Menyesuaikan Gemma untuk Tugas Visi menggunakan Hugging Face Transformers dan QLoRA

Lihat di ai.google.dev Jalankan di Google Colab Jalankan di Kaggle Buka di Vertex AI Lihat sumber di GitHub

Panduan ini memandu Anda cara menyetel Gemma pada set data gambar dan teks kustom untuk tugas visi (membuat deskripsi produk) menggunakan Transformers dan TRL Hugging Face. Anda akan mempelajari:

  • Apa yang dimaksud dengan Quantized Low-Rank Adaptation (QLoRA)
  • Menyiapkan lingkungan pengembangan
  • Membuat dan menyiapkan set data penyesuaian
  • Menyesuaikan Gemma menggunakan TRL dan SFTTrainer
  • Uji Inferensi Model dan buat deskripsi produk dari gambar dan teks.

Apa yang dimaksud dengan Quantized Low-Rank Adaptation (QLoRA)

Panduan ini menunjukkan penggunaan Quantized Low-Rank Adaptation (QLoRA), yang muncul sebagai metode populer untuk menyesuaikan LLM secara efisien karena mengurangi persyaratan resource komputasi sekaligus mempertahankan performa tinggi. Di QloRA, model terlatih dikuantisasi menjadi 4-bit dan bobotnya dibekukan. Kemudian, lapisan adaptor yang dapat dilatih (LoRA) dilampirkan dan hanya lapisan adaptor yang dilatih. Setelah itu, bobot adaptor dapat digabungkan dengan model dasar atau disimpan sebagai adaptor terpisah.

Menyiapkan lingkungan pengembangan

Langkah pertama adalah menginstal Hugging Face Libraries, termasuk TRL, dan set data untuk menyempurnakan model terbuka.

# 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

Catatan: Jika Anda menggunakan GPU dengan arsitektur Ampere (seperti NVIDIA L4) atau yang lebih baru, Anda dapat menggunakan Flash attention. Flash Attention adalah metode yang secara signifikan mempercepat komputasi dan mengurangi penggunaan memori dari kuadratik menjadi linear dalam panjang urutan, sehingga mempercepat pelatihan hingga 3x. Pelajari lebih lanjut di FlashAttention.

Anda memerlukan Token Hugging Face yang valid untuk memublikasikan model Anda. Jika Anda menjalankan di dalam Google Colab, Anda dapat menggunakan Token Hugging Face Anda secara aman menggunakan rahasia Colab. Jika tidak, Anda dapat menetapkan token secara langsung dalam metode login. Pastikan token Anda juga memiliki akses tulis, saat Anda mengirimkan model ke Hub selama pelatihan.

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

Membuat dan menyiapkan set data penyesuaian

Saat melakukan penyesuaian LLM, penting untuk mengetahui kasus penggunaan dan tugas yang ingin Anda selesaikan. Hal ini membantu Anda membuat set data untuk menyempurnakan model. Jika belum menentukan kasus penggunaan, Anda mungkin perlu kembali ke tahap perencanaan.

Sebagai contoh, panduan ini berfokus pada kasus penggunaan berikut:

  • Menyesuaikan model Gemma untuk menghasilkan deskripsi produk yang ringkas dan dioptimalkan untuk SEO bagi platform e-commerce, yang secara khusus disesuaikan untuk penelusuran seluler.

Panduan ini menggunakan set data philschmid/amazon-product-descriptions-vlm, yaitu set data deskripsi produk Amazon, termasuk gambar dan kategori produk.

TRL Hugging Face mendukung percakapan multimodal. Bagian pentingnya adalah peran "image", yang memberi tahu class pemrosesan bahwa class tersebut harus memuat gambar. Strukturnya harus mengikuti:

{"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": "..."}]}]}

Sekarang Anda dapat menggunakan library Hugging Face Datasets untuk memuat set data dan membuat template perintah untuk menggabungkan gambar, nama produk, dan kategori, serta menambahkan pesan sistem. Set data mencakup gambar sebagai objekPil.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!'}]}]

Menyesuaikan Gemma menggunakan TRL dan SFTTrainer

Sekarang Anda siap menyetel model. SFTTrainer Hugging Face TRL memudahkan pengawasan penyesuaian LLM terbuka. SFTTrainer adalah subclass dari Trainer dari library transformers dan mendukung semua fitur yang sama, termasuk logging, evaluasi, dan pembuatan titik pemeriksaan, tetapi menambahkan fitur kualitas pengalaman tambahan, termasuk:

  • Pemformatan set data, termasuk format percakapan dan petunjuk
  • Pelatihan hanya pada penyelesaian, mengabaikan perintah
  • Mengemas set data untuk pelatihan yang lebih efisien
  • Dukungan parameter-efficient fine-tuning (PEFT), termasuk QLoRA
  • Menyiapkan model dan tokenizer untuk penyesuaian percakapan (seperti menambahkan token khusus)

Kode berikut memuat model dan tokenizer Gemma dari Hugging Face dan menginisialisasi konfigurasi kuantisasi.

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 mendukung integrasi bawaan dengan peft, sehingga memudahkan penyetelan LLM secara efisien menggunakan QLoRA. Anda hanya perlu membuat LoraConfig dan memberikannya kepada pelatih.

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,
)

Sebelum dapat memulai pelatihan, Anda harus menentukan hyperparameter yang ingin digunakan dalam SFTConfig dan collate_fn kustom untuk menangani pemrosesan visual. collate_fn mengonversi pesan dengan teks dan gambar menjadi format yang dapat dipahami model.

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

Sekarang Anda memiliki setiap elemen penyusun yang diperlukan untuk membuat SFTTrainer guna memulai pelatihan model Anda.

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,
)

Mulai pelatihan dengan memanggil metode 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}.

Sebelum Anda dapat menguji model, pastikan untuk mengosongkan memori.

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

Saat menggunakan QLoRA, Anda hanya melatih adaptor, bukan model lengkap. Artinya, saat menyimpan model selama pelatihan, Anda hanya menyimpan bobot adaptor, bukan model lengkap. Jika ingin menyimpan model lengkap, yang mempermudah penggunaan dengan stack penayangan seperti vLLM atau TGI, Anda dapat menggabungkan bobot adaptor ke dalam bobot model menggunakan metode merge_and_unload, lalu menyimpan model dengan metode save_pretrained. Tindakan ini akan menyimpan model default, yang dapat digunakan untuk inferensi.

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']

Menguji Inferensi Model dan membuat deskripsi produk

Setelah pelatihan selesai, Anda harus mengevaluasi dan menguji model. Anda dapat memuat berbagai sampel dari set data pengujian dan mengevaluasi model pada sampel tersebut.

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.

Anda dapat menguji inferensi dengan memberikan nama, kategori, dan gambar produk. sample menyertakan action figure Marvel.

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!

Ringkasan dan langkah berikutnya

Tutorial ini membahas cara menyesuaikan model Gemma untuk tugas terkait visi menggunakan TRL dan QLoRA, khususnya untuk membuat deskripsi produk. Selanjutnya, lihat dokumen berikut: