Pytorch
TensorFlow

#
Отладка обучения

Вы написали прекрасный сценарий для обучения или дообучения модели на заданной задаче, послушно следуя советам из Главы 7. Но когда вы запускаете команду `model.fit()`, происходит нечто ужасное: вы получаете ошибку 😱! Или, что еще хуже, все вроде бы хорошо, обучение проходит без ошибок, но результирующая модель получается плохой. В этом разделе мы покажем вам, что можно сделать для отладки подобных проблем.

##
Отладка обучающего пайплайна

Проблема, когда вы сталкиваетесь с ошибкой в `model.fit()`, заключается в том, что она может возникнуть из нескольких источников, поскольку обучение обычно объединяет множество вещей, над которыми вы работали до этого момента. Проблема может заключаться в том, что в вашем наборе данных что-то не так, или в том, что вы пытаетесь объединить элементы наборов данных вместе. Или что-то не так в коде модели, функции потерь или оптимизаторе. И даже если при обучении все идет хорошо, во время оценки что-то может пойти не так, если возникнут проблемы с метрикой.

Лучший способ отладить ошибку, возникшую в `model.fit()`, - это вручную пройти весь конвейер, чтобы увидеть, где что-то пошло не так. В этом случае ошибку часто очень легко устранить.

Чтобы продемонстрировать это, мы используем следующий скрипт, который (пытается) дообучить модель DistilBERT на наборе данных MNLI dataset:

    from datasets import load_dataset
    import evaluate
    from transformers import (
        AutoTokenizer,
        TFAutoModelForSequenceClassification,
    )

    raw_datasets = load_dataset("glue", "mnli")

    model_checkpoint = "distilbert-base-uncased"
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_checkpoint)

    def preprocess_function(examples):
        return tokenizer(examples["premise"], examples["hypothesis"], truncation=True)

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

    train_dataset = tokenized_datasets["train"].to_tf_dataset(
        columns=["input_ids", "labels"], batch_size=16, shuffle=True
    )

    validation_dataset = tokenized_datasets["validation_matched"].to_tf_dataset(
        columns=["input_ids", "labels"], batch_size=16, shuffle=True
    )

    model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(model_checkpoint)

    model.compile(loss="sparse_categorical_crossentropy", optimizer="adam")

    model.fit(train_dataset)

Если вы попытаетесь выполнить его, вы можете получить несколько `VisibleDeprecationWarning` при преобразовании набора данных - это известная нам проблема UX, так что, пожалуйста, игнорируйте ее. Если вы читаете курс после, скажем, ноября 2021 года, и это все еще происходит, то отправляйте гневные твиты @carrigmat, пока он не исправит это.

Однако более серьезной проблемой является то, что мы получаем откровенную ошибку. И она действительно ужасающе длинная:

    ValueError: No gradients provided for any variable: ['tf_distil_bert_for_sequence_classification/distilbert/embeddings/word_embeddings/weight:0', '...']

Что это значит? Мы пытались обучиться на наших данных, но не получили градиента? Это вызывает недоумение; как мы вообще можем начать отлаживать что-то подобное? Если полученная ошибка не позволяет сразу понять, в чем проблема, лучшим решением будет последовательно пройтись по всем пунктам, убеждаясь на каждом этапе, что все выглядит правильно. И, конечно, начинать всегда нужно с…

###
Проверка собственных данных

Это само собой разумеется, но если ваши данные повреждены, Keras не сможет исправить их за вас. Поэтому прежде всего нужно посмотреть, что находится в вашем обучающем наборе.

Хотя заманчиво заглянуть в `raw_datasets` и `tokenized_datasets`, мы настоятельно рекомендуем обращаться к данным непосредственно в той точке, где они попадают в модель. Это означает, что надо посмотреть на выход из `tf.data.Dataset`, который вы создали с помощью функции `to_tf_dataset()`! Как же это сделать? Объекты `tf.data.Dataset` предоставляют нам целые батчи за раз и не поддерживают индексацию, поэтому мы не можем просто запросить `train_dataset[0]`. Однако мы можем вежливо попросить у него батч:

    for batch in train_dataset:
        break

`break` завершает цикл после одной итерации, поэтому мы берем первый батч, полученный из `train_dataset`, и сохраняем ее как `batch`. Теперь давайте посмотрим, что находится внутри:

