שיפור נוסף של Gemma למשימות ראייה באמצעות Hugging Face Transformers ו-QLoRA

לצפייה ב-ai.google.dev הרצה ב-Google Colab הרצה ב-Kaggle פתיחה ב-Vertex AI צפייה במקור ב-GitHub

במדריך הזה מוסבר איך לבצע כוונון עדין של Gemma על קבוצת נתונים מותאמת אישית של תמונות וטקסט למשימת ראייה (יצירת תיאורי מוצרים) באמצעות Hugging Face Transformers ו-TRL. תלמדו:

  • מה זה Quantized Low-Rank Adaptation‏ (QLoRA)
  • הגדרת סביבת פיתוח
  • יצירה והכנה של מערך הנתונים לכוונון עדין
  • ביצוע התאמה עדינה של Gemma באמצעות TRL ו-SFTTrainer
  • בודקים את הסקת המסקנות של המודל ויוצרים תיאורי מוצרים מתמונות ומטקסט.

מה זה Quantized Low-Rank Adaptation‏ (QLoRA)

במדריך הזה נדגים את השימוש ב-Quantized Low-Rank Adaptation (QLoRA), שיטה פופולרית לביצוע כוונון עדין יעיל של מודלים של שפה גדולים (LLM), כי היא מצמצמת את הדרישות למשאבי מחשוב תוך שמירה על ביצועים גבוהים. ב-QloRA, המודל שעבר אימון מראש עובר קוונטיזציה ל-4 ביט והמשקלים קפואים. לאחר מכן מצורפות שכבות מתאם שניתנות לאימון (LoRA) ורק שכבות המתאם עוברות אימון. לאחר מכן, אפשר למזג את משקלי המתאם עם מודל הבסיס או לשמור אותם כמתאם נפרד.

הגדרת סביבת פיתוח

השלב הראשון הוא להתקין את ספריות Hugging Face, כולל TRL וערכות נתונים, כדי לבצע כוונון עדין של מודל פתוח.

# Install Pytorch & other libraries
%pip install torch tensorboard torchvision

# Install Transformers
%pip install transformers

# Install Hugging Face libraries
%pip install datasets accelerate evaluate bitsandbytes trl peft protobuf pillow sentencepiece

# COMMENT IN: if you are running on a GPU that supports BF16 data type and flash attn, such as NVIDIA L4 or NVIDIA A100
#%pip install flash-attn

הערה: אם אתם משתמשים ב-GPU עם ארכיטקטורת Ampere (כמו NVIDIA L4) או חדשה יותר, אתם יכולים להשתמש ב-Flash attention. Flash Attention היא שיטה שמאיצה משמעותית את החישובים ומפחיתה את השימוש בזיכרון מריבועי ללינארי באורך הרצף, וכך מאפשרת להאיץ את האימון עד פי 3. מידע נוסף זמין במאמר בנושא FlashAttention.

כדי לפרסם את המודל, צריך טוקן תקף של Hugging Face. אם אתם מריצים את הקוד ב-Google Colab, אתם יכולים להשתמש באסימון Hugging Face באופן מאובטח באמצעות הסודות של Colab. אחרת, אתם יכולים להגדיר את האסימון ישירות בשיטה login. חשוב לוודא שלטוקן יש גם הרשאת כתיבה, כי המודל נדחף אל Hub במהלך האימון.

# Login into Hugging Face Hub
from huggingface_hub import login
login()

יצירה והכנה של מערך הנתונים לכוונון עדין

כשמבצעים כוונון עדין של מודלים של שפה גדולה (LLM), חשוב להבין את תרחיש השימוש ואת המשימה שרוצים לפתור. כך תוכלו ליצור מערך נתונים כדי לכוונן את המודל. אם עדיין לא הגדרתם את תרחיש השימוש, כדאי לחזור לשלב התכנון.

לדוגמה, במדריך הזה אנחנו מתמקדים בתרחיש השימוש הבא:

  • ביצוע התאמה עדינה של מודל Gemma כדי ליצור תיאורי מוצרים תמציתיים ומותאמים ל-SEO עבור פלטפורמת מסחר אלקטרוני, שמותאמים במיוחד לחיפוש בנייד.

במדריך הזה נעשה שימוש במערך הנתונים philschmid/amazon-product-descriptions-vlm, שהוא מערך נתונים של תיאורי מוצרים ב-Amazon, כולל תמונות וקטגוריות של מוצרים.

‫Hugging Face TRL תומך בשיחות מולטימודאליות. החלק החשוב הוא התפקיד image, שמציין למחלקת העיבוד שהיא צריכה לטעון את התמונה. המבנה צריך להיות כזה:

{"messages": [{"role": "system", "content": [{"type": "text", "text":"You are..."}]}, {"role": "user", "content": [{"type": "text", "text": "..."}, {"type": "image"}]}, {"role": "assistant", "content": [{"type": "text", "text": "..."}]}]}
{"messages": [{"role": "system", "content": [{"type": "text", "text":"You are..."}]}, {"role": "user", "content": [{"type": "text", "text": "..."}, {"type": "image"}]}, {"role": "assistant", "content": [{"type": "text", "text": "..."}]}]}
{"messages": [{"role": "system", "content": [{"type": "text", "text":"You are..."}]}, {"role": "user", "content": [{"type": "text", "text": "..."}, {"type": "image"}]}, {"role": "assistant", "content": [{"type": "text", "text": "..."}]}]}

עכשיו אפשר להשתמש בספריית מערכי הנתונים של Hugging Face כדי לטעון את מערך הנתונים וליצור תבנית הנחיה לשילוב התמונה, שם המוצר והקטגוריה, ולהוסיף הודעת מערכת. מערך הנתונים כולל תמונות כאובייקטים.Pil.Image

from datasets import load_dataset
from PIL import Image

# System message for the assistant
system_message = "You are an expert product description writer for Amazon."

# User prompt that combines the user query and the schema
user_prompt = """Create a Short Product description based on the provided <PRODUCT> and <CATEGORY> and image.
Only return description. The description should be SEO optimized and for a better mobile search experience.

<PRODUCT>
{product}
</PRODUCT>

<CATEGORY>
{category}
</CATEGORY>
"""

# Convert dataset to OAI messages
def format_data(sample):
    return {
        "messages": [
            {
                "role": "system",
                #"content": [{"type": "text", "text": system_message}],
                "content": system_message,
            },
            {
                "role": "user",
                "content": [
                    {
                        "type": "text",
                        "text": user_prompt.format(
                            product=sample["Product Name"],
                            category=sample["Category"],
                        ),
                    },
                    {
                        "type": "image",
                        "image": sample["image"],
                    },
                ],
            },
            {
                "role": "assistant",
                "content": [{"type": "text", "text": sample["description"]}],
            },
        ],
    }

def process_vision_info(messages: list[dict]) -> list[Image.Image]:
    image_inputs = []
    # Iterate through each conversation
    for msg in messages:
        # Get content (ensure it's a list)
        content = msg.get("content", [])
        if not isinstance(content, list):
            content = [content]

        # Check each content element for images
        for element in content:
            if isinstance(element, dict) and (
                "image" in element or element.get("type") == "image"
            ):
                # Get the image and convert to RGB
                if "image" in element:
                    image = element["image"]
                else:
                    image = element
                image_inputs.append(image.convert("RGB"))
    return image_inputs

# Load dataset from the hub
dataset = load_dataset("philschmid/amazon-product-descriptions-vlm", split="train")
dataset = dataset.train_test_split(test_size=0.1)

# Convert dataset to OAI messages
# need to use list comprehension to keep Pil.Image type, .mape convert image to bytes
dataset_train = [format_data(sample) for sample in dataset["train"]]
dataset_test = [format_data(sample) for sample in dataset["test"]]

print(dataset_train[345]["messages"])
README.md: 0.00B [00:00, ?B/s]
data/train-00000-of-00001.parquet:   0%|          | 0.00/47.6M [00:00<?, ?B/s]
Generating train split:   0%|          | 0/1345 [00:00<?, ? examples/s]
[{'role': 'system', 'content': 'You are an expert product description writer for Amazon.'}, {'role': 'user', 'content': [{'type': 'text', 'text': "Create a Short Product description based on the provided <PRODUCT> and <CATEGORY> and image.\nOnly return description. The description should be SEO optimized and for a better mobile search experience.\n\n<PRODUCT>\nRazor Agitator BMX/Freestyle Bike, 20-Inch\n</PRODUCT>\n\n<CATEGORY>\nSports & Outdoors | Outdoor Recreation | Cycling | Kids' Bikes & Accessories | Kids' Bikes\n</CATEGORY>\n"}, {'type': 'image', 'image': <PIL.JpegImagePlugin.JpegImageFile image mode=RGB size=500x413 at 0x7B7250181790>}]}, {'role': 'assistant', 'content': [{'type': 'text', 'text': 'Conquer the streets with the Razor Agitator BMX Bike! This 20-inch freestyle bike is built for young riders ready to take on any challenge. Durable frame, responsive handling – perfect for tricks and cruising.  Get yours today!'}]}]

ביצוע התאמה עדינה של Gemma באמצעות TRL ו-SFTTrainer

עכשיו אפשר לבצע כוונון עדין של המודל. ‫Hugging Face TRL SFTTrainer מאפשר לפקח בקלות על כוונון עדין של מודלים פתוחים של LLM. ‫SFTTrainer הוא מחלקת משנה של Trainer מהספרייה transformers והוא תומך בכל אותן התכונות, כולל רישום ביומן, הערכה ונקודות ביקורת, אבל הוא מוסיף תכונות נוספות לשיפור איכות החיים, כולל:

  • פורמט של מערך הנתונים, כולל פורמטים של שיחות והוראות
  • אימון רק על השלמות, תוך התעלמות מההנחיות
  • איך אורזים מערכי נתונים כדי לאמן את המודל בצורה יעילה יותר
  • תמיכה בכוונון יעיל בפרמטרים (PEFT), כולל QloRA
  • הכנת המודל והטוקנייזר לכוונון שיחות (למשל, הוספת אסימונים מיוחדים)

הקוד הבא טוען את מודל Gemma ואת ה-tokenizer מ-Hugging Face ומפעיל את הגדרת הכימות.

import torch
from transformers import AutoProcessor, AutoModelForImageTextToText, BitsAndBytesConfig

# Hugging Face model id
model_id = "google/gemma-4-E2B" # @param ["google/gemma-4-E2B","google/gemma-4-E4B"] {"allow-input":true}

# Check if GPU benefits from bfloat16
if torch.cuda.get_device_capability()[0] < 8:
    raise ValueError("GPU does not support bfloat16, please use a GPU that supports bfloat16.")

# Define model init arguments
model_kwargs = dict(
    dtype=torch.bfloat16, # What torch dtype to use, defaults to auto
    device_map="auto", # Let torch decide how to load the model
)

# BitsAndBytesConfig int-4 config
model_kwargs["quantization_config"] = BitsAndBytesConfig(
    load_in_4bit=True,
    bnb_4bit_use_double_quant=True,
    bnb_4bit_quant_type="nf4",
    bnb_4bit_compute_dtype=model_kwargs["dtype"],
    bnb_4bit_quant_storage=model_kwargs["dtype"],
)

# Load model and tokenizer
model = AutoModelForImageTextToText.from_pretrained(model_id, **model_kwargs)
processor = AutoProcessor.from_pretrained("google/gemma-4-E2B-it") # Load the Instruction Tokenizer to use the official Gemma template
config.json: 0.00B [00:00, ?B/s]
model.safetensors:   0%|          | 0.00/10.2G [00:00<?, ?B/s]
Loading weights:   0%|          | 0/2011 [00:00<?, ?it/s]
generation_config.json:   0%|          | 0.00/149 [00:00<?, ?B/s]
processor_config.json: 0.00B [00:00, ?B/s]
chat_template.jinja: 0.00B [00:00, ?B/s]
config.json: 0.00B [00:00, ?B/s]
tokenizer_config.json: 0.00B [00:00, ?B/s]
tokenizer.json:   0%|          | 0.00/32.2M [00:00<?, ?B/s]

SFTTrainer תומך בשילוב מובנה עם peft, כך שקל לכוונן ביעילות מודלים גדולים של שפה (LLM) באמצעות QLoRA. צריך ליצור LoraConfig ולספק אותו למדריך.

from peft import LoraConfig

peft_config = LoraConfig(
    lora_alpha=16,
    lora_dropout=0.05,
    r=16,
    bias="none",
    target_modules="all-linear",
    task_type="CAUSAL_LM",
    modules_to_save=["lm_head", "embed_tokens"], # make sure to save the lm_head and embed_tokens as you train the special tokens
    ensure_weight_tying=True,
)

לפני שמתחילים את האימון, צריך להגדיר את ההיפרפרמטר שרוצים להשתמש בו ב-SFTConfig וב-collate_fn בהתאמה אישית כדי לטפל בעיבוד של הראייה. ה-collate_fn ממיר את ההודעות עם הטקסט והתמונות לפורמט שהמודל יכול להבין.

from trl import SFTConfig

args = SFTConfig(
    output_dir="gemma-product-description",     # directory to save and repository id
    num_train_epochs=3,                         # number of training epochs
    per_device_train_batch_size=1,              # batch size per device during training
    optim="adamw_torch_fused",                  # use fused adamw optimizer
    logging_steps=5,                            # log every 5 steps
    save_strategy="epoch",                      # save checkpoint every epoch
    eval_strategy="epoch",                      # evaluate checkpoint every epoch
    learning_rate=2e-4,                         # learning rate, based on QLoRA paper
    bf16=True,                                  # use bfloat16 precision
    max_grad_norm=0.3,                          # max gradient norm based on QLoRA paper
    lr_scheduler_type="constant",               # use constant learning rate scheduler
    push_to_hub=True,                           # push model to hub
    report_to="tensorboard",                    # report metrics to tensorboard
    dataset_text_field="",                      # need a dummy field for collator
    dataset_kwargs={"skip_prepare_dataset": True}, # important for collator
    remove_unused_columns = False               # important for collator
)

# Create a data collator to encode text and image pairs
def collate_fn(examples):
    texts = []
    images = []
    for example in examples:
        image_inputs = process_vision_info(example["messages"])
        text = processor.apply_chat_template(
            example["messages"], add_generation_prompt=False, tokenize=False
        )
        texts.append(text.strip())
        images.append(image_inputs)

    # Tokenize the texts and process the images
    batch = processor(text=texts, images=images, return_tensors="pt", padding=True)

    # The labels are the input_ids, and we mask the padding tokens and image tokens in the loss computation
    labels = batch["input_ids"].clone()

    # Mask tokens for not being used in the loss computation
    labels[labels == processor.tokenizer.pad_token_id] = -100
    labels[labels == processor.tokenizer.boi_token_id] = -100
    labels[labels == processor.tokenizer.image_token_id] = -100
    labels[labels == processor.tokenizer.eoi_token_id] = -100

    batch["labels"] = labels
    return batch

עכשיו יש לכם את כל אבני הבניין שצריך כדי ליצור את SFTTrainer ולהתחיל לאמן את המודל.

from trl import SFTTrainer

# Create Trainer object
trainer = SFTTrainer(
    model=model,
    args=args,
    train_dataset=dataset_train,
    eval_dataset=dataset_test,
    peft_config=peft_config,
    processing_class=processor,
    data_collator=collate_fn,
)

מתחילים את האימון על ידי קריאה לשיטה train().

# Start training, the model will be automatically saved to the Hub and the output directory
trainer.train()

# Save the final model again to the Hugging Face Hub
trainer.save_model()
The tokenizer has new PAD/BOS/EOS tokens that differ from the model config and generation config. The model config and generation config were aligned accordingly, being updated with the tokenizer's values. Updated tokens: {'eos_token_id': 1, 'bos_token_id': 2, 'pad_token_id': 0}.

לפני שבודקים את המודל, חשוב לפנות את הזיכרון.

# free the memory again
del model
del trainer
torch.cuda.empty_cache()

כשמשתמשים ב-QLoRA, מאמנים רק מתאמים ולא את המודל המלא. כלומר, כששומרים את המודל במהלך האימון, שומרים רק את משקלי המתאם ולא את המודל המלא. אם רוצים לשמור את המודל המלא, כדי שיהיה קל יותר להשתמש בו עם מחסניות להצגת מודלים כמו vLLM או TGI, אפשר למזג את משקלי המתאם עם משקלי המודל באמצעות השיטה merge_and_unload ואז לשמור את המודל באמצעות השיטה save_pretrained. הפעולה הזו שומרת מודל ברירת מחדל, שאפשר להשתמש בו להסקת מסקנות.

from peft import PeftModel

# Load Model base model
model = AutoModelForImageTextToText.from_pretrained(model_id, low_cpu_mem_usage=True)

# Merge LoRA and base model and save
peft_model = PeftModel.from_pretrained(model, args.output_dir)
merged_model = peft_model.merge_and_unload()
merged_model.save_pretrained("merged_model", safe_serialization=True, max_shard_size="2GB")

processor = AutoProcessor.from_pretrained(args.output_dir)
processor.save_pretrained("merged_model")
Loading weights:   0%|          | 0/2011 [00:00<?, ?it/s]
Writing model shards:   0%|          | 0/5 [00:00<?, ?it/s]
['merged_model/processor_config.json']

בדיקת הסקת מסקנות ממודל ויצירת תיאורי מוצרים

אחרי שהאימון יסתיים, כדאי להעריך ולבדוק את המודל. אפשר לטעון דוגמאות שונות ממערך הנתונים של הבדיקה ולהעריך את המודל על סמך הדוגמאות האלה.

model_id = "merged_model"

# Load Model with PEFT adapter
model = AutoModelForImageTextToText.from_pretrained(
  model_id,
  device_map="auto",
  dtype="auto",
)
processor = AutoProcessor.from_pretrained(model_id)
Loading weights:   0%|          | 0/2012 [00:00<?, ?it/s]
The tied weights mapping and config for this model specifies to tie model.language_model.embed_tokens.weight to lm_head.weight, but both are present in the checkpoints with different values, so we will NOT tie them. You should update the config with `tie_word_embeddings=False` to silence this warning.

כדי לבדוק את ההסקה, אפשר לספק שם מוצר, קטגוריה ותמונה. הערכה sample כוללת בובת פעולה של מארוול.

import requests
from PIL import Image

# Test sample with Product Name, Category and Image
sample = {
  "product_name": "Hasbro Marvel Avengers-Serie Marvel Assemble Titan-Held, Iron Man, 30,5 cm Actionfigur",
  "category": "Toys & Games | Toy Figures & Playsets | Action Figures",
  "image": Image.open(requests.get("https://m.media-amazon.com/images/I/81+7Up7IWyL._AC_SY300_SX300_.jpg", stream=True).raw).convert("RGB")
}

def generate_description(sample, model, processor):
    # Convert sample into messages and then apply the chat template
    messages = [
        {"role": "system", "content": system_message},
        {"role": "user", "content": [
            {"type": "image","image": sample["image"]},
            {"type": "text", "text": user_prompt.format(product=sample["product_name"], category=sample["category"])},
        ]},
    ]
    text = processor.apply_chat_template(
        messages, tokenize=False, add_generation_prompt=True
    )
    print(text)
    # Process the image and text
    image_inputs = process_vision_info(messages)
    # Tokenize the text and process the images
    inputs = processor(
        text=[text],
        images=image_inputs,
        padding=True,
        return_tensors="pt",
    )
    # Move the inputs to the device
    inputs = inputs.to(model.device)

    # Generate the output
    stop_token_ids = [processor.tokenizer.eos_token_id, processor.tokenizer.convert_tokens_to_ids("<turn|>")]
    generated_ids = model.generate(**inputs, max_new_tokens=256, top_p=1.0, do_sample=True, temperature=0.8, eos_token_id=stop_token_ids, disable_compile=True)
    # Trim the generation and decode the output to text
    generated_ids_trimmed = [out_ids[len(in_ids) :] for in_ids, out_ids in zip(inputs.input_ids, generated_ids)]
    output_text = processor.batch_decode(
        generated_ids_trimmed, skip_special_tokens=True, clean_up_tokenization_spaces=False
    )
    return output_text[0]

# generate the description
description = generate_description(sample, model, processor)
print("MODEL OUTPUT>> \n")
print(description)
<bos><|turn>system
You are an expert product description writer for Amazon.<turn|>
<|turn>user


<|image|>

Create a Short Product description based on the provided <PRODUCT> and <CATEGORY> and image.
Only return description. The description should be SEO optimized and for a better mobile search experience.

<PRODUCT>
Hasbro Marvel Avengers-Serie Marvel Assemble Titan-Held, Iron Man, 30,5 cm Actionfigur
</PRODUCT>

<CATEGORY>
Toys & Games | Toy Figures & Playsets | Action Figures
</CATEGORY><turn|>
<|turn>model

MODEL OUTPUT>> 

Enhance your collection with the Marvel Avengers - Avengers Assemble Ultron-Comforter Set! This soft and cuddly blanket and pillowcase feature everyone's favorite Avengers, Iron Man, and his loyal companion War Machine. Officially licensed by Marvel.  Bring home the heroic team!

סיכום והשלבים הבאים

במדריך הזה הסברנו איך לשפר ולחדד מודל Gemma למשימות שקשורות לראייה באמצעות TRL ו-QLoRA, במיוחד ליצירת תיאורי מוצרים. כדאי לעיין במסמכים הבאים: