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docs/chapter6/第六章 大模型训练流程实践.md

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 - 从零实现的 LLM 训练无法较好地实现多卡分布式训练，训练效率较低；
 - 和现有预训练 LLM 不兼容，无法使用预训练好的模型参数
 
-因此，在本章中，我们将介绍目前 LLM 领域的主流训练框架 transformers，并结合分布式框架 deepspeed、高效微调框架 peft 等主流框架，实践使用 transformers 进行模型 Pretrain、SFT 全流程，更好地对接业界的主流 LLM 技术方案。
+因此，在本章中，我们将介绍目前 LLM 领域的主流训练框架 Transformers，并结合分布式框架 deepspeed、高效微调框架 peft 等主流框架，实践使用 transformers 进行模型 Pretrain、SFT 全流程，更好地对接业界的主流 LLM 技术方案。
 
 ### 6.1.1 框架介绍
 
-transformers 是由 Hugging Face 开发的 NLP 框架，通过模块化设计实现了对 BERT、GPT、LLaMA、T5、ViT 等上百种主流模型架构的统一支持。通过使用 transformers，开发者无需重复实现基础网络结构，通过 AutoModel 类即可一键加载任意预训练。
+Transformers 是由 Hugging Face 开发的 NLP 框架，通过模块化设计实现了对 BERT、GPT、LLaMA、T5、ViT 等上百种主流模型架构的统一支持。通过使用 Transformers，开发者无需重复实现基础网络结构，通过 AutoModel 类即可一键加载任意预训练，图6.1 为 Hugging Face Transformers 课程首页：
 
-![transformers](./images/1-1.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-1.png" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.1 Hugging Face Transformers</p>
+</div>
 
-同时，框架内置的 Trainer 类封装了分布式训练的核心逻辑，支持 PyTorch 原生 DDP、DeepSpeed、Megatron-LM 等多种分布式训练策略。通过简单配置训练参数，即可实现数据并行、模型并行、流水线并行的混合并行训练，在 8 卡 A100 集群上可轻松支持百亿参数模型的高效训练。配合SavingPolicy和LoggingCallback等组件，实现了训练过程的自动化管理。其还支持与 Deepspeed、peft、wandb 等框架进行集成，直接通过参数设置即可无缝对接，从而快速、高效实现 LLM 训练。
+同时，框架内置的 Trainer 类封装了分布式训练的核心逻辑，支持 PyTorch 原生 DDP、DeepSpeed、Megatron-LM 等多种分布式训练策略。通过简单配置训练参数，即可实现数据并行、模型并行、流水线并行的混合并行训练，在 8 卡 A100 集群上可轻松支持百亿参数模型的高效训练。配合 SavingPolicy 和 LoggingCallback 等组件，实现了训练过程的自动化管理。其还支持与 Deepspeed、peft、wandb、Swanlab 等框架进行集成，直接通过参数设置即可无缝对接，从而快速、高效实现 LLM 训练。
 
-对 LLM 时代的 NLP 研究者更为重要的是，HuggingFace 基于 transformers 框架搭建了其庞大的 AI 社区，开放了数亿个预训练模型参数、25万+不同类型数据集，通过 transformers、dataset、evaluate 等多个框架实现对预训练模型、数据集及评估函数的集成，从而帮助开发者可以便捷地使用任一预训练模型，在开源模型及数据集的基础上便捷地实现个人模型的开发与应用。
+对 LLM 时代的 NLP 研究者更为重要的是，HuggingFace 基于 Transformers 框架搭建了其庞大的 AI 社区，开放了数亿个预训练模型参数、25万+不同类型数据集，通过 Transformers、Dataset、Evaluate 等多个框架实现对预训练模型、数据集及评估函数的集成，从而帮助开发者可以便捷地使用任一预训练模型，在开源模型及数据集的基础上便捷地实现个人模型的开发与应用。
 
-![](./images/1-2.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-2.png" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.2 Hugging Face Transformers 模型社区</p>
+</div>
 
