原文地址：https://towardsdatascience.com/fine-tune-llama-3-with-orpo-56cfab2f9ada

更便宜、更快的统一微调技术

2024 年 4 月 19 日

ORPO 是一种新的令人兴奋的微调技术，它将传统的监督微调和偏好校准阶段合并为一个过程。这减少了训练所需的计算资源和时间。此外，经验结果表明，在各种模型大小和基准上，ORPO 都优于其他配准方法。

在本文中，我们将使用 ORPO 和 TRL 库对新的 Llama 3 8B 模型进行微调。

ORPO

指令调整和偏好对齐是使大型语言模型（LLM）适应特定任务的基本技术。传统上，这涉及一个多阶段过程：1/ 对指令进行监督微调 (SFT)，使模型适应目标领域；2/偏好调整方法，如人工反馈强化学习 (RLHF) 或直接偏好优化 (DPO)，以提高生成首选响应而非拒绝响应的可能性。

不过，研究人员也发现了这种方法的局限性。虽然 SFT 能有效地使模型适应所需的领域，但却无意中增加了在生成首选答案的同时生成不想要的答案的概率。这就是为什么有必要进行偏好调整阶段，以拉大首选输出和拒绝输出的可能性之间的差距。

由 Hong 和 Lee（2024 年）提出的 ORPO 将指令调整和偏好调整结合到一个单一的、整体的训练过程中，为这一问题提供了一个优雅的解决方案。ORPO 修改了标准语言建模目标，将负对数似然损失与几率比（OR）项相结合。这种赔率损失会对被拒绝的反应进行弱惩罚，同时对偏好的反应进行强奖励，从而使模型能够同时学习目标任务并与人类偏好保持一致。

使用 ORPO 微调 Llama 3

Llama 3 是 Meta 开发的最新 LLM 系列。这些模型是在一个包含 15 万亿个词库（相比之下，Llama 2 包含 2T 个词库）的广泛数据集上训练的。目前已发布两种规模的模型：700 亿参数模型和较小的 80 亿参数模型。70B 模型已经表现出令人印象深刻的性能，在 MMLU 基准测试中获得 82 分，在 HumanEval 基准测试中获得 81.7 分。

Llama 3 模型还将上下文长度增加到 8,192 个标记（Llama 2 为 4,096 个标记），并有可能通过 RoPE 扩展到 32k。此外，这些模型还使用了具有 128K 标记词汇的新标记化器，从而将文本编码所需的标记数量减少了 15%。这个词汇量也是参数从 7B 增加到 8B 的原因。

ORPO 需要一个偏好数据集，包括提示、选择的答案和拒绝的答案。

按照惯例，我们先安装所需的库：

pip install -U transformers datasets accelerate peft trl bitsandbytes wandb

安装完成后，我们就可以导入必要的库并登录 W&B（可选）：

import gc
import os
import torch
import wandb
from datasets import load_dataset
from google.colab import userdata
from peft import LoraConfig, PeftModel, prepare_model_for_kbit_training
from transformers import (
    AutoModelForCausalLM,
    AutoTokenizer,
    BitsAndBytesConfig,
    TrainingArguments,
    pipeline,
)
from trl import ORPOConfig, ORPOTrainer, setup_chat_format
wb_token = userdata.get('wandb')
wandb.login(key=wb_token)

如果你使用的是最新的 GPU，你还可以使用 Flash Attention 库，以更高效的方式替换默认的急切关注实现。

if torch.cuda.get_device_capability()[0] >= 8:
    !pip install -qqq flash-attn
    attn_implementation = "flash_attention_2"
    torch_dtype = torch.bfloat16
else:
    attn_implementation = "eager"
    torch_dtype = torch.float16

在下文中，我们将利用 bitsandbytes 以 4 位精度加载 Llama 3 8B 模型。然后，我们使用 QLoRA 的 PEFT 设置 LoRA 配置。我还使用方便的 setup_chat_format() 函数来修改模型和标记符，以支持 ChatML。它会自动应用聊天模板，添加特殊标记，并调整模型嵌入层的大小，以匹配新的词汇量大小。

# Model
base_model = "meta-llama/Meta-Llama-3-8B"
new_model = "OrpoLlama-3-8B"
# QLoRA config
bnb_config = BitsAndBytesConfig(
    load_in_4bit=True,
    bnb_4bit_quant_type="nf4",
    bnb_4bit_compute_dtype=torch_dtype,
    bnb_4bit_use_double_quant=True,
)
# LoRA config
peft_config = LoraConfig(
    r=16,
    lora_alpha=32,
    lora_dropout=0.05,
    bias="none",
    task_type="CAUSAL_LM",
    target_modules=['up_proj', 'down_proj', 'gate_proj', 'k_proj', 'q_proj', 'v_proj', 'o_proj']
)
# Load tokenizer
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(base_model)
# Load model
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    base_model,
    quantization_config=bnb_config,
    device_map="auto",
    attn_implementation=attn_implementation
)
model, tokenizer = setup_chat_format(model, tokenizer)
model = prepare_model_for_kbit_training(model)

既然模型已经准备好进行训练，我们就可以处理数据集了。我们加载 mlabonne/orpo-dpo-mix-40k 并使用 apply_chat_template() 函数将 "选择 "和 "拒绝 "列转换为 ChatML 格式。请注意，我只使用了 1,000 个样本，而不是整个数据集，因为这样运行时间太长。

dataset_name = "mlabonne/orpo-dpo-mix-40k"
dataset = load_dataset(dataset_name, split="all")
dataset = dataset.shuffle(seed=42).select(range(10))
def format_chat_template(row):
    row["chosen"] = tokenizer.apply_chat_template(row["chosen"], tokenize=False)
    row["rejected"] = tokenizer.apply_chat_template(row["rejected"], tokenize=False)
    return row
dataset = dataset.map(
    format_chat_template,
    num_proc= os.cpu_count(),
)
dataset = dataset.train_test_split(test_size=0.01)

首先，我们需要设置几个超参数：

• 学习率： 与传统的 SFT 甚至 DPO 相比，ORPO 使用非常低的学习率。这个 8e-6 的值来自原始论文，大致相当于 1e-5 的 SFT 学习率和 5e-6 的 DPO 学习率。我建议将其提高到 1e-6 左右，以进行真正的微调。
• beta： 它是论文中的 $\lambda$ 参数，默认值为 0.1。原始论文的附录展示了如何通过烧蚀研究来选择它。
• 其他参数，如 max_length 和批量大小，都设置为使用尽可能多的可用 VRAM（在此配置中约为 20 GB）。理想情况下，我们会对模型进行 3-5 个历元的训练，但这里我们会坚持使用 1 个历元。

最后，我们可以使用 ORPOTrainer 对模型进行训练。

orpo_args = ORPOConfig(
    learning_rate=8e-6,
    beta=0.1,
    lr_scheduler_type="linear",
    max_length=1024,
    max_prompt_length=512,
    per_device_train_batch_size=2,
    per_device_eval_batch_size=2,
    gradient_accumulation_steps=4,
    optim="paged_adamw_8bit",
    num_train_epochs=1,
    evaluation_strategy="steps",
    eval_steps=0.2,
    logging_steps=1,
    warmup_steps=10,
    report_to="wandb",
    output_dir="./results/",
)
trainer = ORPOTrainer(
    model=model,
    args=orpo_args,
    train_dataset=dataset["train"],
    eval_dataset=dataset["test"],
    peft_config=peft_config,
    tokenizer=tokenizer,
)
trainer.train()
trainer.save_model(new_model)

在 L4 GPU 上对这 1,000 个样本进行模型训练耗时约 2 小时。我们来看看 W&B 图：

虽然损失减少了，但选择答案和拒绝答案之间的差异并不明显：平均余量和准确率分别仅略高于零和 0.5。

在原始论文中，作者在 Anthropic/hh-rlhf 数据集（161k 个样本）上训练了 10 个历时的模型，这比我们快速运行的时间要长得多。他们还使用 Llama 3 进行了实验，并慷慨地分享了他们的日志。

在本文的最后，让我们将 QLoRA 适配器与基础模型合并，并将其推送到Hugging Face Hub。

# Flush memory
del trainer, model
gc.collect()
torch.cuda.empty_cache()
# Reload tokenizer and model
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(base_model)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    base_model,
    low_cpu_mem_usage=True,
    return_dict=True,
    torch_dtype=torch.float16,
    device_map="auto",
)
model, tokenizer = setup_chat_format(model, tokenizer)
# Merge adapter with base model
model = PeftModel.from_pretrained(model, new_model)
model = model.merge_and_unload()
model.push_to_hub(new_model, use_temp_dir=False)
tokenizer.push_to_hub(new_model, use_temp_dir=False)

现在，我们完成了对 Llama 3 的快速微调：mlabonne/OrpoLlama-3-8B。你可以使用这个 "Hugging Face Space"来体验一下。正如 W&B 曲线所示，虽然模型训练不足，但我还是使用 LLM AutoEval 在 Nous 的基准套件上进行了一些评估。

我们的 ORPO 微调实际上非常不错，在每个基准测试中都提高了基本型号的性能。这是令人鼓舞的，很可能意味着对整个 40k 样本进行微调会产生很好的结果。

对于开源社区来说，这是一个激动人心的时刻，越来越多的高质量开放重量模型被发布。闭源模型和开放重量模型之间的差距正在慢慢缩小，而微调是为你的使用案例获得最佳性能的重要工具。

结论

在本文中，我们介绍了 ORPO 算法，并解释了它如何将 SFT 和偏好校准阶段统一为一个过程。然后，我们使用 TRL 在自定义偏好数据集上对 Llama 3 8B 模型进行了微调。最终的模型显示了令人鼓舞的结果，并凸显了 ORPO 作为一种新的微调范例的潜力。