Hello folks，我是 Luga，今天我們繼續(xù)來聊一下人工智能(AI)生態(tài)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù) - LLM Fine-Tuning ，本文將繼續(xù)聚焦在針對 LLM Fine-Tuning 技術(shù)進行剖析，使得大家能夠了解 LLM Fine-Tuning 實現(xiàn)機制以便更好地對利用其進行應(yīng)用及市場開發(fā)。

LLMs (Large Language Models )正在引領(lǐng)人工智能技術(shù)的新浪潮。這種先進的 AI 通過利用統(tǒng)計模型分析海量數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)單詞和詞組之間的復(fù)雜模式，從而模擬人類認(rèn)知和語言能力。LLMs 的強大功能已引起了眾多頭部企業(yè)以及科技愛好者的濃厚興趣，他們紛紛競相采用這些由人工智能驅(qū)動的創(chuàng)新解決方案，旨在提高運營效率、減輕工作負(fù)擔(dān)、降低成本支出，并最終激發(fā)出更多創(chuàng)造業(yè)務(wù)價值的創(chuàng)新想法。

然而，要真正發(fā)揮 LLMs 的潛力，關(guān)鍵在于“定制化”。即企業(yè)如何將通用的預(yù)訓(xùn)練模型，通過特定的優(yōu)化策略，轉(zhuǎn)化為契合自身獨特業(yè)務(wù)需求和用例場景的專屬模型。鑒于不同企業(yè)和應(yīng)用場景的差異，選擇合適的LLM集成方法便顯得尤為重要。因此，準(zhǔn)確評估具體的用例需求，并理解不同集成選項之間細(xì)微的差異和權(quán)衡，將有助于企業(yè)做出明智的決策。

什么是 Fine-Tuning (微調(diào)) ?

在當(dāng)今知識普及化的時代，獲取有關(guān) AI 和 LLM 的信息和觀點變得前所未有的容易。然而，要找到切實可行、符合具體情境的專業(yè)解答仍然面臨挑戰(zhàn)。在我們的日常生活中，經(jīng)常遇到這樣一種普遍存在的誤解:人們普遍認(rèn)為，F(xiàn)ine-Tuning (微調(diào))模型是使 LLM 獲取新知識的唯一(或者可能是最佳)方式。事實上，無論是為產(chǎn)品增添智能協(xié)作助手，還是使用 LLM 分析存儲在云端的大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，企業(yè)的實際數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)環(huán)境都是選擇合適 LLM 方法的關(guān)鍵因素。

在許多情況下，與傳統(tǒng)的微調(diào)方法相比，采用操作復(fù)雜度更低、對頻繁變化的數(shù)據(jù)集具有更強魯棒性、能產(chǎn)生更可靠準(zhǔn)確結(jié)果的替代策略，往往更能有效地實現(xiàn)企業(yè)的目標(biāo)。微調(diào)雖然是一種常見的 LLM 定制化技術(shù)，通過在特定數(shù)據(jù)集上對預(yù)訓(xùn)練模型進行額外的訓(xùn)練，使其更好地適應(yīng)特定任務(wù)或領(lǐng)域，但它也存在一些重要的權(quán)衡和局限性。

那么，什么是 Fine-Tuning (微調(diào))?

LLM (大型語言模型) 微調(diào)是近年來 NLP (自然語言處理) 領(lǐng)域發(fā)展迅猛的一項技術(shù)，通過在預(yù)訓(xùn)練模型的基礎(chǔ)上進行進一步訓(xùn)練，使模型能夠?qū)W習(xí)特定領(lǐng)域或任務(wù)相關(guān)的知識，從而顯著提升其在該領(lǐng)域或任務(wù)上的性能。

LLM 微調(diào)的核心思想是利用預(yù)訓(xùn)練模型的參數(shù)，將其作為新任務(wù)的起點，并通過少量特定領(lǐng)域或任務(wù)的數(shù)據(jù)進行“塑造”，從而使得模型盡可能快速適應(yīng)新的任務(wù)或數(shù)據(jù)集。

在實際的業(yè)務(wù)場景中，微調(diào)的主要目的通常包括如下幾點:

(1) 領(lǐng)域適配

LLM 通常是在跨領(lǐng)域的通用數(shù)據(jù)上訓(xùn)練，但在應(yīng)用到特定領(lǐng)域時，如金融、醫(yī)療、法律等場景，性能可能會大打折扣。通過微調(diào)，可以將預(yù)訓(xùn)練模型調(diào)整適配到目標(biāo)領(lǐng)域，使其更好地捕捉特定領(lǐng)域的語言特點和語義關(guān)系，從而提高在該領(lǐng)域下的性能表現(xiàn)。

(2) 任務(wù)定制

即使在同一領(lǐng)域，不同的具體任務(wù)也可能有差異化的需求。比如文本分類、問答、命名實體識別等 NLP 任務(wù)，都會對語言理解和生成能力提出不同的要求。通過微調(diào)，可以根據(jù)下游任務(wù)的具體需求，優(yōu)化模型在特定任務(wù)上的性能指標(biāo)，如準(zhǔn)確率、Recall、F1值等。

(3) 性能提升

即使在某個特定任務(wù)上，預(yù)訓(xùn)練模型也可能存在準(zhǔn)確率、速度等方面的瓶頸。通過微調(diào)，我們可以進一步提升模型在該任務(wù)上的性能表現(xiàn)。比如，針對推理速度要求很高的實時應(yīng)用場景，可以對模型進行壓縮優(yōu)化;對于要求更高準(zhǔn)確率的關(guān)鍵任務(wù)，也可以通過微調(diào)進一步提升模型的判斷能力。

Fine-Tuning (微調(diào))有哪些收益以及面臨的困境 ?

通常而言，F(xiàn)ine-Tuning (微調(diào))的主要好處在于能夠有效提升現(xiàn)有預(yù)訓(xùn)練模型在特定應(yīng)用場景下的性能表現(xiàn)。通過在目標(biāo)領(lǐng)域或任務(wù)上對基礎(chǔ)模型進行持續(xù)訓(xùn)練和參數(shù)調(diào)整，可以使其更好地捕捉特定場景下的語義特點和規(guī)律，從而顯著提高模型在該領(lǐng)域或任務(wù)上的關(guān)鍵指標(biāo)。例如，通過對 Llama 2 模型進行微調(diào)，在某些功能上的性能就可以優(yōu)于 Meta 原始的語言模型實現(xiàn)。

雖然 Fine-Tuning 為 LLM 帶來了顯著的好處，但也有一些缺點需要考慮。那么，F(xiàn)ine-Tuning (微調(diào))面臨的困境有哪些呢?

挑戰(zhàn)和限制：

• 災(zāi)難性遺忘：微調(diào)可能會導(dǎo)致“災(zāi)難性遺忘”，即模型忘記在預(yù)訓(xùn)練期間學(xué)到的一些常識。 如果微調(diào)數(shù)據(jù)過于具體或主要集中在狹窄的領(lǐng)域，則可能會發(fā)生這種情況。
• 數(shù)據(jù)要求：雖然與從頭開始訓(xùn)練相比，微調(diào)需要的數(shù)據(jù)較少，但對于特定任務(wù)仍然需要高質(zhì)量且相關(guān)的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)不足或標(biāo)記不當(dāng)可能會導(dǎo)致性能不佳。
• 計算資源：微調(diào)過程的計算成本仍然很高，特別是對于復(fù)雜模型和大型數(shù)據(jù)集。 對于較小的組織或資源有限的組織來說，這可能是一個障礙。
• 所需的專業(yè)知識：微調(diào)通常需要機器學(xué)習(xí)、NLP 和手頭的特定任務(wù)等領(lǐng)域的專業(yè)知識。 對于那些沒有必要知識的人來說，選擇正確的預(yù)訓(xùn)練模型、配置超參數(shù)和評估結(jié)果可能會很復(fù)雜。

潛在問題：

• 偏差放大：預(yù)訓(xùn)練的模型可以從其訓(xùn)練數(shù)據(jù)中繼承偏差。 如果微調(diào)數(shù)據(jù)反映了類似的偏差，則微調(diào)可能會無意中放大這些偏差。 這可能會導(dǎo)致不公平或歧視性的結(jié)果。
• 可解釋性挑戰(zhàn)：微調(diào)模型比預(yù)訓(xùn)練模型更難解釋。 了解模型如何得出結(jié)果可能很困難，這會阻礙調(diào)試和對模型輸出的信任。
• 安全風(fēng)險：經(jīng)過微調(diào)的模型可能容易受到對抗性攻擊，其中惡意行為者操縱輸入數(shù)據(jù)，導(dǎo)致模型產(chǎn)生不正確的輸出。

Fine-Tuning (微調(diào))與其他定制方法相比如何 ?

通常來講，F(xiàn)ine-Tuning 并不是唯一的定制模型輸出或集成自定義數(shù)據(jù)的方法。實際上，它可能并不適合我們的具體需求和用例，有一些其他的替代方案值得探索和考慮，具體如下：

1. Prompt Engineering(提示工程)

Prompt Engineering 是一種通過在發(fā)送給 AI 模型的提示中提供詳細(xì)的說明或上下文數(shù)據(jù)來增加獲得所需輸出的可能性的過程。相比于微調(diào)，Prompt Engineering 的操作復(fù)雜性要低得多，而且可以隨時修改和重新部署提示，而無需對底層模型進行任何更改。

這種策略相對簡單，但仍應(yīng)采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，對各種提示的準(zhǔn)確性進行定量評估，以確保獲得所需的性能。通過這種方式，我們可以系統(tǒng)地優(yōu)化提示，找到最有效的方式來指導(dǎo)模型生成所需的輸出。

不過，Prompt Engineering 并非沒有缺點。首先，它無法直接集成大型數(shù)據(jù)集，因為提示通常是手動修改和部署的。這意味著在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時，Prompt Engineering 可能會顯得效率較低。

另外，Prompt Engineering 也無法讓模型生成基礎(chǔ)訓(xùn)練數(shù)據(jù)中不存在的新行為或功能。這種局限性意味著，如果我們需要模型具有全新的能力，單純依靠提示工程可能無法滿足需求，可能需要考慮其他方法，如微調(diào)或從頭訓(xùn)練模型等。

2. RAG (檢索增強生成)

RAG (檢索增強生成)是一種有效將大型非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集(如文檔)與 LLM 相結(jié)合的方法。它利用語義搜索和向量數(shù)據(jù)庫技術(shù)，結(jié)合提示機制，使 LLM 能夠從豐富的外部信息中獲取所需的知識和背景，從而生成更加準(zhǔn)確和有見地的輸出。

雖然 RAG 本身并不是一種生成新模型功能的機制，但它是將 LLM 與大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集高效集成的一個極其強大的工具。利用 RAG ，我們可以輕松地為 LLM 提供大量的相關(guān)背景信息，增強它們的知識和理解能力，從而顯著提高生成性能。

在實際的場景中，RAG 的有效性最大的障礙在于，許多模型的上下文窗口有限，即模型一次性可以處理的最大文本長度受到限制。在某些需要廣泛背景知識的情況下，可能會阻礙模型獲取足夠的信息來實現(xiàn)良好的性能。

不過，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，模型的上下文窗口正在快速擴大。甚至一些開源模型已經(jīng)能夠處理多達(dá) 32,000 個標(biāo)記的長文本輸入。這意味著 RAG 在未來將擁有更廣闊的應(yīng)用前景，能夠為更復(fù)雜的任務(wù)提供有力支持。

接下來，讓我們來了解、對比一下這三種技術(shù)在數(shù)據(jù)隱私方面的具體表現(xiàn)情況，具體可參考如下所示:

(1) Fine-Tuning (微調(diào))

Fine-Tuning (微調(diào))的主要缺點是，訓(xùn)練模型時使用的信息會被編碼到模型的參數(shù)中。這意味著，即使模型的輸出對用戶來說是隱私的，底層的訓(xùn)練數(shù)據(jù)仍可能被泄露。研究表明，惡意攻擊者甚至可以通過注入攻擊從模型中提取原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)。因此，我們必須假設(shè)任何用于訓(xùn)練模型的數(shù)據(jù)都可能被未來的用戶訪問到。

(2) Prompt Engineering(提示工程)

相比之下，Prompt Engineering 的數(shù)據(jù)安全足跡要小得多。因為提示可以針對每個用戶進行隔離和定制，不同用戶看到的提示中包含的數(shù)據(jù)可以是不同的。但我們?nèi)孕枰_保提示中包含的任何數(shù)據(jù)對于任何有權(quán)訪問該提示的用戶來說都是非敏感的或允許的。

(3) RAG (檢索增強生成)

RAG 的安全性取決于其基礎(chǔ)檢索系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制。我們需要確保底層的矢量數(shù)據(jù)庫和提示模板都配置了適當(dāng)?shù)碾[私和數(shù)據(jù)控制措施，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。只有這樣，RAG 才能真正確保數(shù)據(jù)隱私。

總的來說，在數(shù)據(jù)隱私方面，Prompt Engineering 和 RAG 相對于微調(diào)來說具有明顯的優(yōu)勢。但無論采用哪種方法，我們都必須非常謹(jǐn)慎地管理數(shù)據(jù)訪問和隱私保護，確保用戶的敏感信息得到充分的保護。

因此，從某種意義上而言，無論我們最終選擇 Fine-Tuning、Prompt Engineering 還是 RAG，采用的方法都應(yīng)該與組織的戰(zhàn)略目標(biāo)、可用資源、專業(yè)技能以及預(yù)期的投資回報率等因素保持高度一致。這不僅涉及到純粹的技術(shù)能力，更要考慮這些方法如何與我們的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略、時間表、當(dāng)前工作流程以及市場需求相匹配。

對于 Fine-Tuning 這個選項來說，深入了解其復(fù)雜性是做出明智決策的關(guān)鍵。Fine-Tuning 涉及的技術(shù)細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作都比較復(fù)雜，需要對模型和數(shù)據(jù)有深入的理解。因此，與擁有豐富微調(diào)經(jīng)驗的合作伙伴進行緊密合作至關(guān)重要。這些合作伙伴不僅要具備可靠的技術(shù)能力，還要能夠充分理解我們的業(yè)務(wù)流程和目標(biāo)，為我們選擇最合適的定制化技術(shù)方案。

同樣地，如果我們選擇使用 Prompt Engineering 或 RAG，也需要仔細(xì)評估這些方法是否能夠與我們的業(yè)務(wù)需求、資源條件以及預(yù)期效果相匹配。只有確保所選擇的定制化技術(shù)能夠真正為我們的組織創(chuàng)造價值，才能最終取得成功。

Reference ：

• [1] https://medium.com/@younesh.kc/rag-vs-fine-tuning-in-large-language-models-a-comparison-c765b9e21328
• [2] https://kili-technology.com/large-language-models-llms/the-ultimate-guide-to-fine-tuning-llms-2023