Dostrojenie Gemma do zadań związanych ze wzrokiem za pomocą funkcji Hugging Face Transformers i QLoRA

Wyświetl na ai.google.dev Uruchom w Google Colab Uruchom w Kaggle Otwórz w Vertex AI Wyświetl źródło na GitHubie

Ten przewodnik pokazuje, jak dostroić model Gemma na niestandardowym zbiorze danych obrazów i tekstu do zadania związanego z widzeniem (generowanie opisów produktów) przy użyciu bibliotek Hugging Face TransformersTRL. Dowiesz się:

  • Co to jest kwantyzowana adaptacja o niskim rzędzie (QLoRA)
  • Konfigurowanie środowiska programistycznego
  • Tworzenie i przygotowywanie zbioru danych do dostrajania
  • Dostrajanie modelu Gemma za pomocą TRL i SFTTrainer
  • Testuj wnioskowanie modelu i generuj opisy produktów na podstawie obrazów i tekstu.

Co to jest kwantyzowana adaptacja o niskim rzędzie (QLoRA)

W tym przewodniku pokazujemy, jak używać skwantyzowanej adaptacji o niskim rzędzie (QLoRA), która stała się popularną metodą wydajnego dostrajania dużych modeli językowych, ponieważ zmniejsza wymagania dotyczące zasobów obliczeniowych przy zachowaniu wysokiej wydajności. W przypadku QLoRA wstępnie wytrenowany model jest kwantyzowany do 4 bitów, a wagi są zamrażane. Następnie dołączane są warstwy adaptera z możliwością trenowania (LoRA) i trenowane są tylko te warstwy. Następnie wagi adaptera można połączyć z modelem podstawowym lub zachować jako osobny adapter.

Konfigurowanie środowiska programistycznego

Pierwszym krokiem jest zainstalowanie bibliotek Hugging Face, w tym TRL i zbiorów danych, aby dostroić otwarty model.

# 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

Uwaga: jeśli używasz procesora GPU z architekturą Ampere (np. NVIDIA L4) lub nowszą, możesz korzystać z szybkiego mechanizmu uwagi. Flash Attention to metoda, która znacznie przyspiesza obliczenia i zmniejsza wykorzystanie pamięci z kwadratowego do liniowego w przypadku długości sekwencji, co przyspiesza trenowanie nawet 3-krotnie. Więcej informacji znajdziesz w artykule FlashAttention.

Aby opublikować model, musisz mieć ważny token Hugging Face. Jeśli korzystasz z Google Colab, możesz bezpiecznie używać tokena Hugging Face za pomocą sekretów Colab. W przeciwnym razie możesz ustawić token bezpośrednio w metodzie login. Upewnij się, że Twój token ma też uprawnienia do zapisu, ponieważ podczas trenowania modelu będziesz przesyłać go do Hub.

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

Tworzenie i przygotowywanie zbioru danych do dostrajania

Podczas dostrajania dużych modeli językowych ważne jest, aby znać przypadek użycia i zadanie, które chcesz rozwiązać. Pomoże Ci to utworzyć zbiór danych do dostrajania modelu. Jeśli nie masz jeszcze zdefiniowanego przypadku użycia, warto wrócić do etapu projektowania.

W tym przewodniku skupimy się na tym przykładzie:

  • Dostrajanie modelu Gemma w celu generowania zwięzłych, zoptymalizowanych pod kątem SEO opisów produktów na platformę e-commerce, dostosowanych specjalnie do wyszukiwania mobilnego.

W tym przewodniku używamy zbioru danych philschmid/amazon-product-descriptions-vlm, który zawiera opisy produktów z Amazon, w tym zdjęcia i kategorie produktów.

Hugging Face TRL obsługuje rozmowy multimodalne. Ważna jest rola „image”, która informuje klasę przetwarzania, że ma wczytać obraz. Struktura powinna wyglądać tak:

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

Możesz teraz użyć biblioteki Hugging Face Datasets, aby wczytać zbiór danych i utworzyć szablon prompta, który połączy obraz, nazwę produktu i kategorię oraz doda wiadomość systemową. Zbiór danych zawiera obrazy jako obiekty 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!'}]}]

Dostrajanie modelu Gemma za pomocą TRL i SFTTrainer

Możesz teraz dostroić model. Biblioteka Hugging Face TRL SFTTrainer ułatwia nadzorowane dostrajanie otwartych modeli LLM. SFTTrainer jest podklasą Trainer z biblioteki transformers i obsługuje wszystkie te same funkcje, w tym rejestrowanie, ocenianie i tworzenie punktów kontrolnych, ale dodaje dodatkowe funkcje ułatwiające pracę, takie jak:

  • Formatowanie zbioru danych, w tym formaty konwersacyjne i instruktażowe
  • Trenowanie tylko na podstawie uzupełnień, z pominięciem promptów
  • Pakowanie zbiorów danych w celu wydajniejszego trenowania
  • Obsługa dostrajania konkretnych parametrów (PEFT), w tym QLoRA
  • Przygotowanie modelu i tokenizera do dostrajania konwersacyjnego (np. dodanie tokenów specjalnych)

Poniższy kod wczytuje model Gemma i tokenizator z Hugging Face oraz inicjuje konfigurację kwantyzacji.

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 obsługuje wbudowaną integrację z peft, co ułatwia efektywne dostrajanie LLM za pomocą QLoRA. Wystarczy, że utworzysz LoraConfig i przekażesz go trenerowi.

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,
)

Zanim rozpoczniesz trenowanie, musisz zdefiniować hiperparametr, którego chcesz użyć w SFTConfig, oraz niestandardowy collate_fn do obsługi przetwarzania obrazu. collate_fn konwertuje wiadomości z tekstem i obrazami na format zrozumiały dla modelu.

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

Masz już wszystkie elementy składowe potrzebne do utworzenia SFTTrainer, aby rozpocząć trenowanie modelu.

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,
)

Rozpocznij trenowanie, wywołując metodę 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}.

Zanim przetestujesz model, zwolnij pamięć.

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

W przypadku QLoRA trenujesz tylko adaptery, a nie cały model. Oznacza to, że podczas zapisywania modelu w trakcie trenowania zapisujesz tylko wagi adaptera, a nie cały model. Jeśli chcesz zapisać pełny model, co ułatwia korzystanie z platform do udostępniania, takich jak vLLM czy TGI, możesz scalić wagi adaptera z wagami modelu za pomocą metody merge_and_unload, a następnie zapisać model za pomocą metody save_pretrained. Spowoduje to zapisanie modelu domyślnego, który można wykorzystać do wnioskowania.

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']

Testowanie wnioskowania modelu i generowanie opisów produktów

Po zakończeniu trenowania warto ocenić i przetestować model. Możesz wczytać różne próbki ze zbioru danych testowych i ocenić na nich model.

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.

Możesz przetestować wnioskowanie, podając nazwę produktu, kategorię i obraz. sample zawiera figurkę Marvela.

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!

Podsumowanie i dalsze kroki

W tym samouczku pokazaliśmy, jak dostroić model Gemma do zadań związanych z widzeniem przy użyciu biblioteki TRL i QLoRA, w szczególności do generowania opisów produktów. Zapoznaj się z tymi dokumentami: