PyTorch 微调终极指南：第 2 部分 — 提高模型准确性

一、说明

        如今，在训练深度学习模型时，通过在自己的数据上微调预训练模型来迁移学习已成为首选方法。通过微调这些模型，我们可以利用他们的专业知识并使其适应我们的特定任务，从而节省宝贵的时间和计算资源。本文分为四个部分，侧重于微调模型的不同方面。

        本文是微调 Pytorch 模型系列的第二部分，第二部分将探讨各种技术，以提高微调模型的准确性。

概述

• 介绍
• 数据特定技术
• 使用超参数以获得最佳性能
• 模型合奏
• 其他被忽视但非常重要的技术
• 结论

二、介绍

        如作为一名机器学习从业者，您可能经常发现自己处于这样一种情况：您正在为特定任务微调预先训练的模型，但您达到了无法进一步提高模型准确性的地步。在本文中，我们将探讨可用于提高模型准确性的各种技术和策略。这些方法旨在帮助您克服瓶颈，并在机器学习项目中取得更好的结果。让我们深入了解如何将模型的性能提升到一个新的水平！

三、数据特定技术

        在微调模型时，数据在确定其有效性和准确性方面起着至关重要的作用。因此，全面了解您的数据并在训练期间做出正确的选择至关重要。在本节中，我们将探讨一些与数据相关的技术，这些技术可以显着提高模型的准确性。

图片来源

3.1 数据的质量和数量

        为了在微调中获得最佳结果，拥有一个既多样化又具有代表性的数据集至关重要。数据集应包含与特定任务相关的各种方案和相关示例。请记住，拥有更多数据通常会提高模型性能，因此请考虑在需要时收集或获取其他数据。但是，必须取得平衡，因为过大的数据集可能并不总是能带来更好的学习效果。

小心数据偏度，并确保数据分布良好，以避免对模型的训练产生偏差。在数据的质量和数量之间找到适当的平衡将大大有助于模型预测能力。

3.2 数据预处理和增强

图片来源 ： 可扩展路径

        确保通过清理和规范化数据来仔细准备数据。这意味着删除异常值，填写缺失的信息，并将数据放入一致的格式。此外，您可以使用数据增强技术来扩展您的训练集。旋转、缩放、裁剪或翻转等技术可以为数据增加多样性，使模型更加可靠。

        但是，请谨慎并为您的特定任务选择正确的增强方法。某些增强可能不合适，可能会对模型准确性产生负面影响。通过选择适当的数据预处理和增强方法，您可以优化模型的性能，并在微调过程中获得更好的结果。

3.3 数据清理和错误分析

如果猫必须做清洁;)

        在微调过程中执行彻底的数据清理并进行错误分析。分析错误分类的示例或模型性能不佳的案例，以识别数据中的模式或偏差。此分析可以指导您进一步的数据预处理、扩充或创建特定规则或启发式方法以解决有问题的情况。

3.4 批量大小和梯度累积

        在训练期间尝试不同的批量大小。较小的批量大小可以带来更准确的结果，但它们也可能减慢训练过程。此外，如果您的计算资源有限，则可以使用梯度累积来模拟较大的有效批大小，方法是在执行权重更新之前在多个较小的批次上累积梯度。

四、使用超参数以获得最佳性能

图片来源 ： https://www.anyscale.com/

4.1 学习率调度

        在微调期间尝试不同的学习率计划。一种常见的方法是从相对较低的学习率开始，然后逐渐增加它，允许模型收敛到微调的任务。学习率热身，即在训练开始时逐渐提高学习率，也可能是有益的。

4.2 正则化技术

        应用正则化技术来防止过度拟合并改进泛化。常用技术包括辍学、L1 或 L2 正则化以及提前停止。正则化有助于控制模型的复杂性，并防止它很好地记住训练集。

4.3 评估和超参数调优

        在微调期间定期评估模型在验证集上的性能。根据验证结果调整超参数，例如学习率、正则化强度或优化器参数。考虑使用网格搜索或随机搜索等技术来探索不同的超参数组合。

五、模型合奏

图片来源：V7实验室

考虑使用集成方法来提高准确性。您可以使用不同的初始化或数据子集训练预训练模型的多个实例，并组合它们的预测以获得最终结果。集成方法通常可以提高泛化和鲁棒性。您可以采用以下技术在模型集成的帮助下提高模型准确性：

