Pytorch
TensorFlow

#
Fine-tuning модели с использованием Keras

После того, как вы выполнили всю работу по предварительной обработке данных в последнем разделе, у вас осталось всего несколько шагов для обучения модели. Обратите внимание, однако, что команда `model.fit()` будет работать очень медленно на CPU. Если у вас нет настроенного графического процессора, вы можете получить доступ к бесплатным графическим процессорам или TPU наGoogle Colab.

В приведенных ниже примерах кода предполагается, что вы уже выполнили примеры из предыдущего раздела. Вот краткий обзор того, что вам нужно:

    from datasets import load_dataset
    from transformers import AutoTokenizer, DataCollatorWithPadding
    import numpy as np

    raw_datasets = load_dataset("glue", "mrpc")
    checkpoint = "bert-base-uncased"
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(checkpoint)

    def tokenize_function(example):
        return tokenizer(example["sentence1"], example["sentence2"], truncation=True)

    tokenized_datasets = raw_datasets.map(tokenize_function, batched=True)

    data_collator = DataCollatorWithPadding(tokenizer=tokenizer, return_tensors="tf")

    tf_train_dataset = tokenized_datasets["train"].to_tf_dataset(
        columns=["attention_mask", "input_ids", "token_type_ids"],
        label_cols=["labels"],
        shuffle=True,
        collate_fn=data_collator,
        batch_size=8,
    )

    tf_validation_dataset = tokenized_datasets["validation"].to_tf_dataset(
        columns=["attention_mask", "input_ids", "token_type_ids"],
        label_cols=["labels"],
        shuffle=False,
        collate_fn=data_collator,
        batch_size=8,
    )

### Обучение

Модели TensorFlow, импортированные из 🤗 Transformers, уже являются моделями Keras. Вот краткое введение в Keras.

Это означает, что когда у нас есть данные, остается совсем немного до начала обучения.

Как и в предыдущей главе, мы будем использовать класс `TFAutoModelForSequenceClassification` с двумя метками:

    from transformers import TFAutoModelForSequenceClassification

    model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(checkpoint, num_labels=2)

Вы заметите, что в отличие от Главы 2, вы получаете предупреждение после создания экземпляра этой предварительно обученной модели. Это связано с тем, что BERT не был предварительно обучен классификации пар предложений, поэтому последний слой предварительно обученной модели был отброшен, а вместо него был вставлен новый слой, подходящий для классификации последовательностей. Предупреждения указывают на то, что некоторые веса не использовались (те, которые соответствуют удаленным слоям), а некоторые другие были инициализированы случайным образом (те, что для новых слоев). В заключение предлагается обучить модель, что мы и собираемся сделать сейчас.

Чтобы точно настроить модель в нашем наборе данных, нам просто нужно вызвать `compile()` у нашей модели, а затем передать наши данные в метод `fit()`. Это запустит процесс fine tuning (который должен занять пару минут на графическом процессоре) и сообщит о значениях функции потерь при обучении, а также о значениях функции потерь на валидации.

Обратите внимание, что у моделей 🤗 Transformers есть особая способность, которой нет у большинства моделей Keras — они могут автоматически использовать соответствующие функции потерь. Они будут использовать эти потерю по умолчанию, если вы не установите аргумент `loss` в `compile()`. Обратите внимание, что для использования внутренней функции вам нужно будет передать свои метки классов как часть обучающих данных, а не как отдельную метку, что является обычным способом использования меток с моделями Keras. Вы увидите примеры этого во второй части курса, где определение правильной функции потерь может быть сложным. Однако для классификации последовательностей стандартная функция потерь Keras отлично работает, поэтому мы будем использовать ее здесь.

    from tensorflow.keras.losses import SparseCategoricalCrossentropy

    model.compile(
        optimizer="adam",
        loss=SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
        metrics=["accuracy"],
    )
    model.fit(
        tf_train_dataset,
        validation_data=tf_validation_dataset,
    )

Обратите внимание на очень распространенную ошибку — в Keras функцию потерь можно задать просто текстовым значением, но по умолчанию Keras будет считать, что вы уже применили softmax к своим выходам. Однако многие модели выводят значения непосредственно перед применением softmax, так называемые логиты. Нам нужно указать это в функции потерь, а единственный способ сделать это — вызвать ее напрямую, а не по имени в виде строки.

### Повышение производительности обучения

Если вы запустите приведенный выше код, он, конечно, заработает, но вы обнаружите, что потери снижаются медленно или спорадически. Основная причина это скорость обучения (learning rate). Как и в случае потери, когда мы передаем Keras имя оптимизатора в виде строки, Keras инициализирует этот оптимизатор со значениями по умолчанию для всех параметров, включая скорость обучения. Однако из многолетнего опыта мы знаем, что модели-трансформеры выигрывают от гораздо более низкой скорости обучения, чем по умолчанию для Adam - 1e-3 (1e-3 = 0.001). Значение 5e-5 (0.00005) примерно в двадцать раз ниже, и это гораздо более эффективное изначальное значение.

В дополнение к снижению скорости обучения у нас есть еще одна хитрость: мы можем медленно снижать скорость обучения процессе обучения. В литературе вы иногда можете встретить термин «убывание» или «отжиг» скорости обучения. В Keras лучший способ сделать это — использовать планировщик скорости обучения. Хороший вариант для использования `PolynomialDecay` — несмотря на название, с настройками по умолчанию он просто линейно занижает скорость обучения от начального значения до конечного значения - это именно то, что нам нужно. Чтобы правильно использовать планировщик, тем не менее, нам нужно сообщить ему, как долго будет длиться обучение. Мы вычисляем это как `num_train_steps` ниже.

    from tensorflow.keras.optimizers.schedules import PolynomialDecay

    batch_size = 8
    num_epochs = 3
    # The number of training steps is the number of samples in the dataset, divided by the batch size then multiplied
    # by the total number of epochs. Note that the tf_train_dataset here is a batched tf.data.Dataset,
    # not the original Hugging Face Dataset, so its len() is already num_samples // batch_size.
    num_train_steps = len(tf_train_dataset) * num_epochs
    lr_scheduler = PolynomialDecay(
        initial_learning_rate=5e-5, end_learning_rate=0.0, decay_steps=num_train_steps
    )
    from tensorflow.keras.optimizers import Adam

    opt = Adam(learning_rate=lr_scheduler)

В библиотеке 🤗 Transformers также есть функция `create_optimizer()`, которая создаст оптимизатор `AdamW` с уменьшением скорости обучения. Это удобный способ, с которым вы подробно познакомитесь в следующих разделах курса.

Теперь у нас есть новый оптимизатор, и мы можем попробовать обучить модель с помощью него. Во-первых, давайте перезагрузим модель, чтобы сбросить изменения весов из тренировочного прогона, который мы только что сделали, а затем мы можем скомпилировать ее с помощью нового оптимизатора:

    import tensorflow as tf

    model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(checkpoint, num_labels=2)
    loss = tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True)
    model.compile(optimizer=opt, loss=loss, metrics=["accuracy"])

Запускаем обучение вновь:

    model.fit(tf_train_dataset, validation_data=tf_validation_dataset, epochs=3)

💡 Если вы хотите автоматически загружать свою модель на Hub во время обучения, вы можете передать `PushToHubCallback` в метод `model.fit()`. Мы узнаем об этом больше в Chapter 4.

### Применение модели для классификации

Обучение и наблюдение за снижением значений функции потерь — это очень хорошо, но что, если мы действительно хотим получить результаты от обученной модели, либо для вычисления некоторых показателей, либо для использования модели в производстве? Для этого мы можем просто использовать метод `predict()`. Это вернет логиты из модели, по одному на класс.

    preds = model.predict(tf_validation_dataset)["logits"]

Мы можем сконвертировать логиты в значение класса с помощью функции `argmax` для поиска максимального значения логита, которое соответствует наиболее правдоподобному классу.

    class_preds = np.argmax(preds, axis=1)
    print(preds.shape, class_preds.shape)

    (408, 2) (408,)

Теперь давайте используем эти `preds` для вычисления некоторых метрик! Мы можем загрузить метрики, связанные с датасетом MRPC, так же легко, как мы загрузили этот датасет, на этот раз с помощью функции `evaluate.load()`. Возвращаемый объект имеет метод `compute()`, который мы можем использовать для вычисления метрики:

    import evaluate

    metric = evaluate.load("glue", "mrpc")
    metric.compute(predictions=class_preds, references=raw_datasets["validation"]["label"])

    {'accuracy': 0.8578431372549019, 'f1': 0.8996539792387542}

Точные результаты, которые вы получите, могут отличаться, так как случайная инициализация параметров выходных слоев модели может изменить показатели. Здесь мы видим, что наша модель имеет точность 85,78% на валидационном наборе и оценку F1 89,97. Это две метрики, используемые для оценки результатов датасета MRPC для теста GLUE. В таблице в [документации BERT] (https://arxiv.org/pdf/1810.04805.pdf) сообщается о балле F1 88,97% для базовой модели. Это была модель, которая не чувствительна к регистру текста, в то время как сейчас мы используем модель, учитывающую регистр, что и объясняет лучший результат.

На этом введение в fine tuning с помощью Keras API завершено. Пример выполнения этого для наиболее распространенных задач NLP будет дан в Главе 7. Если вы хотите отточить свои навыки работы с Keras API, попробуйте точно настроить модель в наборе данных GLUE SST-2, используя обработку данных, которую вы выполнили в разделе 2.