大模型微调是深度学习中的一项关键技术，它允许我们在已有的预训练模型上，通过进一步的训练来适应特定的任务或数据集。在众多的Fine-Tuning方法中，LoRA（Low-Rank Adaptation）是一种轻量且高效的大型语言模型微调方法。与全参数微调相比，这种方法显著减少了训练的参数量，从而降低了GPU内存需求和训练时间。本篇我将为各位同学介绍一下大模型微调的方法-LoRA。
LoRA的核心思想是假设大语言模型的预训练权重已经包含了丰富的知识，直接微调所有参数会非常耗时且需要大量的计算资源。微调的任务只是对这些知识进行轻微的调整。因此，LoRA并不直接修改预训练的权重，而是在模型的每一层注入低秩矩阵，通过训练这些低秩矩阵来实现模型的适配。因此，LoRA通过引入两个低秩矩阵A和B，并将它们相乘后加到原始权重矩阵上，实现对模型的微调，从而不需要改变整个模型的权重。
如上图所示，ΔW的分解意味着我们用了两个较小的LoRA矩阵A和B来表示大型矩阵ΔW。如果A的行数与ΔW相同，B的列数与ΔW相同，那么我们可以将分解表示为ΔW = AB。（这里的AB表示矩阵A和B的矩阵相乘的结果。）根据以上分析，步骤如下：
1. 冻结预训练模型的权重: LoRA 不会修改预训练模型的原始权重，而是将它们冻结。
2. 注入秩分解矩阵： 在 Transformer 的每一层，LoRA 向原始权重矩阵 W 添加一个低秩矩阵更新 ΔW，其中 ΔW = BA。
- A 是一个降维矩阵，将输入特征映射到一个低维空间。
- B 是一个升维矩阵，将低维空间的特征映射回原始特征空间。
- A 和 B 的秩远小于 W 的秩。
3. 训练秩分解矩阵: 在微调过程中，只有 A 和 B 的参数会被训练，而原始权重矩阵 W 保持不变。
4. 合并权重矩阵: 在推理阶段，可以将 ΔW 与 W 合并，得到最终的权重矩阵 W' = W + ΔW。
优势:
更少的内存需求: LoRA 只需要存储和更新低秩矩阵 `A` 和 `B`，大大减少了GPU内存需求，使得在单个GPU上微调大型语言模型成为可能。
更快的训练速度: 由于需要更新的参数数量减少，LoRA 的训练速度比全参数微调更快。
更好的性能: LoRA 在许多任务上都取得了与全参数微调相当甚至更好的性能。
易于合并和切换: 不同的LoRA权重可以轻松地与基础模型合并或切换，方便实验和部署。
劣势:
LoRA 是一种高效的大模型微调方法，它通过冻结预训练权重并注入低秩矩阵，显著减少了内存需求和训练时间，同时保持了良好的性能。 它已成为微调大型语言模型的一种流行技术，并被广泛应用于各种下游任务。在实际应用中，LoRA可以与预训练模型的权重合并，以便在生产环境中使用，而不引入额外的推理延迟。这意味着在微调后，模型可以像以前一样进行推理，而不需要对模型结构进行任何修改。
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