Pytorch
TensorFlow

#
کوک کردن مدل‌ها با استفاده از کِراس

زمانی که همه کارهای پیش‌پردازش در بخش قبل را انجام دادید، فقط چند مرحله با‌قی‌مانده تا تعلیم مدل دارید. با این حال، توجه داشته باشید که دستور `model.fit()` روی CPU بسیار آهسته اجرا خواهد شد. اگر GPU ندارید، می‌توانید از GPU یا TPU مجانی روی گوگل کولَب استفاده کنید.

نمونه کدهای زیر فرض می‌کنند که شما مثال‌های بخش قبل را از پیش اجرا کرده‌اید. این یک خلاصه کوتاه است جهت یادآوری آنچه نیاز دارید:

    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,
    )

###
تعلیم

مدل‌های تِنسورفِلو که از ترَنسفورمِرهای هاگینگ‌فِیس وارد شده‌اند از پیش مدل‌های کِراس هستند. این هم مقدمه‌ای کوتاه به کِراس.

این به این معنی است که به محض اینکه داده‌مان را در اختیار بگیریم، کار بسیار کمی لازم است تا تعلیم را روی آن شروع کنیم.

مانند فصل قبل، ما از کلاس `TFAutoModelForSequenceClassification` با دو برچسب دسته استفاده خواهیم کرد:

    from transformers import TFAutoModelForSequenceClassification

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

شما متوجه خواهید شد که برخلاف فصل ۲، بعد از ساختن این مدل از پیش‌ تعلیم دیده یک هشدار دریافت می‌کنید. این به این خاطر است که BERT برای دسته‌بندی دو جمله‌ها از پیش‌ تعلیم ندیده است، بنابراین لایه سَر مدل از پیش‌ تعلیم دیده حذف شده و یک لایه سَر مناسب جهت دسته بندی رشته‌‌‌ها به جای آن قرار گرفته است. هشدارها نشان می‌دهند که برخی از وزن‌های مدل استفاده نشده‌اند (آنهایی که مربوط به لایه‌ سَر حذف شده مدل از پیش تعلیم دیده هستند) و برخی دیگر به صورت تصادفی مقدار‌ دهی شده‌‌اند (آنهایی که مربوط به لایه‌ سَر جدید هستند). در نتیجه این امر شما را تشویق به تعلیم مدل می‌کند، که دقیقا همان کاری است که می‌خواهیم اکنون انجام دهیم.

برای کوک‌ کردن مدل روی دِیتاسِت‌مان، ما فقط باید مدل را `compile()` کنیم و سپس داده‌مان را به تابع `fit()` ارسال کنیم. این کار فرایند کوک‌ کردن را شروع می‌کند (که باید چند دقیقه روی GPU طول بکشد) و در همین حین هزینه `training` و هزینه `validation` را در انتهای هر epoch گزارش می‌دهد.

توجه داشته باشید که مدل‌های ترَنسفورمِر هاگینگ‌فِیس قابلیت ویژه‌ای دارند که بسیاری از مدل‌های کِراس ندارند - آنها می‌توانند به صورت خودکار از یک تابع هزینه مناسب که به صورت داخلی محاسبه می‌کنند استفاده کنند. در صورتی که شما آرگومانی برای تابع هزینه در زمان `compile()` تعیین نکنید آنها از این تابع هزینه به صورت پیش‌فرض استفاده خواهند کرد. توجه داشته باشید که جهت استفاده از تابع هزینه داخلی شما نیاز خواهید داشت برچسب دسته‌های خودتان را به عنوان بخشی از ورودی، نه به صورت یک برچسب دسته مجزا که روش معمول استفاده از برچسب دسته‌ها در مدل‌های کِراس می‌باشد، ارسال کنید. شما مثال‌هایی از این را در بخش ۲ این درس خواهید دید، جایی که تعیین تابع هزینه‌ی درست می‌تواند تا اندازه‌ای پیچیده باشد. به هر حال، برای دسته‌بندی رشته‌‌‌ها، یک تابع هزینه استانداد کِراس به خوبی کار می‌کند، چیزی که ما در اینجا استفاده خواهیم کرد.

    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,
    )

در اینجا توجه شما را به یک مسئله عام جلب می‌کنیم - شما می‌توانید فقط نام تابع هزینه را به صورت یک متغیر متنی برای کِراس ارسال کنید، اما کِراس به صورت پیش‌فرض فکر می‌کند شما یک لایه softmax از پیش به خروجی‌تان اعمال کرده‌اید. با این حال، بسیاری از مدل‌ها مقادیر را درست قبل از اینکه softmax به آنها اعمال شود به خروجی می‌دهند، که همچنین به عنوان logits شناخته می‌شوند. ما نیاز داریم که به تابع هزینه بگوییم، این کاری است که مدل‌مان انجام می‌دهد و تنها راه گفتن آن این است که به جای ارسال نام تابع هزینه به صورت متغیر متنی، آن را به صورت مستقیم صدا بزنیم.

###
بهبود کارایی تعلیم

اگر کد بالا را امتحان کنید، قطعا اجرا خواهد شد، اما متوجه خواهید شد که هزینه بسیار آهسته یا به صورت گاه و بیگاه کاهش می‌یابد. علت اصلی این امر نرخ یادگیری می‌باشد. مانند تابع هزینه، وقتی که ما نام بهینه‌ساز را به صورت یک متغیر متنی به کِراس ارسال می‌کنیم، کِراس همه پارامترهای آن، شامل نرخ یادگیری، را با مقادیر پیش‌فرض مقداردهی اولیه می‌کند. به تجربه طولانی، ما می‌دانیم که مدل‌های ترَنسفورمِر از نرخ‌های یادگیری بسیار کوچک‌تر بهره بیشتری می‌برند تا مقدار پیش‌فرض برای بهینه‌ساز Adam، که ۱e-۳ می‌باشد و به صورت‌ ۱۰ به توان -۳ یا ۰،۰۰۱ نیز نوشته می‌شود.

علاوه بر کم کردن یکباره نرخ یادگیری، ترفند دیگری نیز در آستین داریم: ما می‌توانیم نرخ یادگیری را به آهستگی در طول دوره تعلیم کاهش دهیم. گاها خواهید دید که از این روش در متون مشابه با عنوان نرخ یادگیری محو شونده یا بازپُختی یاد می‌شود. بهترین روش برای انجام این کار در کِراس استفاده از زمان‌بند نرخ یادگیری است. یک زمان‌بند خوب برای استفاده، زمان‌بند `PolynomialDecay` می‌باشد - این زمان‌بند برخلاف نامش نرخ یادگیری را در حالت پیش‌فرض به صورت خطی از مقدار اولیه تا مقدار نهایی در طول دوره تعلیم کاهش می‌دهد که دقیقا همان چیزی است که ما می‌خواهیم. به منظور استفاده درست از زمان‌بند ما نیاز داریم که به آن بگویم طول زمان تعلیم چقدر خواهد بود. در زیر ما آن را به عنوان `num_train_steps` محاسبه می‌کنیم.

    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)

کتابخانه ترنسفورمرهای هاگینگ‌فِیس همچنین یک تابع `create_optimizer()` دارد که بهینه‌سازی از نوع `AdamW`، دارای میزان کاهش نرخ یادگیری می‌سازد. این یک میان‌بر مناسب است که آن‌ را با جزئیات در بخش‌های بعدی این آموزش خواهید دید.

اکنون بهینه‌ساز کاملا جدیدمان را در اختیار داریم و می‌توانیم آن را تعلیم دهیم. ابتدا، اجازه دهید مدل را مجددا بارگذاری کنیم تا تغییرات ایجاد شده بر وزنها که در تعلیم قبلی اعمال شده‌اند را به حالت اولیه بازگردانیم، سپس می‌توانیم مدل را با بهینه ساز جدید تدوین کنیم:

    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"])

حالا دوباره مدل را فیت می‌کنیم:

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

💡 اگر مایلید مدلتان را در حین تعلیم به صورت خودکار در هاب بارگذاری کنید، می‌توانید پارامتر `PushToHubCallback` را در تابع `model.fit()` ارسال کنید. در فصل ۴ در این مورد بیشتر خواهیم آموخت.

###
پیش‌بینی‌های مدل

تعلیم و تماشای پایین رفتن هزینه خیلی خوب است، اما اگر واقعا بخواهیم از مدل تعلیم دیده‌مان، چه برای محاسبه برخی معیار‌ها و چه برای استفاده در خط تولید، خروجی دریافت کنیم باید چه کار کنیم؟ برای این منظور می‌توانیم از تابع `predict()` استفاده کنیم. این کار به ازای هر کلاس یک logits از لایه‌ سَر خروجی مدل باز می‌گرداند.

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

سپس می‌توانیم `logits` را با استفاده از `argmax` برای یافتن بزرگ‌ترین `logit`، که نماینده محتمل‌ترین دسته می‌باشد، به پیش‌بینی‌های دسته مدل تبدیل کنیم:

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

    (408, 2) (408,)

اکنون، اجازه دهید از `preds` برای محاسبه برخی معیارها استفاده کنیم! ما می‌توانیم معیارهای مرتبط با دیتاسِت MRPC را، به همان آسانی که دیتاسِت را بارگذاری کردیم، بارگذاری کنیم اما این بار با استفاده از تابع `load_metric()`. شیء باز گردانده شده تابعی به نام `compute()` دارد که می‌توانیم برای محاسبه معیارها از آن استفاده کنیم:

    from datasets import load_metric

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

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

از آنجایی که مقداردهی اولیه تصادفی در لایه‌ سَر مدل ممکن است مقادیر معیارهای حاصل را تغییر دهد، نتایج دریافتی شما می‌توانند متفاوت باشند. در اینجا می‌بینیم که مدل ما دقتی معادل ۸۵.۷۸٪ و F1 score معادل ۸۹.۹۷٪ روی مجموعه `validation` دارد. این‌‌ها دو معیاری هستند که جهت سنجش نتایج روی داده MRPC در محک GLUE به کار رفته‌اند. جدول نتایج در مقاله BERT، F1 score برابر با ۸۸.۹ برای مدل پایه گزارش کرده است. توجه داشته باشید که آن مدل `uncased` بود در حالی که اکنون ما از مدل `cased` استفاده می‌کنیم، که نتایج بهتر را توجیح می‌کند.

به این ترتیب مقدمه کوک کردن با استفاده از `API` کِراس به پایان می‌رسد. در فصل ۷ یک مثال از انجام این کار برای معمول‌ترین مسئله‌های `NLP` ارائه خواهد شد. اگر مایلید مهارت‌های خود را روی `API` کِراس تقویت کنید، سعی کنید مدلی را روی مسئله `GLUE SST-2`، با استفاده از روش پردازش داده‌ که در بخش ۲ انجام دادید، کوک کنید.