本文全面介绍了LoRA（低秩自适应）技术，一种用于大模型微调的高效方法。LoRA通过低秩分解模拟参数改变，只需训练少量参数即可实现模型微调，显著降低显存需求。文章详细阐述了LoRA的工作原理、特点优势、参数设置方法以及常见问题解答，包括rank选取、权重合并、避免过拟合等技术细节，为在有限计算资源下进行大模型微调提供了实用指导，是技术人员学习和应用LoRA技术的宝贵资源。
一、概念
1. 简单介绍一下LoRA
通过低秩分解来模拟参数的改变量，从而以极小的参数量来实现大模型的间接训练。实现思想很简单，就是冻结一个预训练模型的矩阵参数，并选择用A和B矩阵来替代，在下游任务时只更新A和B。
2. LoRA的思路
主要思想：在原模型旁边增加一个旁路，通过低秩分解（先降维再升维）来模拟参数的更新量。
- 训练：原模型固定，只训练降维矩阵A和升维矩阵B。
- 推理：可将BA加到原参数上，不引入额外的推理延迟。
- 初始化：A采用高斯分布初始化，B初始化为全0，保证训练开始时旁路为0矩阵。
- 可插拔式的切换任务：当前任务W0+B1A1，将lora部分减掉，换成B2A2，即可实现任务切换。
3. LoRA的特点
- 将BA加到W上可以消除推理延迟；
- 可以通过可插拔的形式切换到不同的任务；
- 设计的比较简单且效果好。
4. LoRA的优点
1）一个中心模型服务多个下游任务，节省参数存储量
2）推理阶段不引入额外计算量
3）与其它参数高效微调方法正交，可有效组合
4）训练任务比较稳定，效果比较好
5）LoRA 几乎不添加任何推理延迟，因为适配器权重可以与基本模型合并
5. LoRA的缺点
LoRA参与训练的模型参数量不多，也就百万到千万级别的参数量，所以效果比全量微调差很多。(数据以及算力满足的情况下，还是微调的参数越多越好）
二、训练理论
1. LoRA权重是否可以合入原模型？
可以，将训练好的低秩矩阵（B*A）+原模型权重合并（相加），计算出新的权重。
2. ChatGLM-6B LoRA后的权重多大？
rank 8 target_module query_key_value条件下，大约15M。
3. LoRA微调方法为啥能加速训练？
1）只更新了部分参数：比如LoRA原论文就选择只更新Self Attention的参数，实际使用时我们还可以选择只更新部分层的参数；
2）减少了通信时间：由于更新的参数量变少了，所以（尤其是多卡训练时）要传输的数据量也变少了，从而减少了传输时间；
3）采用了各种低精度加速技术，如FP16、FP8或者INT8量化等。
这三部分原因确实能加快训练速度，然而它们并不是LoRA所独有的，事实上几乎都有参数高效方法都具有这些特点。LoRA的优点是它的低秩分解很直观，在不少场景下跟全量微调的效果一致，以及在预测阶段不增加推理成本。
4. 如何在已有LoRA模型上继续训练？
理解此问题的情形是：已有的lora模型只训练了一部分数据，要训练另一部分数据的话，是在这个lora上继续训练呢，还是跟base 模型合并后再套一层lora，或者从头开始训练一个lora？
把之前的LoRA跟base model 合并后，继续训练就可以，为了保留之前的知识和能力，训练新的LoRA时，加入一些之前的训练数据是需要的。每次都要重头训练的话成本比较高。
5. LoRA这种微调方法和全参数比起来有什么劣势吗？
如果有足够计算资源以及有10k以上数据，还是建议全参数微调，lora的一个初衷就是为了解决不够计算资源的情况下微调，只引入了少量参数，就可以在消费级gpu上训练，但lora的问题在于它不能节省训练时间，相比于全量微调，他要训练更久，同时因为可训练参数量很小，在同样大量数据训练下，比不过全量微调。
6. LORA应该作用于Transformer的哪个参数矩阵？
从上图我们可以看到：
1）将所有微调参数都放到attention的某一个参数矩阵的效果并不好，将可微调参数平均分配到 Wq 和 Wk 的效果最好；
2）即使是秩仅取4也能在 ∆W 中获得足够的信息。
因此在实际操作中，应当将可微调参数分配到多种类型权重矩阵中，而不应该用更大的秩单独微调某种类型的权重矩阵。
7. LoRA 微调参数量怎么确定？
LoRA 模型中可训练参数的结果数量取决于低秩更新矩阵的大小，其主要由秩 r 和原始权重矩阵的形状确定。实际使用过程中，通过选择不同的 lora_target 决定训练的参数量。
以 LLama 为例：
–lora_target q_proj,k_proj,v_proj,o_proj,gate_proj,up_proj,down_proj
8. Rank 如何选取？
Rank的取值比较常见的是8，理论上说Rank在4-8之间效果最好，再高并没有效果提升。不过论文的实验是面向下游单一监督任务的，因此在指令微调上根据指令分布的广度，Rank选择还是需要在8以上的取值进行测试。
9. alpha参数 如何选取？
alpha其实是个缩放参数，本质和learning rate相同，所以为了简化可以默认让alpha=rank，只调整lr，这样可以简化超参。
10. LoRA 高效微调如何避免过拟合？
过拟合还是比较容易出现的。减小r或增加数据集大小可以帮助减少过拟合，还可以尝试增加优化器的权重衰减率或LoRA层的dropout值。
11. 哪些因素会影响内存使用？
内存使用受到模型大小、批量大小、LoRA参数数量以及数据集特性的影响。例如，使用较短的训练序列可以节省内存。
12. LoRA权重是否可以合并？
可以将多套LoRA权重合并。训练中保持LoRA权重独立，并在前向传播时添加，训练后可以合并权重以简化操作。
13. 是否可以逐层调整LoRA的最优rank？
理论上，可以为不同层选择不同的LoRA rank，类似于为不同层设定不同学习率，但由于增加了调优复杂性，实际中很少执行。
14. Lora的矩阵怎么初始化？为什么要初始化为全0？
矩阵B被初始化为0，而矩阵A正常高斯初始化。
如果B，A全都初始化为0，那么缺点与深度网络全0初始化一样，很容易导致梯度消失(因为此时初始所有神经元的功能都是等价的)。
如果B，A全部高斯初始化，那么在网络训练刚开始就会有概率为得到一个过大的偏移值Δ W 从而引入太多噪声，导致难以收敛。
因此，一部分初始为0，一部分正常初始化是为了在训练开始时维持网络的原有输出(初始偏移为0)，但同时也保证在真正开始学习后能够更好的收敛。
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