收藏 | NLP核心GPT调教指南：让你的语言模型性能时时SOTA

Posted 2021-08-27 人工智能博士

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转载于 ：新智元

有些语言模型虽然在一些快速实验中表现SOTA，对于任何真实应用部署，仍需特定训练，这就需要「微调」。本文提供了一份详细指南，教你如何微调常用语言模型，还会通过在twitter情感检测数据集上微调来比较其性能。

文本生成是一项有趣的NLP任务：输入提示→生成文本。

 

△ T5文本到文本框架示例（来源：Google AI Blog）

 

在这一过程中，会用到某种形式的「序列到序列」这一王者模型，如语言模型——应用语言模型根据前面的句子预测接下来的单词。

 

近年来，这一研究领域非常热门，主要因为：1）有几个高性能的预训练模型可供使用; 2）NLP任务转化为「text-in text-out」问题比较容易。

 

T5开发者非常直观地呈现了这些，相同的模型可以用于语言翻译、文本回归、摘要等。

 

本文主要关注GPT-2，GPT-Neo和T5：

 

GPT-2: 它是OpenAI发布的一系列原始语言模型的第二次迭代。正是这一系列模型让GPT出名的。GPT即「Generative Pre-trained Transformer」，目前有3个版本(v1、 v2和 v3)。目前只有 GPT-1和 GPT-2是开源的，本实验将选择最新的版本。在技术方面，GPT-2的体系结构由Transformer架构的解码部分组成。

 

GPT-Neo: 该模型由EleutherAI开发，为了对抗GPT-3, 目前尚未开源，其架构与GPT-3相当类似，不过它的训练文本数据集是825 GB.

 

T5: 即「Text-to-Text Transfer Transformer」，是Google贡献的开源语言模型，展示了使用完整的编解码器架构（transformer）优于仅使用解码器（如GPT），因此T5保持了原有的transformer架构。

 

需要注意的是，每个模型都根据可调参数大小进一步发布了几个版本。本文选择的是117M 的 GPT-2,125M 的 GPT-Neo 和220M 的 T5。

 

3个模型对比如下，

 

 

情感检测任务和数据集

 

为了检验不同模型的性能，实验在对简单任务（情感检测）进行微调之后对比其准确性。

 

本测试用的是Twitter情感分析数据集，其中包含160万条推文，消极言论、积极言论均有。

 

△Twitter情感分析数据集下载地址：

https://www.kaggle.com/kazanova/sentiment140

 

为了提高计算效率，实验从中抽取了10000条推文，情感类型分布平均。

 

然后，用95%的数据训练模型，5%的数据用于测试目的。

 

为了公平比较，实验使用了相同的测试，并对所有三种模型进行分组训练。

 

最后，实验将对每个模型进行3次分别测试并对每个模型进行训练，这是一种复制3次验证试验的方法。

 

实验报告了个人和聚合(平均) f1宏评分，可用于模型的性能比较。

 

 

现在有一个问题，如何将情感检测任务转换成文本生成任务？

 

答案很简单，创建一个直观的提示符(带数据的模板) ，它可以反映出类似的表示如何在网络上发生。

 

即把一条推文作为输入，想要产生情感输出。

 

所以对于提示，实验把一条推文放在后，期待模型预测出情感，生成在下一行后面。

 

这种产生有效提示的过程叫「prompt engineering」，显示出了仅改变提示就能使语言模型表现更佳！

 

实验先从最简单的提示格式开始展示，有两种不同的提示，分别用于训练和测试，展示如下：

 

训练提示(我们希望模型学习这个「模式」来解决「任务」)

 

 

测试提示(现在我们希望模型已经学习了「任务」，因此可以完成「模式」)

 

 

因此，在测试过程中，作者只提取模型预测的、在后的单词，并将该单词作为预测的情感标签。

 

现在，实验开始！

 

微调GPT-2和GPT-Neo

 

由于GPT-2和 GPT-Neo 架构几乎相同，因此大多数微调代码保持不变。因此，为了简洁起见，作者只分享了 GPT-2的代码，但也将指出适用于 GPT-Neo 模型所需的更改。接下来就从处理数据集开始，首先创建一个 Pytorch，用它定义如何为训练准备数据。

 

 

这包括三个模块:

 

 标记和存储的数据的地方

 

：返回总数据集的长度。这是每个epoch内计算步长所必需的

 

：获取数据，然后返回

 

另外，(1) 在第8行，作者定义了用于将原始数字情感标签转换为文本标签的映射，(2)在第12行，作者将数据转换为我们决定的训练提示符，(3)在第14行，作者执行tokenization(将推文分割成token+用它们唯一的 id 替换它们)。

 

 

接下来，将数据与Dataset类连接起来。代码分解如下：

 

第4-8行：从加载数据集开始。数据集可以下载（https://www.kaggle.com/kazanova/sentiment140）并在第4行修改本地路径。接下来，只对相关列设为子集，并且重命名。在第 8 行，作者实验采样了1万条推文。

 

第10-13行：将数据拆分为训练和测试，分别为95%和5%. 使用「stratify」标志，让拆分在情感类别中均匀分布。

 

第16行：将数据传递给「Sentiment Dataset」。可以对测试数据做同样的事情，测试时只是以原始形式返回了测试数据。

 

 

现在准备训练模型。代码分解如下：

 

第10-13行：加载分词器，添加一些特殊的标记，用来表示推文的不同部分，最后加载模型。

 

