#
O instruire completă

Acum vom vedea cum să obținem aceleași rezultate ca în secțiunea anterioară, dar fără să folosim clasa `Trainer`. Din nou, presupunem că ați parcurs deja procesarea datelor din secțiunea 2. Iată un scurt rezumat al tot ceea ce veți avea nevoie:

    from datasets import load_dataset
    from transformers import AutoTokenizer, DataCollatorWithPadding

    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)

###
Pregătirea pentru antrenament

Înainte de a scrie efectiv bucla de antrenament, va trebui să definim câteva obiecte. Primele sunt încărcătoarele de date (dataloaders) pe care le vom folosi pentru a itera pe batch-uri. Dar, înainte de a putea defini acele dataloaders, trebuie să aplicăm un pic de postprocesare dataset-urilor noastre `tokenized_datasets`, pentru a ne ocupa de câteva lucruri pe care `Trainer` le făcea automat pentru noi. Mai exact, trebuie să:

- Eliminăm coloanele care corespund valorilor pe care modelul nu le așteaptă (cum ar fi coloanele `sentence1` și `sentence2`).
- Redenumim coloana `label` în `labels` (pentru că modelul se așteaptă ca argumentul să se numească `labels`).
- Setăm formatul dataset-urilor astfel încât să returneze tensori PyTorch în loc de liste.

`tokenized_datasets` are câte o metodă pentru fiecare dintre acești pași:

    tokenized_datasets = tokenized_datasets.remove_columns(["sentence1", "sentence2", "idx"])
    tokenized_datasets = tokenized_datasets.rename_column("label", "labels")
    tokenized_datasets.set_format("torch")
    tokenized_datasets["train"].column_names

Putem apoi să verificăm că rezultatul are doar coloanele pe care modelul le va accepta:

    ["attention_mask", "input_ids", "labels", "token_type_ids"]

Acum, după ce am terminat acest pas, putem defini foarte ușor dataloader-urile noastre:

    from torch.utils.data import DataLoader

    train_dataloader = DataLoader(
        tokenized_datasets["train"], shuffle=True, batch_size=8, collate_fn=data_collator
    )
    eval_dataloader = DataLoader(
        tokenized_datasets["validation"], batch_size=8, collate_fn=data_collator
    )

Pentru a verifica rapid că nu există nicio eroare în procesarea datelor, putem inspecta un batch astfel:

    for batch in train_dataloader:
        break
    {k: v.shape for k, v in batch.items()}

    {'attention_mask': torch.Size([8, 65]),
     'input_ids': torch.Size([8, 65]),
     'labels': torch.Size([8]),
     'token_type_ids': torch.Size([8, 65])}

Observați că formele reale ar putea fi ușor diferite pentru voi, pentru că am setat `shuffle=True` în dataloader-ul nostru de antrenament și pentru că împachetăm (padding) la lungimea maximă în interiorul batch-ului.

Acum că am terminat complet procesarea datelor (un obiectiv satisfăcător, dar uneori greu de atins pentru orice practician ML), să trecem la model. Îl instanțiem exact ca în secțiunea anterioară:

    from transformers import AutoModelForSequenceClassification

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

Pentru a ne asigura că totul va decurge fără probleme în timpul antrenamentului, trecem batch-ul nostru prin model:

    outputs = model(**batch)
    print(outputs.loss, outputs.logits.shape)

    tensor(0.5441, grad_fn=<NllLossBackward>) torch.Size([8, 2])

Toate modelele 🤗 Transformers vor returna pierderea (loss) când `labels` sunt furnizate, și, de asemenea, obținem logits (două pentru fiecare intrare în batch, deci un tensor de mărimea 8 x 2).

Suntem aproape gata să scriem bucla de antrenament! Ne mai lipsesc două lucruri: un optimizer și un scheduler pentru rata de învățare. Pentru că încercăm să reproducem ceea ce făcea `Trainer`, vom folosi aceleași valori implicite. Optimizer-ul folosit de `Trainer` este `AdamW`, care este același cu Adam, dar cu o abordare particulară pentru regularizarea weight decay (vedeți lucrarea “Decoupled Weight Decay Regularization” de Ilya Loshchilov și Frank Hutter):

    from transformers import AdamW

    optimizer = AdamW(model.parameters(), lr=5e-5)

În final, scheduler-ul pentru rata de învățare folosit implicit este doar o descreștere liniară de la valoarea maximă (5e-5) la 0. Pentru a-l defini corect, trebuie să știm numărul de pași de antrenament pe care îi vom face, care este numărul de epoci dorit înmulțit cu numărul de batch-uri de antrenament (care este lungimea dataloader-ului nostru de antrenament). `Trainer` folosește trei epoci implicit, așa că vom urma acest exemplu:

    from transformers import get_scheduler

    num_epochs = 3
    num_training_steps = num_epochs * len(train_dataloader)
    lr_scheduler = get_scheduler(
        "linear",
        optimizer=optimizer,
        num_warmup_steps=0,
        num_training_steps=num_training_steps,
    )
    print(num_training_steps)

    1377

###
Bucla de antrenament

Încă un lucru: vom dori să folosim GPU-ul dacă avem acces la unul (pe un CPU, antrenamentul poate dura câteva ore în loc de câteva minute). Pentru asta, definim un `device` pe care vom pune modelul și batch-urile noastre:

    import torch

    device = torch.device("cuda") if torch.cuda.is_available() else torch.device("cpu")
    model.to(device)
    device

    device(type='cuda')

Acum suntem gata de antrenament! Pentru a ne face o idee despre momentul în care se va termina antrenamentul, adăugăm o bară de progres peste numărul de pași de antrenament, folosind biblioteca `tqdm`:

    from tqdm.auto import tqdm

    progress_bar = tqdm(range(num_training_steps))

    model.train()
    for epoch in range(num_epochs):
        for batch in train_dataloader:
            batch = {k: v.to(device) for k, v in batch.items()}
            outputs = model(**batch)
            loss = outputs.loss
            loss.backward()

            optimizer.step()
            lr_scheduler.step()
            optimizer.zero_grad()
            progress_bar.update(1)

Observați că partea principală a buclei de antrenament arată foarte asemănător cu cea din introducere. Nu am cerut niciun raport, așa că această buclă de antrenament nu ne va spune nimic despre performanța modelului. Pentru a avea feedback, trebuie să adăugăm o buclă de evaluare.

###
Bucla de evaluare

Ca și înainte, vom folosi o metrică oferită de biblioteca 🤗 Evaluate. Am văzut deja metoda `metric.compute()`, dar metricle pot de fapt să acumuleze batch-uri pentru noi în timp ce parcurgem bucla de predicție, cu metoda `add_batch()`. Odată ce am acumulat toate batch-urile, putem obține rezultatul final cu `metric.compute()`. Iată cum să implementăm toate acestea într-o buclă de evaluare:

    import evaluate

    metric = evaluate.load("glue", "mrpc")
    model.eval()
    for batch in eval_dataloader:
        batch = {k: v.to(device) for k, v in batch.items()}
        with torch.no_grad():
            outputs = model(**batch)

        logits = outputs.logits
        predictions = torch.argmax(logits, dim=-1)
        metric.add_batch(predictions=predictions, references=batch["labels"])

    metric.compute()

    {'accuracy': 0.8431372549019608, 'f1': 0.8907849829351535}

Din nou, rezultatele voastre vor fi ușor diferite din cauza aleatorietății în inițializarea layer-ului final (model head) și a amestecării datelor, dar ar trebui să fie în aceeași zonă valorică.

✏️ Încercați! Modificați bucla de antrenament anterioară pentru a vă rafina modelul pe dataset-ul SST-2.

###
Îmbunătățiți circuitul de antrenament cu 🤗 Accelerate

Bucla de antrenament pe care am definit-o anterior funcționează bine pe un singur CPU sau GPU. Dar, folosind biblioteca 🤗 Accelerate, cu doar câteva ajustări putem activa antrenarea distribuită pe mai multe GPU-uri sau TPU-uri. Pornind de la crearea dataloader-urilor de antrenament și validare, iată cum arată bucla noastră manuală de antrenament:

    from transformers import AdamW, AutoModelForSequenceClassification, get_scheduler

    model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(checkpoint, num_labels=2)
    optimizer = AdamW(model.parameters(), lr=3e-5)

    device = torch.device("cuda") if torch.cuda.is_available() else torch.device("cpu")
    model.to(device)

    num_epochs = 3
    num_training_steps = num_epochs * len(train_dataloader)
    lr_scheduler = get_scheduler(
        "linear",
        optimizer=optimizer,
        num_warmup_steps=0,
        num_training_steps=num_training_steps,
    )

    progress_bar = tqdm(range(num_training_steps))

    model.train()
    for epoch in range(num_epochs):
        for batch in train_dataloader:
            batch = {k: v.to(device) for k, v in batch.items()}
            outputs = model(**batch)
            loss = outputs.loss
            loss.backward()

            optimizer.step()
            lr_scheduler.step()
            optimizer.zero_grad()
            progress_bar.update(1)

