaling}"184 )185 rope_scaling_type = self.rope_scaling.get("type", None)186 rope_scaling_factor = self.rope_scaling.get("factor", None)ValueError: `rope_scaling` must be a dictionary with two fields, `type` and `factor`, got {'factor': 8.0, 'low_freq_factor': 1.0, 'high_freq_factor': 4.0, 'original_max_position_embeddings': 8192, 'rope_type': 'llama3'}pip install --upgrade transformers
资源消耗如下：
1、数据集准备
微调大型语言模型（LLM）通常涉及指令微调，这是一种特定的数据准备和训练过程。在指令微调中，数据集由一系列包含指令、输入和输出的条目组成，例如：
{"instruction": "回答以下用户问题，仅输出答案。","input": "1+1等于几?","output": "2"}
在这个例子中，`instruction` 是给予模型的任务指令，明确告知模型需要完成的具体任务；`input` 是为了完成任务所需的用户提问或相关信息；而 `output` 则是模型应产生的预期回答。
我们的目标是训练模型，使其能够准确理解并遵循用户的指令。因此，在构建指令集时，必须针对特定的应用目标精心设计。例如，如果我们的目标是创建一个能够模仿特定对话风格的个性化LLM，我们就需要构建与之相应的指令集。
以使用开源的甄嬛传对话数据集为例，如果我们希望模型能够模拟甄嬛的对话风格，我们可以构造如下形式的指令：
在此示例中，我们省略了 `input` 字段，因为模型的回答是基于预设的角色背景知识，而非用户的直接提问。通过这种方式，我们可以训练模型学习并模仿特定角色的语言风格和对话模式，从而在实际应用中提供更加个性化和情景化的交互体验。
2、导入依赖包
from datasets import Datasetimport pandas as pdfrom transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, DataCollatorForSeq2Seq, TrainingArguments, Trainer, GenerationConfig
3、读取数据集
# 将JSON文件转换为CSV文件df = pd.read_json('huanhuan.json')ds = Dataset.from_pandas(df)ds[:3]输出：
{'instruction': ['小姐，别的秀女都在求中选，唯有咱们小姐想被撂牌子，菩萨一定记得真真儿的——','这个温太医啊，也是古怪，谁不知太医不得皇命不能为皇族以外的人请脉诊病，他倒好，十天半月便往咱们府里跑。','嬛妹妹，刚刚我去府上请脉，听甄伯母说你来这里进香了。'],'input': ['', '', ''],'output': ['嘘——都说许愿说破是不灵的。', '你们俩话太多了，我该和温太医要一剂药，好好治治你们。', '出来走走，也是散心。']}4、处理数据集
1）定义分词器
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained('/root/autodl-tmp/LLM-Research/Meta-Llama-3___1-8B-Instruct', use_fast=False, trust_remote_code=True)tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token2）消息格式查看
messages = [{"role": "system", "content": "现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛"},{"role": "user", "content": '你好呀'},{"role": "assistant", "content": "你好，我是甄嬛，你有什么事情要问我吗？"},]print(tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=False))输出：
<|begin_of_text|><|start_header_id|>system<|end_header_id|>现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛<|eot_id|><|start_header_id|>user<|end_header_id|>你好呀<|eot_id|><|start_header_id|>assistant<|end_header_id|>你好，我是甄嬛，你有什么事情要问我吗？<|eot_id|><|start_header_id|>assistant<|end_header_id|>
3）数据处理函数
def process_func(example):MAX_LENGTH = 384# Llama分词器会将一个中文字切分为多个token，因此需要放开一些最大长度，保证数据的完整性input_ids, attention_mask, labels = [], [], []instruction = tokenizer(f"<|begin_of_text|><|start_header_id|>system<|end_header_id|>\n\n现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛<|eot_id|><|start_header_id|>user<|end_header_id|>\n\n{example['instruction'] + example['input']}<|eot_id|><|start_header_id|>assistant<|end_header_id|>\n\n", add_special_tokens=False)# add_special_tokens 不在开头加 special_tokensresponse = tokenizer(f"{example['output']}<|eot_id|>", add_special_tokens=False)input_ids = instruction["input_ids"] + response["input_ids"] + [tokenizer.pad_token_id]attention_mask = instruction["attention_mask"] + response["attention_mask"] + [1]# 因为eos token咱们也是要关注的所以 补充为1labels = [-100] * len(instruction["input_ids"]) + response["input_ids"] + [tokenizer.pad_token_id]if len(input_ids) > MAX_LENGTH:# 做一个截断input_ids = input_ids[:MAX_LENGTH]attention_mask = attention_mask[:MAX_LENGTH]labels = labels[:MAX_LENGTH]return {"input_ids": input_ids,"attention_mask": attention_mask,"labels": labels}4）数据处理
tokenized_id = ds.map(process_func, remove_columns=ds.column_names)tokenized_id
5）解码查看input_ids
tokenizer.decode(tokenized_id[0]['input_ids'])
输出：
'<|begin_of_text|><|start_header_id|>system<|end_header_id|>\n\n现在你要扮演皇帝身边的女人--甄嬛<|eot_id|><|start_header_id|>user<|end_header_id|>\n\n小姐，别的秀女都在求中选，唯有咱们小姐想被撂牌子，菩萨一定记得真真儿的——<|eot_id|><|start_header_id|>assistant<|end_header_id|>\n\n嘘——都说许愿说破是不灵的。<|eot_id|><|eot_id|>'
6）解码查看labels
tokenizer.decode(list(filter(lambda x: x != -100, tokenized_id[1]["labels"])))
输出：
'你们俩话太多了，我该和温太医要一剂药，好好治治你们。<|eot_id|><|eot_id|>'
5、定义模型
import torchmodel = AutoModelForCausalLM.from_pretrained('/root/autodl-tmp/LLM-Research/Meta-Llama-3___1-8B-Instruct', device_map="auto",torch_dtype=torch.bfloat16)model输出如下：
model.enable_input_require_grads() 开启梯度检查点时，要执行该方法
查看模型加载的精度
model.dtype
输出：
torch.bfloat16
6、Lora配置
task_type：模型类型 target_modules：需要训练的模型层的名字，主要就是attention部分的层，不同的模型对应的层的名字不同，可以传入数组，也可以字符串，也可以正则表达式。 r：lora的秩， 具体可以看Lora原理lora_alpha：Lora alaph，具体作用参见 Lora 原理
Lora的缩放是啥？不是r（秩），这个缩放就是lora_alpha/r, 在这个LoraConfig中缩放就是4倍。
from peft import LoraConfig, TaskType, get_peft_modelconfig = LoraConfig(task_type=TaskType.CAUSAL_LM,target_modules=["q_proj", "k_proj", "v_proj", "o_proj", "gate_proj", "up_proj", "down_proj"],inference_mode=False, # 训练模式r=8, # Lora 秩lora_alpha=32, # Lora alaph，具体作用参见 Lora 原理lora_dropout=0.1# Dropout 比例)config
输出：
LoraConfig(peft_type=<PeftType.LORA: 'LORA'>, auto_mapping=None, base_model_name_or_path=None, revision=None, task_type=<TaskType.CAUSAL_LM: 'CAUSAL_LM'>, inference_mode=False, r=8, target_modules={'k_proj', 'v_proj', 'up_proj', 'o_proj', 'down_proj', 'gate_proj', 'q_proj'}, lora_alpha=32, lora_dropout=0.1, fan_in_fan_out=False, bias='none', use_rslora=False, modules_to_save=None, init_lora_weights=True, layers_to_transform=None, layers_pattern=None, rank_pattern={}, alpha_pattern={}, megatron_config=None, megatron_core='megatron.core', loftq_config={}, use_dora=False, layer_replication=None)加载微调配置
model = get_peft_model(model, config)config
输出：
