研究背景與動(dòng)機(jī)

現(xiàn)有問(wèn)題

• 秩的選擇問(wèn)題：LoRA的性能很大程度上取決于秩的選擇，但增加秩會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存使用量上升。
• 初始化策略局限：現(xiàn)有的非零初始化方法要么需要重置全部權(quán)重，要么需要保存額外的初始化結(jié)果。
• 可用性與效率的權(quán)衡：已有的LoRA變體在提升性能的同時(shí)往往會(huì)犧牲可用性或效率。

研究意義

提出一種新的方法來(lái)解決上述問(wèn)題，在不影響LoRA原有優(yōu)勢(shì)的前提下提升其性能，對(duì)于大語(yǔ)言模型的高效微調(diào)具有重要意義。

技術(shù)創(chuàng)新

1. 梯度視角的LoRA重新解釋

將LoRA視為梯度壓縮器，通過(guò)分析其更新形式發(fā)現(xiàn)：

• LoRA-FA凍結(jié)隨機(jī)初始化的矩陣A，僅訓(xùn)練矩陣B時(shí)，可以看作是一個(gè)梯度累積和壓縮的過(guò)程
• 壓縮矩陣為隨機(jī)初始化的A
• 這種理解為后續(xù)的改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)

2. GoRA的核心創(chuàng)新

• 動(dòng)態(tài)秩分配策略：

a.基于權(quán)重對(duì)損失的敏感度計(jì)算重要性

b.在訓(xùn)練開(kāi)始前完成秩分配

c.保持與LoRA相近的可訓(xùn)練參數(shù)數(shù)量

d.維持與LoRA一致的形式以確保兼容性

• 初始化策略優(yōu)化：
• 保持矩陣A的正態(tài)分布初始化
• 使用偽逆壓縮梯度初始化矩陣B
• 引入縮放因子ξ來(lái)確保訓(xùn)練穩(wěn)定性

3. 算法流程

1. 計(jì)算并保存權(quán)重W在訓(xùn)練樣本子集上的完整梯度G
2. 基于梯度信息評(píng)估W的重要性
3. 根據(jù)歸一化的重要性分配新的可訓(xùn)練參數(shù)和對(duì)應(yīng)的低秩適配器秩
4. 使用Moore-Penrose逆矩陣對(duì)B進(jìn)行最優(yōu)初始化

實(shí)驗(yàn)評(píng)估

1. 自然語(yǔ)言理解任務(wù)

• 數(shù)據(jù)集：GLUE基準(zhǔn)測(cè)試中的5個(gè)子任務(wù)(MNLI、SST-2、CoLA、QNLI、MRPC)
• 模型：T5-Base
• 結(jié)果：

在4個(gè)數(shù)據(jù)集上取得最佳性能

平均分87.96，超過(guò)所有基線方法

甚至略微超過(guò)全量微調(diào)(87.91)

2. 自然語(yǔ)言生成任務(wù)

• 評(píng)估任務(wù)：

數(shù)學(xué)能力：GSM8K

編碼能力：HumanEval

對(duì)話能力：MTBench

• 模型：Llama-3.1-8B-Base
• 結(jié)果：
• GSM8K：得分72.91，超過(guò)LoRA-GA 1.52分
• HumanEval：得分48.98，超過(guò)RSLoRA 3.20分
• 高秩設(shè)置(Rank128)下性能優(yōu)于全量微調(diào)

技術(shù)細(xì)節(jié)分析

1. 秩分配策略的影響

• 更寬的秩分配范圍能帶來(lái)更好的性能
• wv層獲得最多的秩分配，wq層獲得最少
• 高秩權(quán)重在合并后獲得更大的更新

2. 初始化策略的效果

• 縮放因子γ對(duì)模型效果影響顯著
• 在HumanEval數(shù)據(jù)集上，γ=5e-2時(shí)性能最佳
• 在GSM8k數(shù)據(jù)集上，γ=8e-2時(shí)性能最佳

3. 計(jì)算開(kāi)銷

• 可訓(xùn)練參數(shù)僅增加2.6%
• 內(nèi)存使用與LoRA基本相同
• 初始化時(shí)間(4分鐘)相對(duì)訓(xùn)練時(shí)間(5小時(shí)48分鐘)可忽略

局限性與未來(lái)工作

局限性

1. 尚未在更大規(guī)模模型和更大數(shù)據(jù)集上進(jìn)行驗(yàn)證
2. 主要聚焦于語(yǔ)言模型，其他模態(tài)的適用性有待驗(yàn)證
3. 矩陣A的初始化方法仍有優(yōu)化空間

未來(lái)工作方向

1. 擴(kuò)展到更大規(guī)模模型如Llama-3.1-70B
2. 探索在視覺(jué)語(yǔ)言模型等其他類型模型上的應(yīng)用
3. 研究更優(yōu)的矩陣A初始化策略
4. 與其他LoRA變體(如DoRA)的結(jié)合

總結(jié)

GoRA通過(guò)梯度信息驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)秩分配和初始化策略，在保持LoRA高效率和可用性的同時(shí)顯著提升了性能。其創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

1. 從梯度壓縮的角度重新詮釋LoRA，提供了新的理論視角
2. 提出基于梯度信息的動(dòng)態(tài)秩分配策略
3. 設(shè)計(jì)了新的初始化方法，確保訓(xùn)練穩(wěn)定性

該方法在多個(gè)任務(wù)上展現(xiàn)出優(yōu)秀的性能，某些場(chǎng)景下甚至超過(guò)全量微調(diào)，為大語(yǔ)言模型的高效微調(diào)提供了新的解決方案。

paper:https://arxiv.org/abs/2502.12171

本文轉(zhuǎn)載自 ??頓數(shù)AI??，作者： 小頌