利用PyTorch的三元组损失Hard Triplet Loss进行嵌入模型微调
ztj100 2024-12-01 07:00 16 浏览 0 评论
本文介绍如何使用 PyTorch 和三元组边缘损失 (Triplet Margin Loss) 微调嵌入模型,并重点阐述实现细节和代码示例。三元组损失是一种对比损失函数,通过缩小锚点与正例间的距离,同时扩大锚点与负例间的距离来优化模型。
数据集准备与处理
一般的嵌入模型都会使用Sentence Transformer ,其中的 encode() 方法可以直接处理文本输入。但是为了进行微调,我们需要采用 Transformer 库,所以就要将文本转换为模型可接受的 token IDs 和 attention masks。Token IDs 代表模型词汇表中的词或字符,attention masks 用于防止模型关注填充 tokens。
本文使用 thenlper/gte-base 模型,需要对应的 tokenizer 对文本进行预处理。该模型基于 BertModel 架构:
BertModel(
(embeddings): BertEmbeddings(
(word_embeddings): Embedding(30522, 768, padding_idx=0)
(position_embeddings): Embedding(512, 768)
(token_type_embeddings): Embedding(2, 768)
(LayerNorm): LayerNorm((768,), eps=1e-12, elementwise_affine=True)
(dropout): Dropout(p=0.1, inplace=False)
)
(encoder): BertEncoder(
(layer): ModuleList(
(0-11): 12 x BertLayer(
(attention): BertAttention(
(self): BertSdpaSelfAttention(
(query): Linear(in_features=768, out_features=768, bias=True)
(key): Linear(in_features=768, out_features=768, bias=True)
(value): Linear(in_features=768, out_features=768, bias=True)
(dropout): Dropout(p=0.1, inplace=False)
)
(output): BertSelfOutput(
(dense): Linear(in_features=768, out_features=768, bias=True)
(LayerNorm): LayerNorm((768,), eps=1e-12, elementwise_affine=True)
(dropout): Dropout(p=0.1, inplace=False)
)
)
(intermediate): BertIntermediate(
(dense): Linear(in_features=768, out_features=3072, bias=True)
(intermediate_act_fn): GELUActivation()
)
(output): BertOutput(
(dense): Linear(in_features=3072, out_features=768, bias=True)
(LayerNorm): LayerNorm((768,), eps=1e-12, elementwise_affine=True)
(dropout): Dropout(p=0.1, inplace=False)
)
)
)
)
(pooler): BertPooler(
(dense): Linear(in_features=768, out_features=768, bias=True)
(activation): Tanh()
)
)
利用 Transformers 库的 AutoTokenizer 和 AutoModel 可以简化模型加载过程,无需手动处理底层架构和配置细节。
from transformers import AutoTokenizer, AutoModel
from tqdm import tqdm
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("thenlper/gte-base")
# 获取文本并进行标记
train_texts = [df_train.loc[i]['content'] for i in range(df_train.shape[0])]
dev_texts = [df_dev.loc[i]['content'] for i in range(df_dev.shape[0])]
test_texts = [df_test.loc[i]['content'] for i in range(df_test.shape[0])]
train_tokens = []
train_attention_masks = []
dev_tokens = []
dev_attention_masks = []
test_tokens = []
test_attention_masks = []
for sent in tqdm(train_texts):
encoding = tokenizer(sent, truncation=True, padding='max_length', return_tensors='pt')
train_tokens.append(encoding['input_ids'].squeeze(0))
train_attention_masks.append(encoding['attention_mask'].squeeze(0))
for sent in tqdm(dev_texts):
encoding = tokenizer(sent, truncation=True, padding='max_length', return_tensors='pt')
dev_tokens.append(encoding['input_ids'].squeeze(0))
dev_attention_masks.append(encoding['attention_mask'].squeeze(0))
for sent in tqdm(test_texts):
encoding = tokenizer(sent, truncation=True, padding='max_length', return_tensors='pt')
test_tokens.append(encoding['input_ids'].squeeze(0))
test_attention_masks.append(encoding['attention_mask'].squeeze(0))
获取 token IDs 和 attention masks 后,需要将其存储并创建一个自定义的 PyTorch 数据集。
import random
from collections import defaultdict
import torch
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader, Sampler, SequentialSampler
class CustomTripletDataset(Dataset):
def __init__(self, tokens, attention_masks, labels):
self.tokens = tokens
self.attention_masks = attention_masks
self.labels = torch.Tensor(labels)
self.label_dict = defaultdict(list)
for i in range(len(tokens)):
self.label_dict[int(self.labels[i])].append(i)
self.unique_classes = list(self.label_dict.keys())
def __len__(self):
return len(self.tokens)
def __getitem__(self, index):
ids = self.tokens[index].to(device)
ams = self.attention_masks[index].to(device)
y = self.labels[index].to(device)
return ids, ams, y
由于采用三元组损失,需要从数据集中采样正例和负例。label_dict 字典用于存储每个类别及其对应的数据索引,方便随机采样。DataLoader 用于加载数据集:
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_sampler=train_batch_sampler)
其中 train_batch_sampler 是自定义的批次采样器:
class CustomBatchSampler(SequentialSampler):
def __init__(self, dataset, batch_size):
self.dataset = dataset
self.batch_size = batch_size
self.unique_classes = sorted(dataset.unique_classes)
self.label_dict = dataset.label_dict
self.num_batches = len(self.dataset) // self.batch_size
self.class_size = self.batch_size // 4
def __iter__(self):
total_samples_used = 0
weights = np.repeat(1, len(self.unique_classes))
while total_samples_used < len(self.dataset):
batch = []
classes = []
for _ in range(4):
next_selected_class = self._select_class(weights)
while next_selected_class in classes:
next_selected_class = self._select_class(weights)
weights[next_selected_class] += 1
classes.append(next_selected_class)
new_choices = self.label_dict[next_selected_class]
remaining_samples = list(np.random.choice(new_choices, min(self.class_size, len(new_choices)), replace=False))
batch.extend(remaining_samples)
total_samples_used += len(batch)
yield batch
def _select_class(self, weights):
dist = 1/weights
dist = dist/np.sum(dist)
selected = int(np.random.choice(self.unique_classes, p=dist))
return selected
def __len__(self):
return self.num_batches
自定义批次采样器控制训练批次的构成,本文的实现确保每个批次包含 4 个类别,每个类别包含 8 个数据点。验证采样器则确保验证集批次在不同 epoch 间保持一致。
模型构建
嵌入模型通常基于 Transformer 架构,输出每个 token 的嵌入。为了获得句子嵌入,需要对 token 嵌入进行汇总。常用的方法包括 CLS 池化和平均池化。本文使用的 gte-base 模型采用平均池化,需要从模型输出中提取 token 嵌入并计算平均值。
import torch.nn.functional as F
import torch.nn as nn
class EmbeddingModel(nn.Module):
def __init__(self, base_model):
super().__init__()
self.base_model = base_model
def average_pool(self, last_hidden_states, attention_mask):
# 平均 token 嵌入
last_hidden = last_hidden_states.masked_fill(~attention_mask[..., None].bool(), 0.0)
return last_hidden.sum(dim=1) / attention_mask.sum(dim=1)[..., None]
def forward(self, input_ids, attention_mask):
outputs = self.base_model(input_ids=input_ids, attention_mask=attention_mask)
last_hidden_state = outputs.last_hidden_state
pooled_output = self.average_pool(last_hidden_state, attention_mask)
normalized_output = F.normalize(pooled_output, p=2, dim=1)
return normalized_output
base_model = AutoModel.from_pretrained("thenlper/gte-base")
model = EmbeddingModel(base_model)
EmbeddingModel 类封装了 Hugging Face 模型,并实现了平均池化和嵌入归一化。
模型训练
训练循环中需要动态计算每个锚点的最难正例和最难负例。
import numpy as np
def train(model, train_loader, criterion, optimizer, scheduler):
model.train()
epoch_train_losses = []
for idx, (ids, attention_masks, labels) in enumerate(train_loader):
optimizer.zero_grad()
embeddings = model(ids, attention_masks)
distance_matrix = torch.cdist(embeddings, embeddings, p=2) # 创建方形距离矩阵
anchors = []
positives = []
negatives = []
for i in range(len(labels)):
anchor_label = labels[i].item()
anchor_distance = distance_matrix[i] # 锚点与所有其他点之间的距离
# 最难的正例(同一类别中最远的)
hardest_positive_idx = (labels == anchor_label).nonzero(as_tuple=True)[0] # 所有同类索引
hardest_positive_idx = hardest_positive_idx[hardest_positive_idx != i] # 排除自己的标签
hardest_positive = hardest_positive_idx[anchor_distance[hardest_positive_idx].argmax()] # 最远同类的标签
# 最难的负例(不同类别中最近的)
hardest_negative_idx = (labels != anchor_label).nonzero(as_tuple=True)[0] # 所有不同类索引
hardest_negative = hardest_negative_idx[anchor_distance[hardest_negative_idx].argmin()] # 最近不同类的标签
# 加载选择的
anchors.append(embeddings[i])
positives.append(embeddings[hardest_positive])
negatives.append(embeddings[hardest_negative])
# 将列表转换为张量
anchors = torch.stack(anchors)
positives = torch.stack(positives)
negatives = torch.stack(negatives)
# 计算损失
loss = criterion(anchors, positives, negatives)
epoch_train_losses.append(loss.item())
# 反向传播和优化
loss.backward()
optimizer.step()
# 更新学习率
scheduler.step()
return np.mean(epoch_train_losses)
训练过程中使用 torch.cdist() 计算嵌入间的距离矩阵,并根据距离选择最难正例和最难负例。PyTorch 的 TripletMarginLoss 用于计算损失。
结论与讨论
实践表明,Batch Hard Triplet Loss 在某些情况下并非最优选择。例如,当正例样本内部差异较大时,强制其嵌入相似可能适得其反。
本文的重点在于 PyTorch 中自定义批次采样和动态距离计算的实现。
对于某些任务,直接在分类任务上微调嵌入模型可能比使用三元组损失更有效。
相关推荐
- Win10预览版10532已知问题汇总(微软win11正式版已知问题一览)
-
IT之家讯微软已向Insider用户推送了Win10预览版10532更新,本次更新对右键菜单、《Windows反馈》应用以及Edge浏览器进行了改进。除此之外还包含一些Bug,汇总如下,有意升级Wi...
- Gabe Aul正测试Win10 Mobile 10532,Insider用户还需等
-
IT之家讯本月中旬微软向Insider用户推送了Win10Mobile预览版10512,该版本修复了一些Bug,增强了系统稳定性,但依然存在一些问题。今天,微软Insider项目负责人GabeAu...
- 微软开始推送Win10预览版10532快速版更新
-
8月28日消息,刚才,微软推送了Win10Build10532快速版,修复了之前的Bug,并带来了三项改进。主要来说,这次的更新改进了右键菜单的UI,使其更具Modern风格(见上图)。此外,更新...
- Win10预览版10532更新内容大全(windows10更新预览版)
-
IT之家讯今天凌晨微软向Insider用户推送了Win10预览版10532快速版更新,本次更新主要带来了三处改进,汇总如下:o改进右键菜单,外观更加Modern。这是基于网友要求界面一致的反馈做出...
- 无法升级Win10预览版10532?也许Hyper-V在搞鬼
-
根据IT之家网友的反映,安装了微软虚拟机Hyper-V的Win10预览版用户无法成功升级Build10532版本,安装过程中会被要求回滚系统。很多朋友在尝试关闭虚拟机之后重启安装程序,结果仍然无法顺...
- Win10预览版10532界面兴起“酷黑”风潮
-
Win10预览版10532的界面改动还是较为明显的,主要体现在右键菜单上面。总体来看,该版本的右键菜单间距更宽,视觉上更大气,操作上更便于触控。具体来说,任务栏右键菜单的变化最为明显。除了增加选项的宽...
- Win10预览版10532上手图集(windows10预览版下载)
-
IT之家讯8月28日,微软今天推送了Win10预览版10532快速版更新,在该版本中,微软主要是加强细节上调整,并且主要是增强Edge浏览器性能等。在Windows10预览版10532中,微软改进了...
- Win10预览版10532上手视频亮点演示
-
IT之家讯8月28日消息,今天凌晨微软向WindowsInsider快速通道用户推送了Win10预览版10532。在Windows10预览版10532中,微软改进了右键菜单,外观更加现代化。另外还...
- 第二篇 前端框架Vue.js(vue前端框架技术)
-
前端三大核心是网页开发的基础,Vue则是基于它们构建的“生产力工具”。通俗理解就是HTML是化妆的工具如眉笔,CSS是化妆品如口红,JavaScript是化妆后的互动,而Vue就是化妆助手。有了化妆工...
- 基于SpringBoot + vue2实现的旅游推荐管理系统
-
项目描述...
- 基于Vue以及iView组件的后端管理UI模板——iview-admin
-
介绍iView-admin是一套后端管理界面模板,基于Vue2.0,iView(现在为ViewUI)组件是一套完整的基于Vue的高质量组件库,虽然Github上有一套非常火的基于ElementUI...
- 别再说你会SPA开发了,这5个核心你真的搞懂了吗?
-
前言此spa非彼spa,不是你所熟知的spa。你所熟知的spa作者肯定是没有你熟悉的。我们这里指的是在前端开发中的一种模型,叫作单页应用程序,顾名思义,就是整个项目只有一个页面,而页面中的内容是动态的...
- React.js Top20面试题(react.js中文官网)
-
概述作为React开发者,对框架的关键概念和原则有扎实的理解是很重要的。考虑到这一点,我整理了一份包含20个重要问题的清单,每个React开发者都应该知道,无论他们是在面试工作还是只是想提高技能。...
- 美媒:特朗普签署行政令后,FBI又发现约2400份、总计超14000页涉肯尼迪遇刺案文件
-
来源:环球时报新媒体1月23日特朗普下令公布肯尼迪遇刺案相关机密文件图源:美媒综合福克斯新闻网和Axios网站10日报道,在总统特朗普签署行政令,要求公布“肯尼迪遇刺案”相关政府机密文件之后,美国...
- 2021 年 Node.js 开发人员学习路线图
-
Node.js自发布以来,已成为业界重要破局者之一。Uber、Medium、PayPal和沃尔玛等大型企业,纷纷将技术栈转向Node.js。Node.js支持开发功能强大的应用,例如实时追踪...
你 发表评论:
欢迎- 一周热门
- 最近发表
-
- Win10预览版10532已知问题汇总(微软win11正式版已知问题一览)
- Gabe Aul正测试Win10 Mobile 10532,Insider用户还需等
- 微软开始推送Win10预览版10532快速版更新
- Win10预览版10532更新内容大全(windows10更新预览版)
- 无法升级Win10预览版10532?也许Hyper-V在搞鬼
- Win10预览版10532界面兴起“酷黑”风潮
- Win10预览版10532上手图集(windows10预览版下载)
- Win10预览版10532上手视频亮点演示
- 第二篇 前端框架Vue.js(vue前端框架技术)
- 基于SpringBoot + vue2实现的旅游推荐管理系统
- 标签列表
-
- idea eval reset (50)
- vue dispatch (70)
- update canceled (42)
- order by asc (53)
- spring gateway (67)
- 简单代码编程 贪吃蛇 (40)
- transforms.resize (33)
- redisson trylock (35)
- 卸载node (35)
- np.reshape (33)
- torch.arange (34)
- npm 源 (35)
- vue3 deep (35)
- win10 ssh (35)
- vue foreach (34)
- idea设置编码为utf8 (35)
- vue 数组添加元素 (34)
- std find (34)
- tablefield注解用途 (35)
- python str转json (34)
- java websocket客户端 (34)
- tensor.view (34)
- java jackson (34)
- vmware17pro最新密钥 (34)
- mysql单表最大数据量 (35)