LoraConfig(peft_type=<PeftType.LORA: 'LORA'>, auto_mapping=None, base_model_name_or_path='/root/autodl-tmp/LLM-Research/Meta-Llama-3___1-8B-Instruct', revision=None, task_type=<TaskType.CAUSAL_LM: 'CAUSAL_LM'>, inference_mode=False, r=8, target_modules={'k_proj', 'v_proj', 'up_proj', 'o_proj', 'down_proj', 'gate_proj', 'q_proj'}, lora_alpha=32, lora_dropout=0.1, fan_in_fan_out=False, bias='none', use_rslora=False, modules_to_save=None, init_lora_weights=True, layers_to_transform=None, layers_pattern=None, rank_pattern={}, alpha_pattern={}, megatron_config=None, megatron_core='megatron.core', loftq_config={}, use_dora=False, layer_replication=None)查看可训练的参数
model.print_trainable_parameters()
输出：
trainable params: 20,971,520 || all params: 8,051,232,768 || trainable%: 0.2605
7、配置训练参数
output_dir：模型的输出路径 per_device_train_batch_size：顾名思义 batch_size gradient_accumulation_steps: 梯度累加，如果你的显存比较小，那可以把 batch_size 设置小一点，梯度累加增大一些。 logging_steps：多少步，输出一次log num_train_epochs：顾名思义 epoch gradient_checkpointing：梯度检查，这个一旦开启，模型就必须执行model.enable_input_require_grads()
args = TrainingArguments(output_dir="./output/llama3_1_instruct_lora",per_device_train_batch_size=4,gradient_accumulation_steps=4,logging_steps=10,num_train_epochs=3,save_steps=100, # 为了快速演示，这里设置10，建议你设置成100learning_rate=1e-4,save_on_each_node=True,gradient_checkpointing=True)
8、开始Trainer训练
trainer = Trainer(model=model,args=args,train_dataset=tokenized_id,data_collator=DataCollatorForSeq2Seq(tokenizer=tokenizer, padding=True),)trainer.train()
9、合并模型
将训练后的权重文件合并到基础模型中，产生新的模型文件
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizerimport torchfrom peft import PeftModelmode_path = '/root/autodl-tmp/LLM-Research/Meta-Llama-3___1-8B-Instruct'lora_path = '/root/autodl-tmp/output/llama3_1_instruct_lora/checkpoint-100' # 这里改称你的 lora 输出对应 checkpoint 地址# 加载tokenizertokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(mode_path, trust_remote_code=True)# 加载模型model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(mode_path, device_map="auto",torch_dtype=torch.bfloat16, trust_remote_code=True).eval()# 加载lora权重model = PeftModel.from_pretrained(model, model_id=lora_path)
10、模型推理
prompt = "你是谁？"messages = [{"role": "system", "content": "假设你是皇帝身边的女人--甄嬛。"},{"role": "user", "content": prompt}]input_ids = tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=False)model_inputs = tokenizer([input_ids], return_tensors="pt").to('cuda')generated_ids = model.generate(model_inputs.input_ids,max_new_tokens=512)generated_ids = [output_ids[len(input_ids):] for input_ids, output_ids in zip(model_inputs.input_ids, generated_ids)]response = tokenizer.batch_decode(generated_ids, skip_special_tokens=True)[0]print(response)
推理结果输出：
我是甄嬛，家父是大理寺少卿甄远道。
为了将Llama 3.1模型的能力发布分享给其他用户，我们采用FastAPI框架来发布一个API服务。FastAPI是一个现代、快速（高性能）的Web框架，用于构建API与Python类型提示的强大组合。它使得设计、构建、测试和部署API变得简单快捷。
首先，我们创建了一个名为fastapi-test.py的文件，这个文件将包含启动和运行我们的API服务所必需的代码。
1、代码准备
from fastapi import FastAPI, Requestfrom transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLMimport uvicornimport jsonimport datetimeimport torch# 设置设备参数DEVICE = "cuda"# 使用CUDADEVICE_ID = "0"# CUDA设备ID，如果未设置则为空CUDA_DEVICE = f"{DEVICE}:{DEVICE_ID}" if DEVICE_ID else DEVICE# 组合CUDA设备信息# 清理GPU内存函数def torch_gc():if torch.cuda.is_available():# 检查是否可用CUDAwith torch.cuda.device(CUDA_DEVICE):# 指定CUDA设备torch.cuda.empty_cache()# 清空CUDA缓存torch.cuda.ipc_collect()# 收集CUDA内存碎片# 创建FastAPI应用app = FastAPI()# 处理POST请求的端点@app.post("/")async def create_item(request: Request):global model, tokenizer# 声明全局变量以便在函数内部使用模型和分词器json_post_raw = await request.json()# 获取POST请求的JSON数据json_post = json.dumps(json_post_raw)# 将JSON数据转换为字符串json_post_list = json.loads(json_post)# 将字符串转换为Python对象prompt = json_post_list.get('prompt')# 获取请求中的提示messages = [{"role": "system", "content": "You are a helpful assistant."},{"role": "user", "content": prompt}]# 调用模型进行对话生成input_ids = tokenizer.apply_chat_template(messages,tokenize=False,add_generation_prompt=True)model_inputs = tokenizer([input_ids], return_tensors="pt").to('cuda')generated_ids = model.generate(model_inputs.input_ids,max_new_tokens=512)generated_ids = [output_ids[len(input_ids):] for input_ids, output_ids in zip(model_inputs.input_ids, generated_ids)]response = tokenizer.batch_decode(generated_ids, skip_special_tokens=True)[0]now = datetime.datetime.now()# 获取当前时间time = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")# 格式化时间为字符串# 构建响应JSONanswer = {"response": response,"status": 200,"time": time}# 构建日志信息log = "[" + time + "] " + '", prompt:"' + prompt + '", response:"' + repr(response) + '"'print(log)# 打印日志torch_gc()# 执行GPU内存清理return answer# 返回响应# 主函数入口if __name__ == '__main__':# 加载预训练的分词器和模型model_name_or_path = '/root/autodl-tmp/LLM-Research/Meta-Llama-3___1-8B-Instruct'tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name_or_path, use_fast=False)model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name_or_path, device_map="auto", torch_dtype=torch.bfloat16)# 启动FastAPI应用# 用6006端口可以将autodl的端口映射到本地，从而在本地使用apiuvicorn.run(app, host='0.0.0.0', port=6006, workers=1)# 在指定端口和主机上启动应用
2、启动API服务
python fastapi-test.py
3、curl命令调用API
默认部署在 6006 端口，通过 POST 方法进行调用，可以使用 curl 调用，如下所示：
curl -X POST "http://127.0.0.1:6006" \-H 'Content-Type: application/json' \-d '{"prompt": "什么是AI大模型？"}'输出：
{"response":"AI大模型（Large Language Model, LLM）是一种基于深度学习的计算机模型，它能够处理和理解自然语言的能力。它可以理解和生成人类语言的不同方面，如语法、语义、语调等。","status":200,"time":"2024-07-30 10:37:36"}4、python代码调用API
也可以使用 python 中的 requests 库进行调用，如下所示：
import requestsimport jsondef get_completion(prompt):headers = {'Content-Type': 'application/json'}data = {"prompt": prompt}response = requests.post(url='http://127.0.0.1:6006', headers=headers, data=json.dumps(data))return response.json()['response']get_completion('什么是机器学习？')
'机器学习是一种人工智能的分支，研究如何让计算机能够通过数据和经验学习和改进其性能。它涉及使用算法和统计模型来分析数据，自动化决策和预测任务。'
在本文中，我们深入探讨了Llama 3.1模型的推理过程、微调技巧以及API部署调用，旨在助力读者精进对AI大型模型的实践技能。Llama 3.1的开源精神不仅赋予了AI社区一款功能强大的工具，更激发了技术的共享与创新活力。随着越来越多的开发者和企业深入挖掘Llama 3.1的潜力，我们有理由相信，未来将涌现出更多令人振奋的应用成果和技术创新。
