Menampilkan Pengklasifikasi Keamanan Tangkas dengan Gemma

Codelab ini mengilustrasikan cara membuat pengklasifikasi teks yang disesuaikan menggunakan parameter-efficient tuning (PET). Daripada menyesuaikan seluruh model, metode PET hanya memperbarui sejumlah kecil parameter, sehingga relatif mudah dan cepat dilatih. Hal ini juga mempermudah model mempelajari perilaku baru dengan data pelatihan yang relatif sedikit. Metodologi ini dijelaskan secara mendetail dalam Towards Agile Text Classifiers for Everyone yang menunjukkan bagaimana teknik ini dapat diterapkan ke berbagai tugas keamanan dan mencapai performa terbaik hanya dengan beberapa ratus contoh pelatihan.

Codelab ini menggunakan metode PET LoRA dan model Gemma yang lebih kecil (gemma_instruct_2b_en) karena dapat dijalankan lebih cepat dan lebih efisien. Colab ini mencakup langkah-langkah penyerapan data, pemformatan data untuk LLM, pelatihan bobot LoRA, lalu mengevaluasi hasilnya. Codelab ini dilatih pada set data ETHOS, set data yang tersedia secara publik untuk mendeteksi ujaran kebencian, yang dibuat dari komentar YouTube dan Reddit. Jika dilatih hanya dengan 200 contoh (1/4 set data), model ini akan mencapai F1: 0,80 dan ROC-AUC: 0,78, sedikit di atas SOTA yang saat ini dilaporkan di papan peringkat (pada saat penulisan, 15 Feb 2024). Saat dilatih pada 800 contoh lengkap, model ini akan mencapai skor F1 83,74 dan skor ROC-AUC 88,17. Model yang lebih besar, seperti gemma_instruct_7b_en, umumnya akan berperforma lebih baik, tetapi biaya pelatihan dan eksekusi juga lebih besar.

Peringatan Pemicu: karena codelab ini mengembangkan pengklasifikasi keamanan untuk mendeteksi ujaran kebencian, contoh dan evaluasi hasilnya berisi beberapa bahasa yang mengerikan.

Penginstalan dan Penyiapan

Untuk codelab ini, Anda memerlukan keras (3), keras-nlp (0.8.0) versi terbaru dan akun Kaggle untuk mendownload model Gemma.

import kagglehub

kagglehub.login()
pip install -q -U keras-nlp
pip install -q -U keras
import os

os.environ["KERAS_BACKEND"] = "tensorflow"

Memuat set data ETHOS

Di bagian ini, Anda akan memuat set data yang akan digunakan untuk melatih pengklasifikasi dan memprosesnya menjadi set pelatihan dan pengujian. Anda akan menggunakan set data riset populer ETHOS yang dikumpulkan untuk mendeteksi ujaran kebencian di media sosial. Anda dapat menemukan informasi selengkapnya tentang cara set data dikumpulkan dalam makalah ETHOS: Dataset Deteksi Ucapan Kebencian Online.

import pandas as pd

gh_root = 'https://raw.githubusercontent.com'
gh_repo = 'intelligence-csd-auth-gr/Ethos-Hate-Speech-Dataset'
gh_path = 'master/ethos/ethos_data/Ethos_Dataset_Binary.csv'
data_url = f'{gh_root}/{gh_repo}/{gh_path}'

df = pd.read_csv(data_url, delimiter=';')
df['hateful'] = (df['isHate'] >= df['isHate'].median()).astype(int)

# Shuffle the dataset.
df = df.sample(frac=1, random_state=32)

# Split into train and test.
df_train, df_test = df[:800],  df[800:]

# Display a sample of the data.
df.head(5)[['hateful', 'comment']]

Mendownload dan Membuat Instance Model

Seperti yang dijelaskan dalam dokumentasi, Anda dapat dengan mudah menggunakan model Gemma dengan banyak cara. Dengan Keras, Anda perlu melakukan hal berikut:

import keras
import keras_nlp

# For reproducibility purposes.
keras.utils.set_random_seed(1234)

# Download the model from Kaggle using Keras.
model = keras_nlp.models.GemmaCausalLM.from_preset('gemma_instruct_2b_en')

# Set the sequence length to a small enough value to fit in memory in Colab.
model.preprocessor.sequence_length = 128
model.generate('Question: what is the capital of France? ', max_length=32)

Pemrosesan Awal Teks dan Token Pemisah

Untuk membantu model memahami intent kita dengan lebih baik, Anda dapat memproses teks terlebih dahulu dan menggunakan token pemisah. Hal ini membuat model tidak mungkin menghasilkan teks yang tidak sesuai dengan format yang diharapkan. Misalnya, Anda dapat mencoba meminta klasifikasi sentimen dari model dengan menulis perintah seperti ini:

Classify the following text into one of the following classes:[Positive,Negative]

Text: you look very nice today
Classification:

Dalam hal ini, model mungkin menghasilkan atau tidak menghasilkan output yang Anda cari. Misalnya, jika teks berisi karakter baris baru, teks tersebut kemungkinan akan memiliki efek negatif pada performa model. Pendekatan yang lebih andal adalah menggunakan token pemisah. Perintah kemudian menjadi:

Classify the following text into one of the following classes:[Positive,Negative]
<separator>
Text: you look very nice today
<separator>
Prediction:

Hal ini dapat diringkas menggunakan fungsi yang memproses teks terlebih dahulu:

def preprocess_text(
    text: str,
    labels: list[str],
    instructions: str,
    separator: str,
) -> str:
  prompt = f'{instructions}:[{",".join(labels)}]'
  return separator.join([prompt, f'Text:{text}', 'Prediction:'])

Sekarang, jika menjalankan fungsi menggunakan perintah dan teks yang sama seperti sebelumnya, Anda akan mendapatkan output yang sama:

text = 'you look very nice today'

prompt = preprocess_text(
    text=text,
    labels=['Positive', 'Negative'],
    instructions='Classify the following text into one of the following classes',
    separator='\n<separator>\n',
)

print(prompt)
Classify the following text into one of the following classes:[Positive,Negative]
<separator>
Text:you look very nice today
<separator>
Prediction:

Pascapemrosesan Output

Output model adalah token dengan berbagai probabilitas. Biasanya, untuk membuat teks, Anda akan memilih di antara beberapa token teratas yang paling mungkin dan membuat kalimat, paragraf, atau bahkan dokumen lengkap. Namun, untuk tujuan klasifikasi, yang benar-benar penting adalah apakah model meyakini bahwa Positive lebih mungkin daripada Negative atau sebaliknya.

Dengan model yang Anda buat instance-nya sebelumnya, berikut cara memproses outputnya menjadi probabilitas independen apakah token berikutnya adalah Positive atau Negative:

import numpy as np


def compute_output_probability(
    model: keras_nlp.models.GemmaCausalLM,
    prompt: str,
    target_classes: list[str],
) -> dict[str, float]:
  # Shorthands.
  preprocessor = model.preprocessor
  tokenizer = preprocessor.tokenizer

  # NOTE: If a token is not found, it will be considered same as "<unk>".
  token_unk = tokenizer.token_to_id('<unk>')

  # Identify the token indices, which is the same as the ID for this tokenizer.
  token_ids = [tokenizer.token_to_id(word) for word in target_classes]

  # Throw an error if one of the classes maps to a token outside the vocabulary.
  if any(token_id == token_unk for token_id in token_ids):
    raise ValueError('One of the target classes is not in the vocabulary.')

  # Preprocess the prompt in a single batch. This is done one sample at a time
  # for illustration purposes, but it would be more efficient to batch prompts.
  preprocessed = model.preprocessor.generate_preprocess([prompt])

  # Identify output token offset.
  padding_mask = preprocessed["padding_mask"]
  token_offset = keras.ops.sum(padding_mask) - 1

  # Score outputs, extract only the next token's logits.
  vocab_logits = model.score(
      token_ids=preprocessed["token_ids"],
      padding_mask=padding_mask,
  )[0][token_offset]

  # Compute the relative probability of each of the requested tokens.
  token_logits = [vocab_logits[ix] for ix in token_ids]
  logits_tensor = keras.ops.convert_to_tensor(token_logits)
  probabilities = keras.activations.softmax(logits_tensor)

  return dict(zip(target_classes, probabilities.numpy()))

Anda dapat menguji fungsi tersebut dengan menjalankannya menggunakan perintah yang dibuat sebelumnya:

compute_output_probability(
    model=model,
    prompt=prompt,
    target_classes=['Positive', 'Negative'],
)
{'Positive': 0.99994016, 'Negative': 5.984089e-05}

Menggabungkan semuanya sebagai Pengklasifikasi

Untuk memudahkan penggunaan, Anda dapat menggabungkan semua fungsi yang baru saja dibuat ke dalam satu pengklasifikasi seperti sklearn dengan fungsi yang mudah digunakan dan sudah dikenal seperti predict() dan predict_score().

import dataclasses


@dataclasses.dataclass(frozen=True)
class AgileClassifier:
  """Agile classifier to be wrapped around a LLM."""

  # The classes whose probability will be predicted.
  labels: tuple[str, ...]

  # Provide default instructions and control tokens, can be overridden by user.
  instructions: str = 'Classify the following text into one of the following classes'
  separator_token: str = '<separator>'
  end_of_text_token: str = '<eos>'

  def encode_for_prediction(self, x_text: str) -> str:
    return preprocess_text(
        text=x_text,
        labels=self.labels,
        instructions=self.instructions,
        separator=self.separator_token,
    )

  def encode_for_training(self, x_text: str, y: int) -> str:
    return ''.join([
        self.encode_for_prediction(x_text),
        self.labels[y],
        self.end_of_text_token,
    ])

  def predict_score(
      self,
      model: keras_nlp.models.GemmaCausalLM,
      x_text: str,
  ) -> list[float]:
    prompt = self.encode_for_prediction(x_text)
    token_probabilities = compute_output_probability(
        model=model,
        prompt=prompt,
        target_classes=self.labels,
    )
    return [token_probabilities[token] for token in self.labels]

  def predict(
      self,
      model: keras_nlp.models.GemmaCausalLM,
      x_eval: str,
  ) -> int:
    return np.argmax(self.predict_score(model, x_eval))

agile_classifier = AgileClassifier(labels=('Positive', 'Negative'))

Penyesuaian Model

LoRA adalah singkatan dari Low-Rank Adaptation. Ini adalah teknik penyesuaian yang dapat digunakan untuk menyesuaikan model bahasa besar secara efisien. Anda dapat membaca selengkapnya tentang hal ini dalam makalah LoRA: Low-Rank Adaptation of Large Language Models.

Implementasi Keras Gemma menyediakan metode enable_lora() yang dapat Anda gunakan untuk melakukan penyesuaian:

# Enable LoRA for the model and set the LoRA rank to 4.
model.backbone.enable_lora(rank=4)

Setelah mengaktifkan LoRA, Anda dapat memulai proses penyesuaian. Proses ini memerlukan waktu sekitar 5 menit per epoch di Colab:

import tensorflow as tf

# Create dataset with preprocessed text + labels.
map_fn = lambda x: agile_classifier.encode_for_training(*x)
x_train = list(map(map_fn, df_train[['comment', 'hateful']].values))
ds_train = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(x_train).batch(2)

# Compile the model using the Adam optimizer and appropriate loss function.
model.compile(
    loss=keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
    optimizer=keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.0005),
    weighted_metrics=[keras.metrics.SparseCategoricalAccuracy()],
)

# Begin training.
model.fit(ds_train, epochs=4)
Epoch 1/4
400/400 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 354s 703ms/step - loss: 1.1365 - sparse_categorical_accuracy: 0.5874
Epoch 2/4
400/400 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 338s 716ms/step - loss: 0.7579 - sparse_categorical_accuracy: 0.6662
Epoch 3/4
400/400 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 324s 721ms/step - loss: 0.6818 - sparse_categorical_accuracy: 0.6894
Epoch 4/4
400/400 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 323s 725ms/step - loss: 0.5922 - sparse_categorical_accuracy: 0.7220
<keras.src.callbacks.history.History at 0x7eb7e369c490>

Pelatihan untuk lebih banyak epoch akan menghasilkan akurasi yang lebih tinggi, hingga terjadi overfitting.

Memeriksa Hasil

Sekarang Anda dapat memeriksa output pengklasifikasi lincah yang baru saja dilatih. Kode ini akan menghasilkan skor class yang diprediksi berdasarkan potongan teks:

text = 'you look really nice today'
scores = agile_classifier.predict_score(model, text)
dict(zip(agile_classifier.labels, scores))
{'Positive': 0.99899644, 'Negative': 0.0010035498}

Model Evaluation

Terakhir, Anda akan mengevaluasi performa model menggunakan dua metrik umum, yaitu skor F1 dan AUC-ROC. Skor F1 menangkap error negatif palsu dan positif palsu dengan mengevaluasi rata-rata harmonis presisi dan perolehan pada nilai minimum klasifikasi tertentu. Di sisi lain, AUC-ROC menangkap kompromi antara rasio positif benar dan rasio positif salah di berbagai nilai minimum dan menghitung area di bawah kurva ini.

y_true = df_test['hateful'].values
# Compute the scores (aka probabilities) for each of the labels.
y_score = [agile_classifier.predict_score(model, x) for x in df_test['comment']]
# The label with highest score is considered the predicted class.
y_pred = np.argmax(y_score, axis=1)
# Extract the probability of a comment being considered hateful.
y_prob = [x[agile_classifier.labels.index('Negative')] for x in y_score]
from sklearn.metrics import f1_score, roc_auc_score

print(f'F1: {f1_score(y_true, y_pred):.2f}')
print(f'AUC-ROC: {roc_auc_score(y_true, y_prob):.2f}')
F1: 0.84
AUC-ROC: 0.88

Cara menarik lainnya untuk mengevaluasi prediksi model adalah matriks kebingungan. Matriks kebingungan akan menggambarkan berbagai jenis error prediksi secara visual.

from sklearn.metrics import confusion_matrix, ConfusionMatrixDisplay

cm = confusion_matrix(y_true, y_pred)
ConfusionMatrixDisplay(
    confusion_matrix=cm,
    display_labels=agile_classifier.labels,
).plot()
<sklearn.metrics._plot.confusion_matrix.ConfusionMatrixDisplay at 0x7eb7e2d29ab0>

png

Terakhir, Anda juga dapat melihat kurva ROC untuk mengetahui potensi error prediksi dengan menggunakan berbagai nilai minimum penskoran.

from sklearn.metrics import RocCurveDisplay, roc_curve

fpr, tpr, _ = roc_curve(y_true, y_prob, pos_label=1)
RocCurveDisplay(fpr=fpr, tpr=tpr).plot()
<sklearn.metrics._plot.roc_curve.RocCurveDisplay at 0x7eb4d130ef20>

png

Lampiran

Kami telah melakukan beberapa eksplorasi dasar ruang hiperparameter untuk membantu mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang hubungan antara ukuran set data dan performa. Lihat plot berikut.

import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
import seaborn as sns

sns.set_theme(style="whitegrid")

results_f1 = pd.DataFrame([
    {'training_size': 800, 'epoch': 4, 'metric': 'f1', 'score': 0.84},
    {'training_size': 800, 'epoch': 6, 'metric': 'f1', 'score': 0.83},
    {'training_size': 800, 'epoch': 8, 'metric': 'f1', 'score': 0.83},
    {'training_size': 800, 'epoch': 10, 'metric': 'f1', 'score': 0.84},
    {'training_size': 400, 'epoch': 4, 'metric': 'f1', 'score': 0.77},
    {'training_size': 400, 'epoch': 6, 'metric': 'f1', 'score': 0.80},
    {'training_size': 400, 'epoch': 8, 'metric': 'f1', 'score': 0.80},
    {'training_size': 400, 'epoch': 10,'metric': 'f1', 'score': 0.81},
    {'training_size': 200, 'epoch': 4, 'metric': 'f1', 'score': 0.78},
    {'training_size': 200, 'epoch': 6, 'metric': 'f1', 'score': 0.80},
    {'training_size': 200, 'epoch': 8, 'metric': 'f1', 'score': 0.78},
    {'training_size': 200, 'epoch': 10, 'metric': 'f1', 'score': 0.79},
])

results_roc_auc = pd.DataFrame([
    {'training_size': 800, 'epoch': 4, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.88},
    {'training_size': 800, 'epoch': 6, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.86},
    {'training_size': 800, 'epoch': 8, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.84},
    {'training_size': 800, 'epoch': 10, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.87},
    {'training_size': 400, 'epoch': 4, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.83},
    {'training_size': 400, 'epoch': 6, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.82},
    {'training_size': 400, 'epoch': 8, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.82},
    {'training_size': 400, 'epoch': 10,'metric': 'roc-auc', 'score': 0.85},
    {'training_size': 200, 'epoch': 4, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.79},
    {'training_size': 200, 'epoch': 6, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.78},
    {'training_size': 200, 'epoch': 8, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.80},
    {'training_size': 200, 'epoch': 10, 'metric': 'roc-auc', 'score': 0.81},
])


plot_opts = dict(style='.-', ylim=(0.7, 0.9))
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(14, 4))
process_results_df = lambda df: df.set_index('epoch').groupby('training_size')['score']
process_results_df(results_f1).plot(title='Metric: F1', ax=ax1, **plot_opts)
process_results_df(results_roc_auc).plot(title='Metric: ROC-AUC', ax=ax2, **plot_opts)
fig.show()

png