如何训练一个大语言模型（LLMs）

前言

在当今数字时代，语言模型已经成为自然语言处理任务的强大工具，从文本生成到情感分析和机器翻译等各个方面都有涉猎。然而，训练这些模型需要仔细的规划、大量的计算资源以及机器学习技术方面的专业知识。

那么一个大型语言模型（LLMs）到底是如何训练出来的呢？在查阅了解之后，我们将相关内容整理出来。在本文中，将和大家一起探讨训练LLMs所涉及的步骤，欢迎各位读者指正与补充。

大语言模型 Vs机器学习模型

大语言模型和传统机器学习模型在模型训练步骤方面有一些相同点，比如它们都需要：

• 准备和整理训练数据
• 选择合适的模型架构和超参数
• 进行模型训练和评估

不过，它们也存在一些不同点，和机器学习模型相比，大语言模型通常：

• 更复杂，需要大量微调以适应特定任务
• 需要大量的文本数据，然后再进行
• 需要更大的计算资源和时间。

而传统机器学习模型可能更加灵活，可以根据任务的需求选择不同的特征工程和算法，在较小的数据集和资源下也能取得良好的效果。

• 更灵活
• 根据任务需求选择算法
• 较小的数据集和资源
  

训练过程

步骤1：数据策划（Data Curation)

在大模型训练过程中，数据清洗不单单是删除一些错误数据、重复项，还包括对不同语料数据的重新组织整合，同时，这些数据也可以重复训练不同的模型任务。因此，这里没有选择更佳熟悉的Data Cleaning，而是选用了Data Curation一词，感觉更佳恰当。

来自维基百科翻译：
数据策划是对从各种来源收集的数据进行组织和整合的过程。它涉及数据的标注、发布和呈现，以确保数据的价值随着时间的推移得以保持，并且数据仍然可以用于重复使用和保存。数据策划包括“所有为了原则性和受控的数据创建、维护和管理所需的过程，以及增加数据价值的能力”。

在训练数据整理阶段，收集大量的数据是关键。训练数据的质量和数量对LLMs的性能有着重要影响。收集的数据应该与模型的目标相关，多样化并且具有代表性的数据集，包括书籍、文章、网站或特定领域的语料库的文本。

数据收集完毕后，不能直接用于模型训练，还要进行各种处理，比如：

• 语言选择：收集的语料包含了各种语言，要选择哪几种语言进行训练。
• 质量检查：确保数据符合期望的质量标准，适合预期的用途
• 去重：删除相似性高的内容，以提高训练的准确性，同时减少占用的存储空间。
• 删除个人敏感信息 PII（ Personally Identifiable Information）
• 数据净化：识别和删除污染物、异常以及不需要的元素，有助于减轻使用受污染数据所带来的风险，例如偏见分析或不准确的见解。

步骤2：格式化与预处理

在将数据提供给模型之前，需要对其进行格式化和预处理。确保数据清洁、统一，以提高模型的训练效果。这包括：

• 格式化：将文本转换为模型可接受的输入格式
• 清洗文本：清洗文本以去除不必要的字符、标点符号、HTML标签、特殊字符或噪音等。
• 移除停用词：在语言中频繁出现但通常没有特定的含义或信息量，例如英文中的 “the”, “is”, “and” 等。
• 标记化/分词 (Tokenization)：将一句话切割成词组、短语或字符等离散单元，可以通过空格、标点符号或特定规则进行分割。

这个步骤最常用的工具库就是Tokenizers，支持多种算法和语言，能快速对文本进行清洗和预处理。

步骤3：训练模型

选择合适的训练框架是至关重要的，常用的框架包括TensorFlow、PyTorch等，根据需求和技术熟练程度选择合适的框架。同样重要的还有配置训练环境，包括硬件资源和软件依赖项，并确保训练过程的顺利运行。

配置训练环境：

1. 硬件资源：
   • GPU：训练LLMs需要大量的图形处理单元（GPU）来加速计算。通常使用NVIDIA的GPU，如Tesla V100、Tesla T4等。
   • TPU：谷歌的Tensor Processing Units（TPU）也可以用于训练大型语言模型，提供了高效的计算能力。
   • 内存：大规模语言模型需要大量内存来存储模型参数和中间结果，通常需要数百GB甚至数TB的内存。
2. 软件资源：
   • CUDA和cuDNN：如果使用GPU，需要安装NVIDIA的CUDA和cuDNN库来加速深度学习计算。
   • 深度学习框架：安装所选框架的最新版本，例如TensorFlow或PyTorch。
   • 预训练模型：如果使用预训练的语言模型作为基础，需要下载或准备相应的预训练模型权重。