• 投票合奏： 合并来自多个微调模型的预测，并对分类任务进行多数投票或对回归任务的预测求平均值。这种简单的方法通常可以通过减少模型偏差来提高整体性能。
• 装袋（引导聚合）：在训练数据的不同子集上训练同一微调模型的多个实例。这有助于减少过度拟合和改进模型泛化。
• 堆叠（堆叠泛化）：训练多个不同的模型，然后使用另一个模型（元学习器）来组合它们的预测。堆叠利用不同模型的优势来创建更强大的整体。
• 不同的架构：使用各种深度学习架构进行微调，例如卷积神经网络 （CNN）、递归神经网络 （RNN） 或变压器。每种体系结构都可能擅长捕获数据中的不同模式或特征。
• 使用不同的超参数：使用不同的超参数设置微调模型并集成其预测。超参数多样性可以提高融合性能。

请记住，在实现模型集成技术时，在模型多样性和复杂性之间取得平衡至关重要。过多的模型或过于复杂的集成可能会导致计算开销和收益递减。

六、其他被忽视但非常重要的技术

图片来源：维基百科

以下是一些经常被忽视的其他建议，但可能对提高微调预训练模型的准确性产生重大影响。

6.1 选择正确的图层进行微调

        确定要冻结预训练模型的哪些层以及要微调的层。通常，较早的图层捕获更常规的特征，而较晚的图层捕获更多特定于任务的特征。为了获得更高的准确性，您可以考虑在靠近网络末端的地方微调更多层，特别是如果您的新任务类似于预先训练的模型最初训练的任务。

6.2 迁移学习目标

        与其直接微调目标任务上的预训练模型，不如考虑使用迁移学习目标。这涉及使用预先训练的模型训练辅助任务，然后将从此任务中学习的特征用于主要任务。辅助任务应该与你的主任务相关，但更容易解决，这可以帮助模型学习更多可泛化表示。

6.3 模型大小和复杂性

        根据数据集和任务，使用的预训练模型可能太大或太复杂。大型模型往往具有更多参数，这可能会导致在对较小数据集进行微调时过度拟合。在这种情况下，请考虑使用预训练模型的较小变体，或应用模型修剪或蒸馏等技术来降低模型复杂性。

6.4 微调策略

        您可以采用渐进式解冻方法，而不是微调整个预训练模型。首先冻结所有层，然后逐步解冻和分阶段微调层。这允许更稳定的训练，并防止灾难性地忘记预先训练的表示。

6.5 特定领域的预训练

如果目标任务位于特定域中，请考虑在微调之前在该域中的大型数据集上预训练模型。这可以帮助模型学习特定于域的特征并提高其在目标任务上的性能。

6.6 损失函数修改

尝试针对您的特定任务或数据集量身定制的不同损失函数。例如，如果您的数据集存在类不平衡，则可以使用加权损失或焦点损失来对代表性不足的类给予更多重视。或者，您可以设计一个自定义损失函数，其中包含领域知识或任务的特定目标。

6.7 从多个模型迁移学习

这就是从人类到猫的迁移学习的样子;)

        与其依赖单个预训练模型，不如考虑利用多个预训练模型进行迁移学习。您可以在不同的任务或数据集上训练每个模型，然后在微调期间组合它们的表示或预测。这有助于捕获更广泛的特征并提高准确性。

这些附加建议应有助于更有效地微调预训练模型，并提高目标任务的准确性。

请记住，微调是一个迭代过程，通常需要根据数据和任务的特征进行实验和调整。

七、结论

        总之，我们在这个终极指南中探索了一套全面的技术，用于在 PyTorch 中进行微调，所有这些都旨在提高模型的准确性。通过关注数据质量和数量、数据预处理和增强等关键方面，我们为提高性能奠定了基础。此外，通过数据清理和错误分析，我们可以微调我们的模型，以做出更准确的预测。

        此外，我们研究了各种策略，如批量大小和梯度累积、学习率调度和正则化技术，以优化训练过程。还讨论了评估和调整超参数的重要性，以及利用模型集成和来自多个模型的迁移学习。最后，我们认识到特定领域的预训练、微调策略和修改损失函数的重要性，以有效地微调我们的模型。

        通过将这些技术整合到我们的 PyTorch 工作流程中，我们可以创建具有更高准确性的强大模型，能够应对不同领域的现实挑战。让本指南作为宝贵的资源，提升您的微调能力，并在您的机器学习项目中取得显著成果。