Fine-tuning de um modelo pré-treinado

O uso de um modelo pré-treinado tem importantes vantagens. Redução do custo computacional, a pegada de carbono, e te permite utilizar modelos de última geração sem ter que treinar um novo desde o início. O 🤗 Transformers proporciona acesso a milhares de modelos pré-treinados numa ampla gama de tarefas. Quando utilizar um modelo pré-treinado, treine-o com um dataset específico para a sua tarefa. Isto é chamado de fine-tuning, uma técnica de treinamento incrivelmente poderosa. Neste tutorial faremos o fine-tuning de um modelo pré-treinado com um framework de Deep Learning da sua escolha:

• Fine-tuning de um modelo pré-treinado com o 🤗 Transformers Trainer.
• Fine-tuning de um modelo pré-treinado no TensorFlow com o Keras.
• Fine-tuning de um modelo pré-treinado em PyTorch nativo.

Preparando um dataset

Antes de aplicar o fine-tuning a um modelo pré-treinado, baixe um dataset e prepare-o para o treinamento. O tutorial anterior ensinará a processar os dados para o treinamento, e então poderá ter a oportunidade de testar esse novo conhecimento em algo prático.

Comece carregando o dataset Yelp Reviews:

>>> from datasets import load_dataset

>>> dataset = load_dataset("yelp_review_full")
>>> dataset[100]
{'label': 0,
 'text': 'My expectations for McDonalds are t rarely high. But for one to still fail so spectacularly...that takes something special!\\nThe cashier took my friends\'s order, then promptly ignored me. I had to force myself in front of a cashier who opened his register to wait on the person BEHIND me. I waited over five minutes for a gigantic order that included precisely one kid\'s meal. After watching two people who ordered after me be handed their food, I asked where mine was. The manager started yelling at the cashiers for \\"serving off their orders\\" when they didn\'t have their food. But neither cashier was anywhere near those controls, and the manager was the one serving food to customers and clearing the boards.\\nThe manager was rude when giving me my order. She didn\'t make sure that I had everything ON MY RECEIPT, and never even had the decency to apologize that I felt I was getting poor service.\\nI\'ve eaten at various McDonalds restaurants for over 30 years. I\'ve worked at more than one location. I expect bad days, bad moods, and the occasional mistake. But I have yet to have a decent experience at this store. It will remain a place I avoid unless someone in my party needs to avoid illness from low blood sugar. Perhaps I should go back to the racially biased service of Steak n Shake instead!'}

Como já sabe, é necessário ter um tokenizador para processar o texto e incluir uma estratégia de padding e truncamento, para manejar qualquer tamanho varíavel de sequência. Para processar o seu dataset em apenas um passo, utilize o método de 🤗 Datasets map para aplicar uma função de preprocessamento sobre todo o dataset.

>>> from transformers import AutoTokenizer

>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("bert-base-cased")


>>> def tokenize_function(examples):
...     return tokenizer(examples["text"], padding="max_length", truncation=True)


>>> tokenized_datasets = dataset.map(tokenize_function, batched=True)

Se desejar, é possível criar um subconjunto menor do dataset completo para aplicar o fine-tuning e assim reduzir o tempo necessário.

>>> small_train_dataset = tokenized_datasets["train"].shuffle(seed=42).select(range(1000))
>>> small_eval_dataset = tokenized_datasets["test"].shuffle(seed=42).select(range(1000))

Fine-tuning com o Trainer

O 🤗 Transformers proporciona uma classe Trainer otimizada para o treinamento de modelos de 🤗 Transformers, facilitando os primeiros passos do treinamento sem a necessidade de escrever manualmente o seu próprio ciclo. A API do Trainer suporta um grande conjunto de opções de treinamento e funcionalidades, como o logging, o gradient accumulation e o mixed precision.

Comece carregando seu modelo e especifique o número de labels de previsão. A partir do Card Dataset do Yelp Reveiw, que ja sabemos ter 5 labels usamos o seguinte código:

>>> from transformers import AutoModelForSequenceClassification

>>> model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained("bert-base-cased", num_labels=5)

Hiperparâmetros de treinamento

Em seguida, crie uma classe TrainingArguments que contenha todos os hiperparâmetros que possam ser ajustados, assim como os indicadores para ativar as diferentes opções de treinamento. Para este tutorial, você pode começar o treinamento usando os hiperparámetros padrão, porém, sinta-se livre para experimentar com eles e encontrar uma configuração ótima.

Especifique onde salvar os checkpoints do treinamento:

>>> from transformers import TrainingArguments

>>> training_args = TrainingArguments(output_dir="test_trainer")

Métricas

O Trainer não avalia automaticamente o rendimento do modelo durante o treinamento. Será necessário passar ao Trainer uma função para calcular e fazer um diagnóstico sobre as métricas. A biblioteca 🤗 Datasets proporciona uma função de accuracy simples que pode ser carregada com a função load_metric (ver este tutorial para mais informações):

>>> import numpy as np
>>> from datasets import load_metric

>>> metric = load_metric("accuracy")

Defina a função compute dentro de metric para calcular a precisão das suas predições. Antes de passar as suas predições ao compute, é necessário converter as predições à logits (lembre-se que todos os modelos de 🤗 Transformers retornam logits).

>>> def compute_metrics(eval_pred):
...     logits, labels = eval_pred
...     predictions = np.argmax(logits, axis=-1)
...     return metric.compute(predictions=predictions, references=labels)

Se quiser controlar as suas métricas de avaliação durante o fine-tuning, especifique o parâmetro evaluation_strategy nos seus argumentos de treinamento para que o modelo considere a métrica de avaliação ao final de cada época:

>>> from transformers import TrainingArguments

>>> training_args = TrainingArguments(output_dir="test_trainer", evaluation_strategy="epoch")

Trainer

Crie um objeto Trainer com o seu modelo, argumentos de treinamento, conjuntos de dados de treinamento e de teste, e a sua função de avaliação:

>>> trainer = Trainer(
...     model=model,
...     args=training_args,
...     train_dataset=small_train_dataset,
...     eval_dataset=small_eval_dataset,
...     compute_metrics=compute_metrics,
... )

Em seguida, aplique o fine-tuning a seu modelo chamado train():

>>> trainer.train()

Fine-tuning com Keras

Os modelos de 🤗 Transformers também permitem realizar o treinamento com o TensorFlow com a API do Keras. Contudo, será necessário fazer algumas mudanças antes de realizar o fine-tuning.

Conversão do dataset ao formato do TensorFlow

O DefaultDataCollator junta os tensores em um batch para que o modelo possa ser treinado em cima deles. Assegure-se de especificar os return_tensors para retornar os tensores do TensorFlow:

>>> from transformers import DefaultDataCollator

>>> data_collator = DefaultDataCollator(return_tensors="tf")

Em seguida, converta os datasets tokenizados em datasets do TensorFlow com o método to_tf_dataset. Especifique suas entradas em columns e seu rótulo em label_cols:

>>> tf_train_dataset = small_train_dataset.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 = small_eval_dataset.to_tf_dataset(
...     columns=["attention_mask", "input_ids", "token_type_ids"],
...     label_cols="labels",
...     shuffle=False,
...     collate_fn=data_collator,
...     batch_size=8,
... )

Compilação e ajustes

Carregue um modelo do TensorFlow com o número esperado de rótulos:

>>> import tensorflow as tf
>>> from transformers import TFAutoModelForSequenceClassification

>>> model = TFAutoModelForSequenceClassification.from_pretrained("bert-base-cased", num_labels=5)

A seguir, compile e ajuste o fine-tuning a seu modelo com fit como faria com qualquer outro modelo do Keras:

>>> model.compile(
...     optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=5e-5),
...     loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
...     metrics=tf.metrics.SparseCategoricalAccuracy(),
... )

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

Fine-tune em PyTorch nativo

O Trainer se encarrega do ciclo de treinamento e permite aplicar o fine-tuning a um modelo em uma linha de código apenas. Para os usuários que preferirem escrever o seu próprio ciclo de treinamento, também é possível aplicar o fine-tuning a um modelo de 🤗 Transformers em PyTorch nativo.

Neste momento, talvez ocorra a necessidade de reinicar seu notebook ou executar a seguinte linha de código para liberar memória:

del model
del pytorch_model
del trainer
torch.cuda.empty_cache()

Em sequência, faremos um post-processing manual do tokenized_dataset e assim prepará-lo para o treinamento.

1. Apague a coluna de text porque o modelo não aceita texto cru como entrada:

   Copied

   >>> tokenized_datasets = tokenized_datasets.remove_columns(["text"])

2. Troque o nome da coluna label para labels, pois o modelo espera um argumento de mesmo nome:

   Copied

   >>> tokenized_datasets = tokenized_datasets.rename_column("label", "labels")

3. Defina o formato do dataset para retornar tensores do PyTorch no lugar de listas:

   Copied

   >>> tokenized_datasets.set_format("torch")

Em sequência, crie um subconjunto menor do dataset, como foi mostrado anteriormente, para acelerá-lo o fine-tuning.

>>> small_train_dataset = tokenized_datasets["train"].shuffle(seed=42).select(range(1000))
>>> small_eval_dataset = tokenized_datasets["test"].shuffle(seed=42).select(range(1000))

DataLoader

Crie um DataLoader para os seus datasets de treinamento e de teste para poder iterar sobre batches de dados:

>>> from torch.utils.data import DataLoader

>>> train_dataloader = DataLoader(small_train_dataset, shuffle=True, batch_size=8)
>>> eval_dataloader = DataLoader(small_eval_dataset, batch_size=8)

Carregue seu modelo com o número de labels esperados:

>>> from transformers import AutoModelForSequenceClassification

>>> model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained("bert-base-cased", num_labels=5)

Otimização e configuração do Learning Rate

Crie um otimizador e um learning rate para aplicar o fine-tuning ao modelo. Iremos utilizar o otimizador AdamW do PyTorch:

>>> from torch.optim import AdamW

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

Defina o learning rate do Trainer:

>>> from transformers import get_scheduler

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

Por último, especifique o device do ambiente para utilizar uma GPU se tiver acesso à alguma. Caso contrário, o treinamento em uma CPU pode acabar levando várias horas em vez de minutos.

>>> import torch

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

Perfeito, agora estamos prontos para começar o treinamento! 🥳

Ciclo de treinamento

Para visualizar melhor o processo de treinamento, utilize a biblioteca tqdm para adicionar uma barra de progresso sobre o número de passos percorridos no treinamento atual:

>>> 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)

Métricas

Da mesma forma que é necessário adicionar uma função de avaliação ao Trainer, é necessário fazer o mesmo quando escrevendo o próprio ciclo de treinamento. Contudo, em vez de calcular e retornar a métrica final de cada época, você deverá adicionar todos os batches com add_batch e calcular a métrica apenas no final.

>>> metric = load_metric("accuracy")
>>> 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()

Recursos adicionais

Para mais exemplos de fine-tuning acesse:

• 🤗 Transformers Examples inclui scripts para treinas tarefas comuns de NLP em PyTorch e TensorFlow.

• 🤗 Transformers Notebooks contém vários notebooks sobre como aplicar o fine-tuning a um modelo para tarefas específicas no PyTorch e TensorFlow.