训练框架：

1. TensorFlow：由Google开发的开源深度学习框架，提供了丰富的工具和资源来训练大规模的语言模型。
2. PyTorch：由Facebook开发的深度学习框架，因其灵活性和易用性而受到青睐。
3. Hugging Face Transformers：提供了一系列预训练的语言模型和自然语言处理模型的实现，包括BERT、GPT、RoBERTa等，基于PyTorch实现，提供了方便的模型和预训练权重加载。
4. DeepSpeed：微软开发的深度学习框架，专注于大规模分布式训练和高效模型优化。它使ChatGPT等模型训练仅需一键操作即可完成，同时在各个规模上实现了前所未有的成本降低。
5. Llama:Llama是一系列预训练和微调的LLM，参数范围从70亿到700亿。它是Meta（Facebook的母公司）AI团队开发的。Llama 2 Chat LLMs专为对话用例进行了优化，并已在各种基准测试中表现出色，超过了许多开源聊天模型。
6. LangChain：是一个 Python 库和框架，旨在赋能开发者创建由语言模型驱动的应用程序，特别关注像 OpenAI 的 GPT-3 这样的大型语言模型。它配备了多种功能和模块，旨在优化与语言模型合作时的效率和可用性。

步骤4：模型评估

在训练完成后，对模型进行评估是必不可少的。

在机器学习模型训练中，我们会通常比较看重预测结果的准确性，使用准确度、召回率、F1分数等这些评估指标来衡量模型的性能，同时，将模型在测试集上进行评估，以确保其在未见数据上的泛化能力。

而在LLM中，使用者希望模型能够完成问答、总结、文本分析、翻译等等文本处理任务，因此，评估一个大语言模型（LLM）涉及多个方面，包括模型的语言能力、生成能力、语义理解、文本生成质量等，所使用的指标也各有不同。

下面选取了几个：

1. 困惑度（Perplexity）：用于衡量语言模型在给定文本序列下预测下一个单词的准确性，困惑度越低表示模型预测越准确。
2. BLEU分数：评估生成文本与参考文本之间的相似度，尤其在机器翻译任务中常用，分数越高表示生成结果越接近参考文本。
3. ROUGE指标：评估生成文本与参考文本之间的重叠程度，特别适用于自动摘要生成任务，ROUGE值越高表示生成结果与参考文本越接近。
4. ARC： AI2 Reasoning Challenge 涉及推理和逻辑推断的任务，用于评估语言模型在逻辑推理方面的能力。
5. HellaSwag：用于评估语言模型（LM）能否理解具有挑战性的自然语言理解任务的指标。
6. MMLU： Massive Multitask Language Understanding，评估LLM在多任务处理方面的表现能力。
7. TruthfulQA：用于评估语言模型的知识和推理能力的问答（QA）基准

LLM Leaderboard

这是在收集资料过程中，发现的一些大模型排行榜, 通过不同的指标对比现在大模型的各种性能表现。

LLM Leaderboard 2024

Open LLM Leaderboard - Hugging Face

CompassRank

Arena Leaderboard

总结

本文探讨了训练大型语言模型（LLMs）的过程步骤，从数据处理到模型评估和实际应用。LLMs在解决文本任务中发挥着重要作用，随着自然语言处理技术的进步，它们在日常工作和生活中的应用也日益广泛。

在查阅资料的过程中，我们也发现了各种教程、指南和代码示例，以及多样的评估指标和领域专用模型，如图片和视频生成模型，这表明了LLMs在不断进步和创新，其复杂性和多样性也在日益变化。

希望本文能够为读者提供一些有价值的信息和启发，激发大家对于LLMs和自然语言处理技术的兴趣和探索欲望。让我们共同期待着LLMs在未来的发展中发挥更大的作用，为我们的生活和工作带来更多便利和可能性。

参考文章链接

A Step-by-Step Guide to Training Your Own Large Language Models (LLMs)
What are Large Language Models(LLMs)?
Large language model - Wikipedia
Frameworks for Serving LLMs. A comprehensive guide into LLMs inference and serving | by Sergei Savvov | Jul, 2023 | Medium | Better Programming
Understanding LangChain - A Framework for LLM Applications
Evaluating Large Language Model (LLM) systems: Metrics, challenges, and best practices | by Jane Huang | Data Science at Microsoft | Mar, 2024 | Medium
An In-depth Guide to Benchmarking LLMs | Symbl.ai
LLM Benchmarks: MMLU, HellaSwag, BBH, and Beyond - Confident AI
LLM Benchmarks: Guide to Evaluating Language Models | Deepgram
How to Evaluate LLMs: A Complete Metric Framework - Microsoft Research
Evaluating Large Language Models
How to Evaluate LLMs? - Analytics Vidhya