llama-factory训练RLHF-PPO模型

理论上RLHF（强化学习）效果比sft好，也更难训练。ppo有采用阶段,步骤比较多,训练速度很慢.
记录下工作中使用llama-factory调试rlhf-ppo算法流程及参数配置,希望对大家有所帮助.

llama-factory版本: 0.8.2

一 rlhf流程

ppo训练流程图如下, 会用到多个模型, 但初始化阶段, 只需提供sft和reward模型就行.
在这里插入图片描述

四个子模型用途：

Actor Model：演员模型，这就是我们想要训练的目标语言模型
Reference Model：参考模型，它的作用是在RLHF阶段给语言模型增加一些“约束”，防止语言模型训歪。我们希望训练出来的Actor模型既能达到符合人类喜好的目的，又尽量让它和SFT模型不要差异太大。即希望两个模型的输出分布尽量相似，通过与Actor Model之间的KL散度控制。
Critic Model：评论家模型，它的作用是预估总收益V->(t)，在RLHF中，我们不仅要训练模型生成符合人类喜好的内容的能力（Actor），也要提升模型对人类喜好量化判断的能力（Critic）。这就是Critic模型存在的意义。
Reward Model：奖励模型，它的作用是计算即时收益R->(t) Actor/Critic Model. 在RLHF阶段是需要训练的；而Reward/Reference Model是参数冻结的。

整体算法流程如下：

训练sft模型
训练reward奖励模型
以sft模型初始化Reference和Actor模型，以奖励模型初始化Critic模型。其中，Actor与Critic模型权重可训练，Reference与Reward冻结权重，全程不更新。
rlhf-ppo执行过程分析(对应上图的step 3)：

第一步，我们准备一个batch的prompts
第二步，我们将这个batch的prompts喂给Actor模型，让它生成对应的responses
第三步，我们把prompt+responses喂给我们的Critic/Reward/Reference模型，让它生成用于计算actor/critic loss的数据，按照强化学习的术语，我们称这些数据为经验（experiences）。
第四步，我们根据这些经验，实际计算出actor/critic loss，然后更新Actor和Critic模型。

涉及的损失函数：

至此, 我们对RLHF-PPO工作原理已经有了清晰的认知. 若觉得上述文字不过瘾, 可以看我列出的几篇参考文献, 对ppo复杂的原理有深刻解读.

二代码实践

2.1 数据准备: 需要准备sft指令微调和reward奖励模型的数据.

sft数据格式

[{"instruction": "<question>:查看备案有效期在今天之后的委托信息\nCREATE TABLE 委托备案信息 (序号 FLOAT,\n委托企业名称 VARCHAR(255),\n公司地址 VARCHAR(255),\n被委托企业名称 VARCHAR(255),\n委托产品名称 VARCHAR(255),\n备案日期 VARCHAR(255),\n备案有效期 VARCHAR(255));","input": "","output": "\nSELECT * FROM 委托备案信息 WHERE TO_DATE(备案有效期, 'YYYY-MM-DD') > NOW();\n"},{"instruction": "<question>:哪些镇名拥有重点旅游村？\nCREATE TABLE 镇名休闲农业园区休闲农庄重点旅游村 (镇名 VARCHAR(255),\n休闲农业园区 VARCHAR(255),\n休闲农庄 VARCHAR(255),\n重点旅游村 VARCHAR(255));","input": "","output": "\nSELECT DISTINCT 镇名 FROM 镇名休闲农业园区休闲农庄重点旅游村 WHERE 重点旅游村 IS NOT NULL;\n"},...
]

reward数据格式固定,不能随意更改, 经过断点调试发现, 所有模型的reward数据都遵循以下格式, 其中chosen期望偏好, rejected是负向偏好.

[{"conversations": [{"from": "human","value": "<question>:查看备案有效期在今天之后的委托信息\nCREATE TABLE 委托备案信息 (序号 FLOAT,\n委托企业名称 VARCHAR(255),\n公司地址 VARCHAR(255),\n被委托企业名称 VARCHAR(255),\n委托产品名称 VARCHAR(255),\n备案日期 VARCHAR(255),\n备案有效期 VARCHAR(255));"}],"chosen": {"from": "gpt","value": "\nSELECT * FROM 委托备案信息 WHERE TO_DATE(备案有效期, 'YYYY-MM-DD') > NOW();\n"},"rejected": {"from": "gpt","value": "SELECT * FROM 委托备案信息 WHERE 备案有效期 > NOW()"}},{"conversations": [{"from": "human","value": "<question>:哪些镇名拥有重点旅游村？\nCREATE TABLE 镇名休闲农业园区休闲农庄重点旅游村 (镇名 VARCHAR(255),\n休闲农业园区 VARCHAR(255),\n休闲农庄 VARCHAR(255),\n重点旅游村 VARCHAR(255));"}],"chosen": {"from": "gpt","value": "\nSELECT DISTINCT 镇名 FROM 镇名休闲农业园区休闲农庄重点旅游村 WHERE 重点旅游村 IS NOT NULL;\n"},"rejected": {"from": "gpt","value": "SELECT DISTINCT 镇名 FROM PG库 WHERE 重点旅游村 IS NOT NULL;"}},...
]

2.2 训练代码

新版llama-factory不再使用shell脚本传参, 而是通过yaml文件完成, 之后通过以下代码, 根据传入yaml文件不同执行对应的训练任务.

import os
import sys
sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))))from src.llamafactory.train.tuner import run_exp
import yamldef main(yaml_path_):with open(yaml_path_, 'r', encoding='utf-8') as f:param = yaml.safe_load(f)run_exp(param)if __name__ == "__main__":#1.sft指令微调# yaml_path = '../examples/yblir_configs/qwen2_lora_sft.yaml'# 2.奖励模型训练# yaml_path = '../examples/yblir_configs/qwen2_lora_reward.yaml'# 3.rlhf-ppo训练yaml_path = '../examples/yblir_configs/qwen2_lora_ppo.yaml'main(yaml_path)

sft 超参: qwen2_lora_sft.yaml

# model
model_name_or_path: E:\PyCharm\PreTrainModel\qwen2_7b
#model_name_or_path: /media/xk/D6B8A862B8A8433B/data/qwen2_05b
# method
stage: sft
do_train: true
finetuning_type: lora
lora_target: all# dataset
dataset: train_clean
dataset_dir: ../data
template: qwen
cutoff_len: 1024
#max_samples: 1000
overwrite_cache: true
preprocessing_num_workers: 2# output
output_dir: E:\PyCharm\PreTrainModel\qwen2_7b_sft
logging_steps: 10
save_steps: 100
plot_loss: true
overwrite_output_dir: true# train
per_device_train_batch_size: 4
gradient_accumulation_steps: 2
learning_rate: 1.0e-5
num_train_epochs: 3.0
lr_scheduler_type: cosine
warmup_steps: 0.1
fp16: true# eval
val_size: 0.1
per_device_eval_batch_size: 4
evaluation_strategy: steps
eval_steps: 100

sft训练效果:
在这里插入图片描述

rm模型训练参数: qwen2_lora_reward.yaml

# 训练奖励模型
### model
model_name_or_path: /mnt/e/PyCharm/PreTrainModel/qwen2_7b### method
stage: rm
do_train: true
finetuning_type: lora
lora_target: all### dataset
dataset: rw_data
dataset_dir: ../data
template: qwen
cutoff_len: 1024
max_samples: 3000
overwrite_cache: true
preprocessing_num_workers: 1### output
output_dir: /mnt/e/PyCharm/PreTrainModel/qwen2_7b_rm
logging_steps: 10
save_steps: 100
plot_loss: true
overwrite_output_dir: true### train
per_device_train_batch_size: 2
gradient_accumulation_steps: 2
learning_rate: 1.0e-5
num_train_epochs: 3.0
lr_scheduler_type: cosine
warmup_ratio: 0.1
fp16: true
ddp_timeout: 180000000### eval
val_size: 0.1
per_device_eval_batch_size: 2
eval_strategy: steps
eval_steps: 500

rm训练效果:

***** eval metrics *****epoch                   =        3.0eval_accuracy           =        1.0eval_loss               =        0.0eval_runtime            = 0:00:16.73eval_samples_per_second =     17.923eval_steps_per_second   =      8.961
[INFO|modelcard.py:450] 2024-06-26 23:02:36,246 >> Dropping the following result as it does not have all the necessary fields:
{'task': {'name': 'Causal Language Modeling', 'type': 'text-generation'}, 'metrics': [{'name': 'Accuracy', 'type': 'accuracy', 'value': 1.0}]}

在这里插入图片描述

sft训练完成后,要先merge才能进行下一步ppo训练.
merge代码及配置文件:

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/5/17 23:21
# @Author  : yblir
# @File    : lyb_merge_model.py
# explain  :
# =======================================================
import os
import sys
sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))))import yamlfrom src.llamafactory.train.tuner import export_modelif __name__ == "__main__":with open('../examples/yblir_configs/qwen2_lora_sft_merge.yaml', 'r', encoding='utf-8') as f:param = yaml.safe_load(f)export_model(param)

qwen2_lora_sft_merge.yaml

# Note: DO NOT use quantized model or quantization_bit when merging lora adapters# model
model_name_or_path: E:\PyCharm\PreTrainModel\qwen2_7b
adapter_name_or_path: E:\PyCharm\PreTrainModel\qwen2_7b_sft
#model_name_or_path: /media/xk/D6B8A862B8A8433B/data/qwen2_05b
#adapter_name_or_path: /media/xk/D6B8A862B8A8433B/data/qwen2_15b_rw
template: qwen
finetuning_type: lora# export
export_dir: /mnt/e/PyCharm/PreTrainModel/qwen2_7b_sft_merge
export_size: 2
export_device: cpu
# 为true,保存为safetensors格式
export_legacy_format: true

ppo训练: 使用merge后的sft模型. reward_model参数是rm训练的lora参数, 这样做的好处是节约显存, 不然24G显存根本没法训练7B大小的模型. 而弊端就是, 四个子模型的基座是同一个模型. 只有全量的full训练才能选择不同的模型. 目前看, 都用同一个模型也没发现什么问题.

ppo涉及数据采样, 训练很慢, 4090显卡, 对于以下参数, 显存占用约18G, 耗时约4.5小时才训练完.

### model
model_name_or_path: /mnt/e/PyCharm/PreTrainModel/qwen2_7b_sft_merge
reward_model: /mnt/e/PyCharm/PreTrainModel/qwen2_7b_rm### method
stage: ppo
do_train: true
finetuning_type: lora
lora_target: all### dataset
# dataset: identity,alpaca_en_demo
dataset: train_clean
dataset_dir: ../data
template: qwen
cutoff_len: 1024
max_samples: 2000
overwrite_cache: true
preprocessing_num_workers: 1### output
output_dir: /mnt/e/PyCharm/PreTrainModel/qwen2_7b_sql_ppo_1_batch
logging_steps: 10
save_steps: 100
plot_loss: true
overwrite_output_dir: true### train
per_device_train_batch_size: 1
gradient_accumulation_steps: 8
learning_rate: 1.0e-5
num_train_epochs: 2.0
lr_scheduler_type: cosine
warmup_ratio: 0.1
fp16: true
ddp_timeout: 180000000### generate
max_new_tokens: 512
top_k: 0
top_p: 0.9

ppo训练效果
在这里插入图片描述

ppo训练后进行推理, 使用merge后的sft模型进行的ppo的推理的基座模型, ppo训练的finetuning_type是lora, 因此最终保存的也是lora参数,

lyb_qwen_sft_predict.yaml

# model
model_name_or_path: E:\PyCharm\PreTrainModel\qwen2_7b_sft_merge
adapter_name_or_path: E:\PyCharm\PreTrainModel\qwen2_7b_sql_ppo_1_batchstage: sft
finetuning_type: lora
#lora_target: all
#quantization_bit: 8#infer_backend: vllm# dataset
template: qwen
#cutoff_len: 1024

一个简单的推理代码, 注意模型的输入数据, 与ppo训练时入参格式一样, 本文ppo训练使用的数据与sft是同一份.

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/6/16 20:50
# @Author  : yblir
# @File    : lyb_lora_inference.py
# explain  : 
# =======================================================
import yaml
import json
from loguru import logger
import time
import sys
from src.llamafactory.chat import ChatModelif __name__ == '__main__':with open('../examples/yblir_configs/lyb_qwen_sft_predict.yaml', 'r', encoding='utf-8') as f:param = yaml.safe_load(f)chat_model = ChatModel(param)with open('../data/tuning_sample.json', 'r', encoding='utf-8') as f:data = json.load(f)# 预热messages = [{"role": "user", "content": data[0]['instruction']}]_ = chat_model.chat(messages)predict_1000 = []total_time = 0for i, item in enumerate(data):messages = [{"role": "user", "content": item['instruction']}]t1 = time.time()res = chat_model.chat(messages)total_time += time.time() - t1predict_1000.append(res[0].response_text)#print('-------------------------------------------------')print(i,'->',res[0].response_text)# sys.exit()if (i + 1) % 10 == 0:# logger.info(f'当前完成: {i + 1}')sys.exit()if i + 1 == 300:break# json_data = json.dumps(predict_1000, indent=4, ensure_ascii=False)# with open('saves2/qwen_7b_chat_lora_merge_vllm.json', 'w', encoding='utf-8') as f:#     f.write(json_data)logger.success(f'写入完成, 总耗时:{total_time},平均耗时: {round((total_time / 300), 5)} s')

sft与PPO部分推理结果比较, 具体指标要把sql放到数据库去跑一遍才知道, 结果在公司内网, 不再此列出了.
在这里插入图片描述

三总结

除了ppo, dpo(Direct Preference Optimization:直接偏好优化)也是一种常见的调优手段, 不过多篇paper研究证明性能不如PPO, 在计算资源不足的情况下DPO也是个不过的选择,因为不需要训练奖励模型, 而且训练速度快,效果也比较稳定, 不像PPO那样很容易训崩.
其他LLM偏好对齐训练技术还有ORPO,IPO,CPO以及效果看起来很棒的KTO.
还有最新发表的RLOO,看起来比PPO更好更易训练.
在这里插入图片描述

这个领域发展太快, 脑子快不够用了.
在这里插入图片描述

四参考文献

https://blog.csdn.net/sinat_37574187/article/details/138200789
https://blog.csdn.net/2301_78285120/article/details/134888984
https://blog.csdn.net/qq_27590277/article/details/132614226
https://blog.csdn.net/qq_35812205/article/details/133563158