    {'attention_mask': <tf.Tensor: shape=(16, 76), dtype=int64, numpy=
     array([[1, 1, 1, ..., 0, 0, 0],
            [1, 1, 1, ..., 0, 0, 0],
            [1, 1, 1, ..., 0, 0, 0],
            ...,
            [1, 1, 1, ..., 1, 1, 1],
            [1, 1, 1, ..., 0, 0, 0],
            [1, 1, 1, ..., 0, 0, 0]])>,
     'label': <tf.Tensor: shape=(16,), dtype=int64, numpy=array([0, 2, 1, 2, 1, 1, 2, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 2, 2, 1])>,
     'input_ids': <tf.Tensor: shape=(16, 76), dtype=int64, numpy=
     array([[ 101, 2174, 1010, ...,    0,    0,    0],
            [ 101, 3174, 2420, ...,    0,    0,    0],
            [ 101, 2044, 2048, ...,    0,    0,    0],
            ...,
            [ 101, 3398, 3398, ..., 2051, 2894,  102],
            [ 101, 1996, 4124, ...,    0,    0,    0],
            [ 101, 1999, 2070, ...,    0,    0,    0]])>}

Все выглядит правильно, не так ли? Мы передаем модели `labels`, `attention_mask` и `input_ids`, этого достаточно для вычисления выходов и расчета функции потерь. Так почему же у нас нет градиента? Посмотрите внимательнее: мы передаем на вход один словарь, а обучающая партия обычно представляет собой входной тензор или словарь, плюс тензор меток. Наши метки - это просто ключ в нашем входном словаре.

Является ли это проблемой? На самом деле, не всегда! Но это одна из самых распространенных проблем, с которыми вы столкнетесь при обучении трансформеров с помощью TensorFlow. Все наши модели могут вычислять потери внутри себя, но для этого необходимо передать метки во входной словарь. Именно это происходит, когда мы не указываем функцию потерь в `compile()`. С другой стороны, Keras обычно ожидает, что метки будут передаваться отдельно от входного словаря, и вычисление потерь обычно заканчивается неудачей, если этого не сделать.

Теперь проблема стала яснее: мы передали аргумент `loss`, что означает, что мы просим Keras вычислить для нас функцию потерь, но мы передали наши метки как входные данные для модели, а не как метки в том месте, где их ожидает Keras! Нам нужно выбрать одно из двух: либо мы используем внутреннюю функцию потерь модели и оставляем метки на месте, либо мы продолжаем использовать функцию потерь Keras, но перемещаем метки в то место, где их ожидает Keras. Для простоты возьмем первый подход. Изменим вызов `compile()`:

    model.compile(optimizer="adam")

Теперь мы будем использовать конкретную функцию потерь модели, и эта проблема должна быть решена!

✏️ Ваша очередь! В качестве дополнительной задачи после решения других проблем вы можете попробовать вернуться к этому шагу и заставить модель работать с оригинальной функцией потерь, вычисленными Keras. Вам нужно будет добавить `"labels"` к аргументу `label_cols` в `to_tf_dataset()`, чтобы обеспечить корректный вывод меток, что позволит получить градиенты - но есть еще одна проблема с функцией потерь, которую мы указали. Обучение будет продолжаться и с этой проблемой, но обучение будет происходить очень медленно и застопорится на высоком уровне потерь при обучении. Можете ли вы понять, в чем дело?

Подсказка в кодировке ROT13, если вы застряли: Vs lbh ybbx ng gur bhgchgf bs FrdhraprPynffvsvpngvba zbqryf va Genafsbezref, gurve svefg bhgchg vf `ybtvgf`. Jung ner ybtvgf?

И вторая подсказка: Jura lbh fcrpvsl bcgvzvmref, npgvingvbaf be ybffrf jvgu fgevatf, Xrenf frgf nyy gur nethzrag inyhrf gb gurve qrsnhygf. Jung nethzragf qbrf FcnefrPngrtbevpnyPebffragebcl unir, naq jung ner gurve qrsnhygf?