请注意，第5行已经定义了模型名称：GPT-2. 另外，添加特殊标记是为了让模型学习提示的开始和结束。这有助于稍后的测试阶段，因为我们不希望模型继续写下一个单词，但模型应该知道什么时候停止书写。要实现这一点，可以设置「eos_token」，训练模型在分类标签后进行预测。

 

第16行：用之前定义的函数加载和准备数据集。

 

第21-24行：为训练过程设置配置。简而言之，定义了模型的保存位置和时间、训练时间的长度和日志保存的位置，以及使用「batch_size」、「warmup_steps」和「weight_decay」的训练策略。

 

第27-31行：连接模型与训练数据集，开始训练。在「data_collator」中定义了如何处理训练数据。collator 中的前两个元素是「input_ids」——经过标记的提示和「attention_mask」——一个简单的1/0向量，表示已标记向量的提示和填充部分。

 

最后一部分非常有趣，将输入数据作为标签传递，而不仅仅是情感标签。这是因为我们正在训练一个语言模型，因此希望模型能够学习提示的模式，而不仅仅是情感类标签。

 

从某种意义上说，该模型是在学习预测输入推文的单词+提示中结构化的情感，并在此过程中学习情感检测任务。

 

训练即将开始。计算机不同，耗费的时间也不一样。 

 

 

最后对测试块进行了定义，获取训练过的模型并将其应用于保留的测试数据。以下是代码分解：

 

第5行：在模型上开启评估模式。

 

第8-15行：对于每个测试数据，首先会准备提示，但一个很不同的地方就：不包括情绪标签，因为这是我们希望模型预测的内容。另外，我们希望模型能够预测情感标签「eos_token」，然后通过输出「eos_token」来中断操作。最后，标记测试提示。

 

第17行：接受测试提示并预测下一组单词。这个函数中有很多参数，定义了如何预测下一个词。

 

第20-30行：从解码预测文本开始，即，将预测的标记id重新转换为文本。然后我们提取预测的情感标签并将所有相关信息存储到列表中。

 

第33-37行：首先将所有提取的信息合并到pandas dataframe中，提高可读性，然后使用sklearn包中的「f1_score」函数来计算完整模型的性能。

 

在运行GPT-2代码，并在数据集拆分代码中执行三次不同的「random_state」操作时，我们观察到该模型实际上能够像预期那样进行完美预测。它能够预测标签，然后使用「eos_token」中断执行。

 

f1宏评分为81.7%. 这与实验预料中的专用情感检测模型执行的效果进行了比较，这进一步强调了在NLP中，使用文本生成模型进行迁移学习非常容易。

 

GPT-Neo兼容代码

 

为了让GPT-2代码适用于GPT-Neo，必须做出以下修改：

 

• 导入「GPTneoForCausalLM」

• 将「model_name」设置为「EleutherAI/gpt-neo-2.7B」（从任何可用大小的模型中选择）

• 加载模型时使用

  「GPTNeoForCausalLM」代替「GPT2LMHeadModel」。

 

运行GPT-Neo修改后的代码，并遵循相同的训练策略，f1宏评分为 80.7%！

 

微调T5

T5的架构与GPT不同，T5保持原始的Transformer架构，而GPT仅保留解码器部分。

 

为训练 T5，作者使用了一个名为SimpleT5的wrapper package，它删除了训练阶段中大部分模板。虽然训练时的句法会发生变化，但整体流程和直觉仍然保持不变。

 

下面是数据部分。

 

 

从上图可以看出，大部分代码与实验之前为GPT模型所做的相同。

 

但一个最大的变化是无需Dataset一类，因为SimpleT5直接在pandas dataframe上工作。因此，团队加载数据，进行一些初始预处理，拆分数据并返回pandas dataframe。

 

无需标记创建Dataset，岂不妙哉？

 

值得注意的是，无需为此包创建提示格式。这样能够将输入的推文和情感标签分离到不同的列中，这里分别是「source_text」和「target_text」。

 

 

加载和训练模型也非常简单，只需3行代码即可完成。

 

 

下一步就是在测试数据集上测试微调的T5模型。

 

如图可见，推理部分也非常简单：第 11 行使用了predict函数并只传递「source_text」来获取预测的情感标签。

 

稍后会将其与「original_label」进行比较，生成第18行的性能分数。

 

在运行 T5 代码并遵循与之前相同的训练策略时，f1宏评分为80.7%.

 

研究结果

 

汇总所有结果就能得出以下表格：

 

 

要补充一点：在这一过程中，作者没有涉及超参数。

 

作者认为，要是再加上即时工程方法，只需使用这两种方法，就可以进一步提高所有模型的性能指标。

 

虽然 GPT-2 可能这一轮测试中表现更佳，但上面的表格也确实显示了文本生成模型的整体实力。三个模型在情感检测任务上都表现得非常好，只需要进行几个时期的训练。

 

即使这个实验是为单个任务完成的，作者仍然希望这能展示将TG模型用于全新的任务是有多容易。

 

在某种程度上，如果可以将NLP问题转化为文本生成问题，那预训练的模型就不会失败，或者说至少不会彻底失败。

 

各位读者感兴趣的话也不妨试着执行一下，看看会不会有更高的分数。

参考资料：

https://towardsdatascience.com/guide-to-fine-tuning-text-generation-models-gpt-2-gpt-neo-and-t5-dc5de6b3bc5e

GPT资源：http://mohitmayank.com/a_lazy_data_science_guide/natural_language_processing/GPTs.html#finetuning-gpt-2-for-sentiment-classification

T5资源：http://mohitmayank.com/a_lazy_data_science_guide/natural_language_processing/T5.html#t5-finetuning

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