Iar aici sunt modificările:

    + from accelerate import Accelerator
      from transformers import AdamW, AutoModelForSequenceClassification, get_scheduler

    + accelerator = Accelerator()

      model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(checkpoint, num_labels=2)
      optimizer = AdamW(model.parameters(), lr=3e-5)

    - device = torch.device("cuda") if torch.cuda.is_available() else torch.device("cpu")
    - model.to(device)

    + train_dataloader, eval_dataloader, model, optimizer = accelerator.prepare(
    +     train_dataloader, eval_dataloader, model, optimizer
    + )

      num_epochs = 3
      num_training_steps = num_epochs * len(train_dataloader)
      lr_scheduler = get_scheduler(
          "linear",
          optimizer=optimizer,
          num_warmup_steps=0,
          num_training_steps=num_training_steps
      )

      progress_bar = tqdm(range(num_training_steps))

      model.train()
      for epoch in range(num_epochs):
          for batch in train_dataloader:
    -         batch = {k: v.to(device) for k, v in batch.items()}
              outputs = model(**batch)
              loss = outputs.loss
    -         loss.backward()
    +         accelerator.backward(loss)

              optimizer.step()
              lr_scheduler.step()
              optimizer.zero_grad()
              progress_bar.update(1)

Prima linie de adăugat este linia de import. A doua linie instanțiază un obiect `Accelerator` care va examina mediul și va inițializa setarea distribuită corespunzătoare. 🤗 Accelerate se ocupă de plasarea pe device pentru voi, așa că puteți elimina liniile care pun modelul pe device (sau, dacă preferați, le puteți schimba să folosească `accelerator.device` în loc de `device`).

Apoi, partea principală a muncii este făcută în linia care trimite dataloaders, modelul și optimizer-ul la `accelerator.prepare()`. Aceasta va împacheta acele obiecte în containerul potrivit pentru a vă asigura că antrenarea distribuită funcționează corespunzător. Restul modificărilor constau în eliminarea liniei care mută batch-ul pe `device` (din nou, dacă doriți să o păstrați puteți doar să o schimbați să folosească `accelerator.device`) și înlocuirea `loss.backward()` cu `accelerator.backward(loss)`.

⚠️ Pentru a beneficia de creșterea vitezei oferită de Cloud TPU-uri, vă recomandăm să împachetați mostrele la o lungime fixă folosind argumentele `padding="max_length"` și `max_length` ale tokenizer-ului.

Dacă vreți să copiați și să lipiți pentru a vă juca, iată cum arată bucla completă de antrenament cu 🤗 Accelerate:

    from accelerate import Accelerator
    from transformers import AdamW, AutoModelForSequenceClassification, get_scheduler

    accelerator = Accelerator()

    model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(checkpoint, num_labels=2)
    optimizer = AdamW(model.parameters(), lr=3e-5)

    train_dl, eval_dl, model, optimizer = accelerator.prepare(
        train_dataloader, eval_dataloader, model, optimizer
    )

    num_epochs = 3
    num_training_steps = num_epochs * len(train_dl)
    lr_scheduler = get_scheduler(
        "linear",
        optimizer=optimizer,
        num_warmup_steps=0,
        num_training_steps=num_training_steps,
    )

    progress_bar = tqdm(range(num_training_steps))

    model.train()
    for epoch in range(num_epochs):
        for batch in train_dl:
            outputs = model(**batch)
            loss = outputs.loss
            accelerator.backward(loss)

            optimizer.step()
            lr_scheduler.step()
            optimizer.zero_grad()
            progress_bar.update(1)

Plasând acest cod într-un fișier `train.py` îl face rulabil pe orice tip de configurare distribuită. Pentru a-l încerca în configurarea voastră distribuită, rulați comanda:

    accelerate config

care vă va cere să răspundeți la câteva întrebări și vă va crea un fișier de configurare folosit de comanda:

    accelerate launch train.py

care va porni antrenarea distribuită.

Dacă vreți să încercați asta într-un Notebook (de exemplu, pentru a-l testa cu TPU-uri pe Colab), doar lipiți codul într-o funcție `training_function()` și rulați într-o celulă finală:

    from accelerate import notebook_launcher

    notebook_launcher(training_function)

Puteți găsi mai multe exemple în repo-ul 🤗 Accelerate.

< > Update on GitHub