-在 LLM 时代，模型结构的调整和重新预训练越来越少，开发者更多的业务应用在于使用预训练好的 LLM 进行 Post Train 和 SFT，来支持自己的下游业务应用。且由于预训练模型体量大，便捷集成 deepspeed 等分布式训练框架逐渐成为 LLM 时代 NLP 模型训练的必备技能。因此，transformers 已逐步成为学界、业界 NLP 技术的主流框架，不管是企业业务开发还是科研研究，都逐渐首选 transformers 进行模型实现。同时，新发布的开源 LLM 如 DeepSeek、Qwen 也都会第一时间在 transformers 社区开放其预训练权重与模型调用 Demo。通过使用 transformers 框架，可以高效、便捷地完成 LLM 训练及开发，实现工业级的产出交付。接下来，我们就会以 transformers 框架为基础，介绍如何通过 transformers 框架实现 LLM 的 Pretrain 及 SFT。
+在 LLM 时代，模型结构的调整和重新预训练越来越少，开发者更多的业务应用在于使用预训练好的 LLM 进行 Post Train 和 SFT，来支持自己的下游业务应用。且由于预训练模型体量大，便捷集成 deepspeed 等分布式训练框架逐渐成为 LLM 时代 NLP 模型训练的必备技能。因此，Transformers 已逐步成为学界、业界 NLP 技术的主流框架，不管是企业业务开发还是科研研究，都逐渐首选 Transformers 进行模型实现。同时，新发布的开源 LLM 如 DeepSeek、Qwen 也都会第一时间在 Transformers 社区开放其预训练权重与模型调用 Demo。通过使用 Transformers 框架，可以高效、便捷地完成 LLM 训练及开发，实现工业级的产出交付。接下来，我们就会以 Transformers 框架为基础，介绍如何通过 Transformers 框架实现 LLM 的 Pretrain 及 SFT。
 
 ### 6.1.2 初始化 LLM
 
-我们可以使用 transformers 的 AutoModel 类来直接初始化已经实现好的模型。对于任意预训练模型，其参数中都包含有模型的配置信息。如果是想要从头训练一个 LLM，可以使用一个已有的模型架构来直接初始化。这里，我们以 Qwen-2.5-1.5B （https://huggingface.co/Qwen/Qwen2.5-1.5B/tree/main）的模型架构为例：
+我们可以使用 transformers 的 AutoModel 类来直接初始化已经实现好的模型。对于任意预训练模型，其参数中都包含有模型的配置信息。如果是想要从头训练一个 LLM，可以使用一个已有的模型架构来直接初始化。这里，我们以 [Qwen-2.5-1.5B](https://huggingface.co/Qwen/Qwen2.5-1.5B/tree/main)的模型架构为例：
 
-![](./images/1-3.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-3.png" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.3 Qwen-2.5-1.5B</p>
+</div>
 
-该界面即为 HuggingFace 社区中的 Qwen-2.5-1.5B 模型参数，其中的 config.json 文件即是模型的配置信息，包括了模型的架构、隐藏层大小、模型层数等：
+该界面即为 HuggingFace 社区中的 Qwen-2.5-1.5B 模型参数，其中的 `config.json` 文件即是模型的配置信息，包括了模型的架构、隐藏层大小、模型层数等，如图6.4所示：
 
-![](./images/1-4.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-4.png" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.4 Qwen-2.5-1.5B config.json 文件</p>
+</div>
 
-我们可以沿用该模型的配置信息，初始化一个 Qwen-2.5-1.5B 模型来进行训练，也可以在该配置信息的基础上进行更改，如修改隐藏层大小、注意力头数等，来定制一个模型结构。HuggingFace 提供了 python 工具来便捷下载想使用的模型参数：
+我们可以沿用该模型的配置信息，初始化一个 Qwen-2.5-1.5B 模型来进行训练，也可以在该配置信息的基础上进行更改，如修改隐藏层大小、注意力头数等，来定制一个模型结构。HuggingFace 提供了 Python 工具来便捷下载想使用的模型参数：
 
 ```python
 import os
@@ -44,9 +56,12 @@ os.environ['HF_ENDPOINT'] = 'https://hf-mirror.com'
 os.system('huggingface-cli download --resume-download Qwen/Qwen2.5-1.5B --local-dir your_local_dir')
 ```
 
-此处的 “Qwen/Qwen2.5-1.5B”即为要下载模型的标识符，对于其他模型，可以直接复制 HuggingFace 上的模型名即可：
+如图6.5，此处的 “Qwen/Qwen2.5-1.5B”即为要下载模型的标识符，对于其他模型，可以直接复制 HuggingFace 上的模型名即可：
 
-![](./images/1-5.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-5.png" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.5 模型下载标识</p>
+</div>
 
 下载完成后，可以使用 AutoConfig 类直接加载下载好的配置文件：
 
@@ -69,11 +84,14 @@ from transformers import AutoModelForCausalLM
 model = AutoModelForCausalLM.from_config(config,trust_remote_code=True)
 ```
 
-由于 LLM 一般都是 CausalLM 架构，此处使用了 AutoModelForCausalLM 类进行加载。如果是用于分类任务训练，可使用 AutoModelForSequenceClassification 类来加载。查看该 model，可以看到其架构和定义的配置文件相同：
+由于 LLM 一般都是 CausalLM 架构，此处使用了 AutoModelForCausalLM 类进行加载。如果是用于分类任务训练，可使用 AutoModelForSequenceClassification 类来加载。查看该 model，图6.6可以看到其架构和定义的配置文件相同：
 
-![](./images/1-6.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-6.png" alt="alt text" width="70%">
+    <p>图6.6 模型结构输出结果</p>
+</div>
 
-该 model 就是一个从零初始化的 Qwen-2.5-1.5B 模型了。一般情况下，我们很少从零初始化 LLM 进行预训练，较多的做法是继承一个预训练好的 LLM ，在自己的语料上进行后训练。这里，我们也介绍如何从下载好的模型参数中初始化一个预训练好的模型。
+该 model 就是一个从零初始化的 Qwen-2.5-1.5B 模型了。一般情况下，我们很少从零初始化 LLM 进行预训练，较多的做法是加载一个预训练好的 LLM 权重，在自己的语料上进行后训练。这里，我们也介绍如何从下载好的模型参数中初始化一个预训练好的模型。
 
 ```python
 from transformers import AutoModelForCausalLM
@@ -105,13 +123,16 @@ from datasets import load_dataset
 ds = load_dataset('json', data_files='/mobvoi_seq_monkey_general_open_corpus.jsonl')
 ```
 
-注意，由于数据集较大，加载可能会出现时间较长或内存不够的情况，建议前期测试时将预训练数据集拆分一部分出来进行测试。加载出来的 ds 是一个 DatasetDict 对象，加载的数据会默认保存在 train 键对应的值中，可以通过以下代码查看：
+注意，由于数据集较大，加载可能会出现时间较长或内存不够的情况，建议前期测试时将预训练数据集拆分一部分出来进行测试。加载出来的 ds 是一个 DatasetDict 对象，加载的数据会默认保存在 `train` 键对应的值中，可以通过以下代码查看：
 
 ```python
 ds["train"][0]
 ```
 
-![](./images/1-7.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/1-7.png" alt="alt text" width="100%">
+    <p>图6.7 数据集展示</p>
+</div>
 
 可以通过 feature 属性查看数据集的特征（也就是列），这里需要保存一下数据集的列名，因为后续数据处理时，再将文本 tokenize 之后，需要移除原先的文本：
 
@@ -229,13 +250,13 @@ trainer = Trainer(
 trainer.train()
 ```
 
-注：上述代码存放于 ./code/pretrian.ipynb 文件中。
+> 注：上述代码存放于 `./code/pretrian.ipynb` 文件中。
 
 ### 6.1.5 使用 DeepSpeed 实现分布式训练
 
 由于预训练规模大、时间长，一般不推荐使用 Jupyter Notebook 来运行，容易发生中断。且由于预训练规模大，一般需要使用多卡进行分布式训练，否则训练时间太长。在这里，我们介绍如何基于上述代码，使用 DeepSpeed 框架实现分布式训练，从而完成业界可用的 LLM Pretrain。
 
-长时间训练一般使用 sh 脚本设定超参，再启动写好的 python 脚本实现训练。我们使用一个 python 脚本（./code/pretrain.py）来实现训练全流程。
+长时间训练一般使用 bash 脚本设定超参，再启动写好的 python 脚本实现训练。我们使用一个 Python 脚本（`./code/pretrain.py`）来实现训练全流程。
 
 先导入所需第三方库：
 
@@ -444,7 +465,7 @@ wandb.init(project="pretrain", name="from_scrach")
 
 在启动训练后，终端会输出 wandb 监测的 url，点击即可观察训练进度。此处不再赘述 wandb 的使用细节，欢迎读者查阅相关的资料说明。
 
-完成上述代码后，我们使用一个 sh 脚本（./code/pretrain.sh）定义超参数的值，并通过 deepspeed 启动训练，从而实现高效的多卡分布式训练：
+完成上述代码后，我们使用一个 sh 脚本（`./code/pretrain.sh`）定义超参数的值，并通过 Deepspeed 启动训练，从而实现高效的多卡分布式训练：
 
 ```bash
 # 设置可见显卡
@@ -477,7 +498,7 @@ deepspeed pretrain.py \
     --report_to wandb
     # --resume_from_checkpoint ${output_model}/checkpoint-20400 \
 ```
-在安装了 deepspeed 第三方库后，可以直接通过 deepspeed 命令来启动多卡训练。上述脚本命令主要是定义了各种超参数的值，可参考使用。在第四章中，我们介绍了 DeepSpeed 分布式训练的原理和 ZeRO 阶段设置，在这里，我们使用 ZeRO-2 进行训练。此处加载了 ds_config_zero.json 作为 DeepSpeed 的配置参数：
+在安装了 Deepspeed 第三方库后，可以直接通过 Deepspeed 命令来启动多卡训练。上述脚本命令主要是定义了各种超参数的值，可参考使用。在第四章中，我们介绍了 DeepSpeed 分布式训练的原理和 ZeRO 阶段设置，在这里，我们使用 ZeRO-2 进行训练。此处加载了 `ds_config_zero.json` 作为 DeepSpeed 的配置参数：
 
 ```json
 {
@@ -534,17 +555,17 @@ deepspeed pretrain.py \
 }
 ```
 
-最后，在终端 sh 运行该 pretrain.sh 脚本即可开始训练。
+最后，在终端 bash 运行该 `pretrain.sh` 脚本即可开始训练。
 
 ## 6.2 模型有监督微调
 
-在上一节，我们介绍了如何使用 transformers 框架快速、高效地进行模型预训练。在本部分，我们将基于上部分内容，介绍如何使用 transformers 框架对预训练好的模型进行有监督微调。
+在上一节，我们介绍了如何使用 Transformers 框架快速、高效地进行模型预训练。在本部分，我们将基于上部分内容，介绍如何使用 Transformers 框架对预训练好的模型进行有监督微调。
 
 ### 6.2.1 Pretrain VS SFT
 
 首先需要回顾一下，对 LLM 进行预训练和进行有监督微调的核心差异在于什么。在第四章中提到过，目前成型的 LLM 一般通过 Pretrain-SFT-RLHF 三个阶段来训练，在 Pretrain 阶段，会对海量无监督文本进行自监督建模，来学习文本语义规则和文本中的世界知识；在 SFT 阶段，一般通过对 Pretrain 好的模型进行指令微调，即训练模型根据用户指令完成对应任务，从而使模型能够遵循用户指令，根据用户指令进行规划、行动和输出。因此，Pretrain 和 SFT 均使用 CLM 建模，其核心差异在于，Pretrain 使用海量无监督文本进行训练，模型直接对文本执行“预测下一个 token”的任务；而 SFT 使用构建成对的指令对数据，模型根据输入的指令，建模后续的输出。反映到具体的训练实现上，Pretrain 会对全部 text 进行 loss 计算，要求模型对整个文本实现建模预测；而 SFT 仅对输出进行 loss 计算，不计算指令部分的 loss。
 
-因此，相较于上一节完成的 Pretrain 代码，SFT 部分仅需要修改数据处理环节，实现对指令对数据转化为训练样本的构建，其余部分和 Pretrain 是完全一致的实现逻辑。本部分代码脚本为 ./code/finetune.py。
+因此，相较于上一节完成的 Pretrain 代码，SFT 部分仅需要修改数据处理环节，实现对指令对数据转化为训练样本的构建，其余部分和 Pretrain 是完全一致的实现逻辑。本部分代码脚本为`./code/finetune.py`。
 
 ### 6.2.2 微调数据处理
 
@@ -622,7 +643,7 @@ for i in tqdm(range(len(sources))):
 ```
 上述代码沿承了 Qwen 的 Chat Template 逻辑，读者也可以根据自己的偏好进行修改，其核心点在于 User 的文本不需要拟合，因此 targets 中 User 对应的文本内容是使用的 IGNORE_TOKEN_ID 进行遮蔽，而 Assistant 对应的文本内容则是文本原文，是需要计算 loss 的。目前主流 LLM IGNORE_TOKEN_ID 一般设置为 -100。
 
-完成拼接后，将 tokenize 后的数值序列转化为 tensor，再拼接成 Dataset 所需的字典返回即可：
+完成拼接后，将 tokenize 后的数值序列转化为 `Torch.tensor`，再拼接成 Dataset 所需的字典返回即可：
 
 ```python
 input_ids = torch.tensor(input_ids)
@@ -662,7 +683,7 @@ class SupervisedDataset(Dataset):
         )
 ```
 
-该类继承自 torch 的 Dataset 类，可以直接在 Trainer 中使用。完成数据处理后，基于上一节脚本，修改数据处理逻辑即可，后续模型训练等几乎完全一致，此处附上主函数逻辑：
+该类继承自 Torch 的 Dataset 类，可以直接在 Trainer 中使用。完成数据处理后，基于上一节脚本，修改数据处理逻辑即可，后续模型训练等几乎完全一致，此处附上主函数逻辑：
 
 ```python
 # 加载脚本参数
@@ -756,7 +777,7 @@ trainer.save_model()
 
 ## 6.3 高效微调
 
-在前面几节，我们详细介绍了基于 transformers 框架对模型进行 Pretrain、SFT 以及 RLHF 的原理和实践细节。但是，由于 LLM 参数量大，训练数据多，通过上述方式对模型进行训练（主要指 SFT 及 RLHF）需要调整模型全部参数，资源压力非常大。对资源有限的企业或课题组来说，如何高效、快速对模型进行领域或任务的微调，以低成本地使用 LLM 完成目标任务，是非常重要的。
+在前面几节，我们详细介绍了基于 Transformers 框架对模型进行 Pretrain、SFT 以及 RLHF 的原理和实践细节。但是，由于 LLM 参数量大，训练数据多，通过上述方式对模型进行训练（主要指 SFT 及 RLHF）需要调整模型全部参数，资源压力非常大。对资源有限的企业或课题组来说，如何高效、快速对模型进行领域或任务的微调，以低成本地使用 LLM 完成目标任务，是非常重要的。
 
 ### 6.3.1 高效微调方案
 
@@ -764,9 +785,12 @@ trainer.save_model()
 
 **Adapt Tuning**。即在模型中添加 Adapter 层，在微调时冻结原参数，仅更新 Adapter 层。
 
-具体而言，其在预训练模型每层中插入用于下游任务的参数，即 Adapter 模块，在微调时冻结模型主体，仅训练特定于任务的参数。
+具体而言，其在预训练模型每层中插入用于下游任务的参数，即 Adapter 模块，在微调时冻结模型主体，仅训练特定于任务的参数，如图6.8所示。
 
-![Adapter](./images/3-1.jpg)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/3-1.png" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.8 Adapt Tuning</p>
+</div>
 
 每个 Adapter 模块由两个前馈子层组成，第一个前馈子层将 Transformer 块的输出作为输入，将原始输入维度 $d$ 投影到 $m$，通过控制 $m$ 的大小来限制 Adapter 模块的参数量，通常情况下 $m << d$。在输出阶段，通过第二个前馈子层还原输入维度，将 $m$ 重新投影到 $d$，作为 Adapter 模块的输出(如上图右侧结构)。
 
@@ -813,9 +837,12 @@ $$h = W_0 x + \Delta W x = W_0 x + B A x$$
 
 在开始训练时，对 $A$ 使用随机高斯初始化，对 $B$ 使用零初始化，然后使用 Adam 进行优化。
 
-训练思路如图：
+训练思路如图6.9所示：
 
-![LoRA](./images/3-2.png)
+<div align='center'>
+    <img src="./images/3-2.jpg" alt="alt text" width="90%">
+    <p>图6.9 LoRA</p>
+</div>
 
 #### （2）应用于 Transformer
 
@@ -1016,11 +1043,14 @@ trainer = Trainer(
 trainer.train()
 ```
 
-如果是应用在 DPO、KTO 上，则也相同的加入 LoRA 参数并通过 get_peft_model 获取一个 LoRA 模型即可，其他的不需要进行任何修改。但要注意的是，LoRA 微调能够大幅度降低显卡占用，且在下游任务适配上能够取得较好的效果，但如果是需要学习对应知识的任务，LoRA 由于只调整低秩矩阵，难以实现知识的注入，一般效果不佳，因此不推荐使用 LoRA 进行模型预训练或后训练。
+如果是应用在 DPO、KTO 上，则也相同的加入 LoRA 参数并通过 `get_peft_model` 获取一个 LoRA 模型即可，其他的不需要进行任何修改。但要注意的是，LoRA 微调能够大幅度降低显卡占用，且在下游任务适配上能够取得较好的效果，但如果是需要学习对应知识的任务，LoRA 由于只调整低秩矩阵，难以实现知识的注入，一般效果不佳，因此不推荐使用 LoRA 进行模型预训练或后训练。
 
 **参考资料**
 
-1. [LoRA: Low-rank Adaptation of Large Language Models](https://arxiv.org/pdf/2106.09685.pdf)
-2. [Intrinsic Dimensionality Explains the Effectiveness of Language Model Fine-Tuning](https://arxiv.org/abs/2012.13255)
-3. [Parameter-Efficient Transfer Learning for NLP](http://proceedings.mlr.press/v97/houlsby19a/houlsby19a.pdf)
-4. [Prefix-Tuning: Optimizing Continuous Prompts for Generation](https://arxiv.org/abs/2101.00190)
+[1] Neil Houlsby, Andrei Giurgiu, Stanislaw Jastrzebski, Bruna Morrone, Quentin de Laroussilhe, Andrea Gesmundo, Mona Attariyan, and Sylvain Gelly. (2019). *Parameter-Efficient Transfer Learning for NLP.* arXiv preprint arXiv:1902.00751.
+
+[2] Edward J. Hu, Yelong Shen, Phillip Wallis, Zeyuan Allen-Zhu, Yuanzhi Li, Shean Wang, Lu Wang, and Weizhu Chen. (2021). *LoRA: Low-Rank Adaptation of Large Language Models.* arXiv preprint arXiv:2106.09685.
+
+[3] Armen Aghajanyan, Luke Zettlemoyer, and Sonal Gupta. (2020). *Intrinsic Dimensionality Explains the Effectiveness of Language Model Fine-Tuning.* arXiv preprint arXiv:2012.13255.
+
+[4] Xiang Lisa Li 和 Percy Liang. (2021). *Prefix-Tuning: Optimizing Continuous Prompts for Generation.* arXiv preprint arXiv:2101.00190.