Теперь попробуем провести обучение. Теперь мы должны получить градиенты, так что, надеюсь (здесь играет зловещая музыка), мы можем просто вызвать `model.fit()` и все будет работать отлично!

      246/24543 [..............................] - ETA: 15:52 - loss: nan

О, нет.

“nan” — не очень обнадеживающаее значение функции потерь. Тем не менее, мы проверили наши данные, и они выглядят довольно хорошо. Если проблема не в этом, как двигаться дальше? Очевидным следующим шагом будет…

###
Проверка модели

`model.fit()` - очень удобная функция в Keras, но она делает много вещей за вас, и это может затруднить поиск того, где именно возникла проблема. Если вы отлаживаете свою модель, одна из стратегий, которая может действительно помочь, - это передать модели только одну партию данных и подробно просмотреть выходные данные для этой одной партии. Еще один очень полезный совет, если модель выдает ошибки, - запустите `compile()` модели с `run_eagerly=True`. Это сделает ее намного медленнее, но сделает сообщения об ошибках гораздо более понятными, потому что они будут указывать, где именно в коде вашей модели возникла проблема.

Впрочем, пока что `run_eagerly` нам не нужен. Давайте прогоним полученный ранее батч через модель и посмотрим, что получится на выходе:

    model(batch)

    TFSequenceClassifierOutput(loss=<tf.Tensor: shape=(16,), dtype=float32, numpy=
    array([nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan, nan,
           nan, nan, nan], dtype=float32)>, logits=<tf.Tensor: shape=(16, 2), dtype=float32, numpy=
    array([[nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan],
           [nan, nan]], dtype=float32)>, hidden_states=None, attentions=None)

Ну, это сложно. Все есть `nan`! Но это странно, не так ли? Как бы все наши логиты стали `nan`? `nan` означает “не число”. Значения `nan` часто возникают, когда вы выполняете запрещенную операцию, например деление на ноль. Но в машинном обучении очень важно знать о `nan`: это значение имеет тенденцию к распространению. Если вы умножите число на `nan`, то на выходе также получится `nan`. И если вы получите `nan` где-нибудь в вашем выходе, потерях или градиенте, то это быстро распространится по всей вашей модели - потому что когда это `nan` значение распространяется обратно через вашу сеть, вы получите `nan` градиенты, а когда обновления веса вычисляются с этими градиентами, вы получите `nan` веса, а эти веса вычислят еще более `nan` выходы! Вскоре вся сеть будет представлять собой один большой блок `nan`. Когда это произойдет, будет довольно сложно понять, где началась проблема. Как мы можем определить, где `nan` впервые прокрался в сеть?

Ответ заключается в том, чтобы попробовать переинициализировать нашу модель. Как только мы начали обучение, где-то появился `nan`, и он быстро распространился по всей модели. Итак, давайте загрузим модель из контрольной точки и не будем делать никаких обновлений весов, и посмотрим, где мы получим значение `nan`:

    model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(model_checkpoint)
    model(batch)

После запуска получим:

    TFSequenceClassifierOutput(loss=<tf.Tensor: shape=(16,), dtype=float32, numpy=
    array([0.6844486 ,        nan,        nan, 0.67127866, 0.7068601 ,
                  nan, 0.69309855,        nan, 0.65531296,        nan,
                  nan,        nan, 0.675402  ,        nan,        nan,
           0.69831556], dtype=float32)>, logits=<tf.Tensor: shape=(16, 2), dtype=float32, numpy=
    array([[-0.04761693, -0.06509043],
           [-0.0481936 , -0.04556257],
           [-0.0040929 , -0.05848458],
           [-0.02417453, -0.0684005 ],
           [-0.02517801, -0.05241832],
           [-0.04514256, -0.0757378 ],
           [-0.02656011, -0.02646275],
           [ 0.00766164, -0.04350497],
           [ 0.02060014, -0.05655622],
           [-0.02615328, -0.0447021 ],
           [-0.05119278, -0.06928903],
           [-0.02859691, -0.04879177],
           [-0.02210129, -0.05791225],
           [-0.02363213, -0.05962167],
           [-0.05352269, -0.0481673 ],
           [-0.08141848, -0.07110836]], dtype=float32)>, hidden_states=None, attentions=None)

