LLM大模型: llama源码要点解读（一）

news/2024/10/6 8:22:47

　　transformer火了之后，基于transformer架构的llama也火了，可能的原因：

来自meta，一线互联网大厂，质量有保证；自称70b参数的表现比chatGPT3还好（Llama 2:Open Foundation and Fine-Tuned Chat Models）！

可能会成为大模型界的Android：各种基于llama的微调和应用会越来越多（llama的模型的参数量7B、13B、70B，凡是和这个参数量一样的的大模型，很有可能是基于llama二次改造的）

　　所以学习llama的源码是非常重要的（这不废话么？）；整个transformer的源码在这： https://github.com/huggingface/transformers transformer里面收录所有的模型都在这： https://github.com/huggingface/transformers/tree/main/src/transformers/models 那些听说过的、没听说过的大模型在这里都能找到，当然也包括llama：https://github.com/huggingface/transformers/tree/main/src/transformers/models/llama

　　llama源码不多，就这些，如下：从名字就能看出来这些文件的核心功能是啥！

　核心类不多，就这些：

打开modeling_llama文件：

1、第一个映入眼帘的就是归一化了：

class LlamaRMSNorm(nn.Module):def __init__(self, hidden_size, eps=1e-6):"""LlamaRMSNorm is equivalent to T5LayerNorm"""super().__init__()self.weight = nn.Parameter(torch.ones(hidden_size)) #初始化权重为1self.variance_epsilon = eps #防止分母为0def forward(self, hidden_states):input_dtype = hidden_states.dtypehidden_states = hidden_states.to(torch.float32)variance = hidden_states.pow(2).mean(-1, keepdim=True)hidden_states = hidden_states * torch.rsqrt(variance + self.variance_epsilon)return self.weight * hidden_states.to(input_dtype)

　　用公式总结就是：

那么问题来了：llama为啥要用RMSNorm，而不用batchNorm或layerNorm？

3种norm方式综合对比：

计算开销：RMSNorm > LayerNorm > BatchNorm。RMSNorm的计算开销最低，因为它不需要计算均值。
对小批量数据的适用性：RMSNorm和LayerNorm均优于BatchNorm，适用于小批量甚至单个样本的数据。
适用场景：RMSNorm和LayerNorm在序列建模、NLP以及需要处理变长输入的任务中表现更好，而BatchNorm更适合于图像处理和需要大批量数据训练的任务。
训练稳定性：RMSNorm通过均方根归一化，在深层神经网络中提供了较为稳定的训练效果。

2、（1）第二个重要的类就是MLP，有的地方也要FFN，就是常见的深度神经网络层：

class LlamaMLP(nn.Module):def __init__(self, config):super().__init__()self.config = configself.hidden_size = config.hidden_sizeself.intermediate_size = config.intermediate_size # 中间层大小self.gate_proj = nn.Linear(self.hidden_size, self.intermediate_size, bias=config.mlp_bias) #输入升维到中间层self.up_proj = nn.Linear(self.hidden_size, self.intermediate_size, bias=config.mlp_bias) #输入升维到中间层self.down_proj = nn.Linear(self.intermediate_size, self.hidden_size, bias=config.mlp_bias) #中间层到输出层self.act_fn = ACT2FN[config.hidden_act] #激活函数def forward(self, x):if self.config.pretraining_tp > 1:slice = self.intermediate_size // self.config.pretraining_tp  #切片gate_proj_slices = self.gate_proj.weight.split(slice, dim=0) #输入切片up_proj_slices = self.up_proj.weight.split(slice, dim=0)down_proj_slices = self.down_proj.weight.split(slice, dim=1) #输出切片gate_proj = torch.cat([F.linear(x, gate_proj_slices[i]) for i in range(self.config.pretraining_tp)], dim=-1  #每个切片并行执行线性变换后拼接)up_proj = torch.cat([F.linear(x, up_proj_slices[i]) for i in range(self.config.pretraining_tp)], dim=-1) #每个切片并行做线性变换后拼接intermediate_states = (self.act_fn(gate_proj) * up_proj).split(slice, dim=2)down_proj = [F.linear(intermediate_states[i], down_proj_slices[i]) for i in range(self.config.pretraining_tp)]down_proj = sum(down_proj)#结果相加else:down_proj = self.down_proj(self.act_fn(self.gate_proj(x)) * self.up_proj(x))return down_proj

　　和传统的FFN比，llama的MLP只有1点是一样的：输入通过线性变换升维到intermediate中间层，再从intermediate中间层降维到输出层！其他的差异较大，主要体现在：

输入切片，并行处理
gate经过激活函数后继续和up相乘；整个过程图示如下：

那么问题来了：为啥要把input分成gate和up，gate经过激活函数后再乘以up了？

（2）记得10多年前大数据这个概念刚火热时，很多互联网公司利用用户的基础画像、行为数据等做搜广推。这些数据类从业人员最常用炫技的说辞之一：通过亿级的数据维度快速、精准地做推荐！当时我就纳闷了：用户画像一般有几百到几千维度，用户行为数据大概也这个量级，某些从业人员所谓的亿级别维度是哪来的？后来找了好多资料才发现，这么高维度数据的来源竟然是：特征组合！比如“女性”+“年龄” 两两组合成新维度，计算化妆品、服装等的ctr； “男性” + “运动” 两个原本独立的维度两两组合，计算体育用品、体育类视频的ctr；这只是基础特征维度的两两组合，还有三个、四个、五个、甚至更多特征维度的组合了？这么来看，基础特征组合成上亿个维度完全是有可能的！原本线性不可分的样本，经过维度组合后，产生了非线性特征，更容易区分样本，秒啊！顺着这个思路，从代数角度解释神经网络的一些特性就容易多了：

为什么神经网络要用激活函数？这里的二阶到N阶，展开后不就是特征的2阶到N阶的组合么？

神经网络为什么要先维，再降维？ 升维的核心是特征组合：维度提高了激活函数就多啦，组合的特征就多了，能捕捉到的非线性特征就多了！为什么又要降维了？去掉无用的特征组合！

回到llama这里来：输入为什么要分成gate和up？为什么gate经过激活函数后还要和up相乘了？

激活函数：参考上述，激活函数经过tylor展开后，不就是特征的N阶组合么？
和up相乘，不也是特征之间的两两组合么？

　　说到底，干的这些事，最终都是做特征的各种花式组合，让线性不可分的数据产生非线性特征，为最终的分类或回归任务产生强特征！

其他要点总结：

　　1、做所有的重要操作前（包括但不限于attention、softmax等）前都要乘以一个矩阵做线性变换，所以这些操作都是在新的矩阵空间进行的，目的是和之前的旧空间隔开来，避免互相影响：每个矩阵空间只干一件事，如果要做其他事，继续通过矩阵乘法进入下一个空间操作，使得每个矩阵空间都是专用的，互不干扰（有点像每个厕所坑位只能蹲一个人，坑位之间严格隔开，避免互相影响拉便便）！

　　2、特征组合让线性不可分变成线性可分举例：经典的XOR问题；整个思路很简单：现有的维度分不开了怎么办？那就生成新的能分开的维度呗！怎么生成新维度了？下面这个例子用的是旧维度两两相乘。实际生产环境，还可以N个维度互相相乘，或则N个旧维度之间线性组合（神经网络不就是这么干的嘛！）