VLM系列文章1-LLaVA

作为VLM系列的第一篇文章，打算以LLaVA入手，毕竟是VLM领域较为经典的工作。

1. 核心贡献

多模态指令跟随数据：包括PT、SFT数据的构造流程；
大型多模态模型：一种新的框架，结构较为简单高效；
评估数据集；

2. 模型架构与重建目标

2.1 模型架构

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核心思想就是将视觉特征嵌入到LLM中，作为LLM的prefix（前缀），LLM作为建模的主体。

首先输入的Xv 经过一个vision encoder，比如open-clip等， siglip-so400m-patch14-384，抽取图像特征；
得到Zv经过一个Project W，这个是将视觉特征和LLM进行特征对齐，当然这里的对齐是比较简单，后续的工作包括一些Lora方式（CogView）等；
经过project得到的Hv 转换特征和来自Xq 经过embedding得到的Hq 进行拼接，一起送到LLM中，比如Vicuna；

2.2 训练流程

PT阶段：仅训练Projecter，视觉和LLM固定；
SFT阶段：训练Projecter和LLM，视觉固定；

当然你会想为什么这么设计，为什么是需要两阶段？一阶段不行吗？以及视觉为什么不训练？当然这些实验后续的工作也进行设计，我们后面的一些文章应该会涉及到；

2.3 重建目标

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在第一次看这些公式以及重建的目标的时候，自己理解其实是不深刻的，为什么要这么设计，特别是看到仅绿色的序列或者token参与Loss计算的时候，还是有点懵的，自回归的Loss到底是什么了？

之前也阅读了LLava的代码，可能结合代码会有着更加深刻的认识，这里简单的介绍几点。

2.3.1 Conversion

这个是llava代码中比较关键的部分，地址为：llava/conversation.py

在PT和SFT脚本中，有个关键的区别就是有个--version 字段，它在PT和SFT阶段一般是不同的。在PT阶段一般设置的是plain，这个不同的LLM可能都是这个，而SFT阶段可能设置就不一样了，有设置llava_llama_2 、mistral_instruct 等。这个设置的不同的是主要是因为不同的LLM在训练时候使用的template是不同的，因为它需要控制不同的角色，比如system, user，assistant，这部分内容可参考：huggingface.co/docs/transformers/main/en/chat_templating
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具体来看：

在PT阶段，使用plain 模板，最终在preprocess函数中使用preprocess_plain 本质上是直接将问题，变成<image> 了，因为PT默认使用的数据集是单轮的，经过CC3M过滤的图像描述数据集，PT阶段主要是视觉和LLM对齐；
SFT阶段：主要使用的

因为这里的情况稍微复杂一点，区分有图像和没有图像（可能只是纯文本作为SFT数据），那么有图像的话就将图像标记-200插入进去，只是在第一轮插入；最后的返回有两个，一个是input_ids一个是labels，那么label主要会有一个IGNORE_INDEX (-100），这个决定了哪些inputs_ids的数值在计算loss会被忽略。

2.3.2 LlavaMetaForCausalLM

这个函数是比较重要的，比如我们建模llava_llama 这个函数，
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不同的LLM最后都通过多继承的方式继承LlavaMetaForCausalLM, 该类的核心就是将来自的视觉特征和LLM特征插入。因为这里不是使用input_ids，也是将其变成emdedding，然后将视觉特征进行插入。