Теперь у нас что-то получается! В наших логарифмах нет значений `nan`, что обнадеживает. Но мы видим несколько `nan`-значений в наших потерях! Может быть, в этих образцах есть что-то особенное, что вызывает эту проблему? Давайте посмотрим, что это за выборки (обратите внимание, что если вы запустите этот код самостоятельно, то можете получить другие показатели, поскольку набор данных был перемешан):

    import numpy as np

    loss = model(batch).loss.numpy()
    indices = np.flatnonzero(np.isnan(loss))
    indices

    array([ 1,  2,  5,  7,  9, 10, 11, 13, 14])

Давайте посмотрим, какие индексы были у этих примеров:

    input_ids = batch["input_ids"].numpy()
    input_ids[indices]

    array([[  101,  2007,  2032,  2001,  1037, 16480,  3917,  2594,  4135,
            23212,  3070,  2214, 10170,  1010,  2012,  4356,  1997,  3183,
             6838, 12953,  2039,  2000,  1996,  6147,  1997,  2010,  2606,
             1012,   102,  6838,  2001,  3294,  6625,  3773,  1996,  2214,
             2158,  1012,   102,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  1998,  6814,  2016,  2234,  2461,  2153,  1998, 13322,
             2009,  1012,   102,  2045,  1005,  1055,  2053,  3382,  2008,
             2016,  1005,  2222,  3046,  8103,  2075,  2009,  2153,  1012,
              102,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  1998,  2007,  1996,  3712,  4634,  1010,  2057,  8108,
             2025,  3404,  2028,  1012,  1996,  2616, 18449,  2125,  1999,
             1037,  9666,  1997,  4100,  8663, 11020,  6313,  2791,  1998,
             2431,  1011,  4301,  1012,   102,  2028,  1005,  1055,  5177,
             2110,  1998,  3977,  2000,  2832,  2106,  2025,  2689,  2104,
             2122,  6214,  1012,   102,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  1045,  2001,  1999,  1037, 13090,  5948,  2007,  2048,
             2308,  2006,  2026,  5001,  2043,  2026,  2171,  2001,  2170,
             1012,   102,  1045,  2001,  3564,  1999,  2277,  1012,   102,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  2195,  4279,  2191,  2039,  1996,  2181,  2124,  2004,
             1996,  2225,  7363,  1012,   102,  2045,  2003,  2069,  2028,
             2451,  1999,  1996,  2225,  7363,  1012,   102,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  2061,  2008,  1045,  2123,  1005,  1056,  2113,  2065,
             2009,  2428, 10654,  7347,  2030,  2009,  7126,  2256,  2495,
             2291,   102,  2009,  2003,  5094,  2256,  2495,  2291,  2035,
             2105,  1012,   102,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  2051,  1010,  2029,  3216,  2019,  2503,  3444,  1010,
             6732,  1996,  2265,  2038, 19840,  2098,  2125,  9906,  1998,
             2003,  2770,  2041,  1997,  4784,  1012,   102,  2051,  6732,
             1996,  2265,  2003,  9525,  1998,  4569,  1012,   102,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101,  1996, 10556,  2140, 11515,  2058,  1010,  2010,  2162,
             2252,  5689,  2013,  2010,  7223,  1012,   102,  2043,  1996,
            10556,  2140, 11515,  2058,  1010,  2010,  2252,  3062,  2000,
             1996,  2598,  1012,   102,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0],
           [  101, 13543,  1999,  2049,  6143,  2933,  2443,   102,  2025,
            13543,  1999,  6143,  2933,  2003,  2443,   102,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,
                0,     0,     0,     0]])

Здесь много всего, но ничто не выделяется. Давайте посмотрим на метки классов:

    labels = batch['labels'].numpy()
    labels[indices]

    array([2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2])

А! Все образцы `nan` имеют одну и ту же метку, и это метка 2. Это очень сильный намек. Тот факт, что мы получаем значение функции потерь `nan` только тогда, когда наша метка равна 2, говорит о том, что сейчас самое время проверить количество меток в нашей модели:

    model.config.num_labels

    2

Теперь мы видим проблему: модель считает, что существует только два класса, но метка бывает равна 2, что означает, что на самом деле существует три класса (потому что 0 - это тоже класс). Вот так мы и получили `nan` - пытаясь вычислить потери для несуществующего класса! Давайте попробуем изменить это и снова подогнать модель:

    model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(model_checkpoint, num_labels=3)
    model.compile(optimizer='adam')
    model.fit(train_dataset)

      869/24543 [>.............................] - ETA: 15:29 - loss: 1.1032

Мы обучаемся! Больше никаких `nan`, и наши потери уменьшаются… вроде как. Если понаблюдать за этим некоторое время, можно начать испытывать некоторое нетерпение, потому что значение потерь остается упрямо высоким. Давайте остановим тренировку и попробуем подумать, в чем может быть причина этой проблемы. На данный момент мы уверены, что и данные, и модель в порядке, но наша модель плохо обучается. Что еще остается? Пришло время…

###
Проверка гиперпараметров

Если вы посмотрите на приведенный выше код, то, возможно, вообще не увидите никаких гиперпараметров, кроме, возможно, `batch_size`, и это не кажется вероятной причиной. Однако не обманывайтесь: гиперпараметры есть всегда, и если вы их не видите, значит, вы просто не знаете, на что они настроены. В частности, запомните важную особенность Keras: если вы задаете функцию потерь, оптимизатора или активации с помощью строки, все ее аргументы будут установлены в значения по умолчанию. Это означает, что, несмотря на удобство использования такого способа, следует быть очень осторожным, так как это может легко скрыть от вас критические вещи. (Любой, кто попробует решить опциональную задачу, описанную выше, должен внимательно отнестись к этому факту).

В данном случае где мы задали аргумент с помощью строки? Изначально мы так делали с функцией потерь, но мы это исправили. Теперь мы задаем оптимизатор с помощью строки. Может ли это что-то скрывать от нас? Давайте посмотрим на его аргументы.

Здесь что-нибудь выделяется? Правильно - скорость обучения! Когда мы просто используем строку `'adam'`, мы получим скорость обучения по умолчанию, которая составляет 0.001, или 1e-3. Это слишком много для модели трансформера! В целом, мы рекомендуем использовать для моделей скорость обучения от 1e-5 до 1e-4; это в 10-100 раз меньше, чем значение, которое мы используем в данном случае. Похоже, это может стать серьезной проблемой, так что давайте попробуем ее уменьшить. Для этого нам нужно импортировать настоящий объект `optimizer`. Пока мы это делаем, давайте заново инициализируем модель из контрольной точки, на случай если обучение с высокой скоростью обучения повредило ее веса:

    from tensorflow.keras.optimizers import Adam

    model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(model_checkpoint)
    model.compile(optimizer=Adam(5e-5))

💡 Вы также можете импортировать функцию `create_optimizer()` из 🤗 Transformers, которая даст вам оптимизатор AdamW с правильным затуханием весов, а также прогревом и затуханием скорости обучения. Этот оптимизатор часто дает несколько лучшие результаты, чем оптимизатор Adam по умолчанию.

Теперь мы можем попробовать подогнать модель под новую, улучшенную скорость обучения:

    model.fit(train_dataset)

    319/24543 [..............................] - ETA: 16:07 - loss: 0.9718

Теперь значения функции потерь действительно изменяются! Наконец-то обучение выглядит так, как будто оно работает. Здесь можно извлечь урок: если модель работает, но потери не уменьшаются, и вы уверены, что с данными все в порядке, стоит проверить гиперпараметры, такие как скорость обучения и затухание веса. Слишком высокое значение любого из них с большой вероятностью приведет к тому, что обучение “застопорится” при высоком значении потерь.

##
Другие потенциальные проблемы

Мы рассмотрели проблемы, описанные в скрипте выше, но есть еще несколько распространенных ошибок, с которыми вы можете столкнуться. Давайте рассмотрим (очень неполный) список.

###
Как справиться с ошибками нехватки памяти

Признаком нехватки памяти является ошибка типа “OOM when allocating tensor” - OOM - это сокращение от “out of memory”. Это очень распространенная опасность при работе с большими языковыми моделями. Если вы столкнулись с этим, хорошая стратегия - уменьшить размер батча вдвое и попробовать снова. Однако имейте в виду, что некоторые модели очень велики. Например, полноразмерная модель GPT-2 имеет 1,5 млрд. параметров, что означает, что вам потребуется 6 Гб памяти только для хранения модели и еще 6 Гб для ее градиентов! Для обучения полной модели GPT-2 обычно требуется более 20 ГБ VRAM, независимо от размера батча, что есть лишь у некоторых GPU. Более легкие модели, такие как `distilbert-base-cased`, гораздо легче запускать, и они обучаются гораздо быстрее.

В следующей части курса мы рассмотрим более продвинутые техники, которые помогут вам уменьшить объем занимаемой памяти и позволят дообучить самые большие модели.

###
“Голодный” TensorFlow 🦛

Одна особенность TensorFlow, о которой вам следует знать, заключается в том, что он выделяет всю память GPU под себя, как только вы загружаете модель или проводите обучение, а затем делит эту память по мере необходимости. Это отличается от поведения других фреймворков, например PyTorch, которые выделяют память по мере необходимости с помощью CUDA, а не делают это внутренне. Одним из преимуществ подхода TensorFlow является то, что он может часто выдавать полезные ошибки, когда у вас заканчивается память, и он может восстановиться из этого состояния без сбоя всего ядра CUDA. Но есть и важный недостаток: если вы запускаете два процесса TensorFlow одновременно, то у вас будут проблемы.

Если вы работаете на Colab, то вам не нужно беспокоиться об этом, но если вы работаете локально, то это определенно то, с чем вам следует быть осторожным. В частности, имейте в виду, что закрытие вкладки ноутбука не обязательно приведет к его закрытию! Вам может понадобиться выбрать работающие блокноты (те, что с зеленым значком) и вручную закрыть их в списке каталогов. Любой запущенный блокнот, использующий TensorFlow, может по-прежнему занимать много памяти GPU, а это значит, что любой новый запущенный блокнот может столкнуться с очень странными проблемами.

Если вы начинаете получать ошибки о CUDA, BLAS или cuBLAS в коде, который работал раньше, то очень часто причина кроется именно в этом. Вы можете использовать такую команду, как `nvidia-smi`, чтобы проверить - когда вы выключаете или перезапускаете текущий ноутбук, большая часть памяти свободна или она все еще используется? Если она все еще используется, значит, что-то еще держится за нее!

###
Проверьте свои данные (еще раз!)

Ваша модель научится чему-то только в том случае, если из ваших данных действительно можно чему-то научиться. Если в данных есть ошибка, которая портит их, или метки приписываются случайным образом, то, скорее всего, вы не сможете обучить модель на своем наборе данных. Одним из полезных инструментов здесь является `tokenizer.decode()`. Он превратит `input_ids` обратно в строки, и вы сможете просмотреть данные и понять, обучают ли ваши тренировочные данные тому, чему вы хотите их обучить. Например, после получения `пакета` из `tf.data.Dataset`, как мы делали выше, вы можете декодировать первый элемент следующим образом:

    input_ids = batch["input_ids"].numpy()
    tokenizer.decode(input_ids[0])

Затем вы можете сравнить его с первой меткой, например, так:

    labels = batch["labels"].numpy()
    label = labels[0]

Как только вы сможете просматривать данные в таком виде, вы сможете задать себе следующие вопросы:

- Понятны ли декодированные данные?
- Правильные ли метки классов?
- Есть ли одна метка классов, которая встречается чаще других?
- Каким должно быть значение функции потерь/оценки, если модель предсказала случайный ответ/всегда один и тот же ответ?

Просмотрев данные, проанализируйте несколько предсказаний модели - если модель выводит токены, попробуйте декодировать и их! Если модель всегда предсказывает одно и то же, это может быть связано с тем, что ваш набор данных смещен в сторону одной категории (для проблем классификации), поэтому такие методы, как oversampling редких классов, могут помочь. Кроме того, это может быть вызвано проблемами с обучением, например, неправильными настройками гиперпараметров.

Если потери/метрики, которые вы получаете на начальной модели до обучения, сильно отличаются от потерь/метрик, ожидаемых для случайных прогнозов, перепроверьте способ вычисления функции потерь или метрик, так как, возможно, в них есть ошибка. Если вы используете несколько функций потерь, проверьте что они имеют одинаковый масштаб.

Когда вы убедитесь, что ваши данные идеальны, вы можете проверить, способна ли модель обучаться на них, с помощью одного простого теста.

###
Переобучение модели на одном батче

Обычно мы стараемся избегать (переобучения), поскольку это означает, что модель не учится распознавать общие характеристики, а просто запоминает обучающие выборки. Однако попытка обучить модель на одной выборке снова и снова - это хороший тест, позволяющий проверить, может ли проблема в том виде, в котором вы ее сформулировали, быть решена с помощью модели, которую вы пытаетесь обучить. Это также поможет вам понять, не слишком ли высока ваша начальная скорость обучения.

Сделать это после того, как вы определили объект `model`, очень просто: просто возьмите батч обучающих данных, а затем рассматривайте этот `batch` как весь набор данных, подгоняя модель на большом количестве эпох:

    for batch in train_dataset:
        break

    # Убедитесь, что вы запустили model.compile() и установили свой оптимизатор,
    # и ваши показатели потерь/метрики, если вы их используете

    model.fit(batch, epochs=20)

💡 Если ваши обучающие данные несбалансированы, обязательно создайте партию обучающих данных, содержащую все метки.

Полученная модель должна иметь близкие к идеальным результаты для `батча`, значение функции потерь должно быстро уменьшаться до 0 (или минимальному значению для используемой вами функции потерь).

Если вам не удается добиться идеальных результатов, значит, что-то не так с постановкой задачи или данными, и вам следует это исправить. Только когда вам удастся пройти тест на избыточную подгонку, вы сможете быть уверены, что ваша модель действительно способна чему-то научиться.

⚠️ Вам придется пересоздать модель и перекомпилировать ее после этого теста на переобучение, поскольку полученная модель, вероятно, не сможет восстановиться и научиться чему-то полезному на полном наборе данных.

###
Не обучайте ничего, пока не получите первый бейзлайн.

Интенсивная настройка гиперпараметров всегда подчеркивается как самая сложная часть машинного обучения, но это лишь последний шаг, который поможет вам немного продвинуться по метрике. Очень плохие значения гиперпараметров, например, использование стандартной скорости обучения Adam 1e-3 в модели Transformer, конечно, приведет к тому, что обучение будет идти очень медленно или полностью остановится, но в большинстве случаев “разумные” гиперпараметры, например, скорость обучения от 1e-5 до 5e-5, будут работать просто отлично и дадут вам хорошие результаты. Поэтому не начинайте трудоемкий и дорогостоящий поиск гиперпараметров до тех пор, пока не получите что-то, что превзойдет бейзлайн, имеющийся для вашего набора данных.

Как только у вас будет достаточно хорошая модель, вы можете начать ее немного оптимизировать. Не пытайтесь запустить тысячу раз с разными гиперпараметрами, но сравните пару запусков с разными значениями одного гиперпараметра, чтобы получить представление о том, какой из них оказывает наибольшее влияние.

Если вы настраиваете саму модель, будьте проще и не пробуйте то, что не можете обосновать. Всегда возвращайтесь к тесту на перебор, чтобы проверить, не привело ли ваше изменение к каким-либо непредвиденным последствиям.

###
Попросить о помощи

Надеемся, вы нашли в этом разделе советы, которые помогли вам решить вашу проблему, но если это не так, помните, что вы всегда можете спросить у сообщества на форумах.

Вот некоторые дополнительные ресурсы, которые могут оказаться полезными:

- ” Reproducibility as a vehicle for engineering best practices” by Joel Grus
- “Checklist for debugging neural networks” by Cecelia Shao
- ” How to unit test machine learning code” by Chase Roberts
- “A Recipe for Training Neural Networks” by Andrej Karpathy

Конечно, не все проблемы, с которыми вы сталкиваетесь при обучении нейросетей, возникают по вашей вине! Если в библиотеке 🤗 Transformers или 🤗 Datasets вы столкнулись с чем-то, что кажется вам неправильным, возможно, вы обнаружили ошибку. Вам обязательно нужно рассказать нам об этом, и в следующем разделе мы объясним, как именно это сделать.