Hello folks，我是 Luga，今天我们继续来聊一下人工智能(AI)生态领域相关的技术 - LLM Fine-Tuning ，本文将继续聚焦在针对 LLM Fine-Tuning 技术进行剖析，使得大家能够了解 LLM Fine-Tuning 实现机制以便更好地对利用其进行应用及市场开发。
LLMs (Large Language Models )正在引领人工智能技术的新浪潮。这种先进的 AI 通过利用统计模型分析海量数据，学习单词和词组之间的复杂模式，从而模拟人类认知和语言能力。LLMs 的强大功能已引起了众多头部企业以及科技爱好者的浓厚兴趣，他们纷纷竞相采用这些由人工智能驱动的创新解决方案，旨在提高运营效率、减轻工作负担、降低成本支出，并最终激发出更多创造业务价值的创新想法。
然而，要真正发挥 LLMs 的潜力，关键在于“定制化”。即企业如何将通用的预训练模型，通过特定的优化策略，转化为契合自身独特业务需求和用例场景的专属模型。鉴于不同企业和应用场景的差异，选择合适的LLM集成方法便显得尤为重要。因此，准确评估具体的用例需求，并理解不同集成选项之间细微的差异和权衡，将有助于企业做出明智的决策。
什么是 Fine-Tuning (微调) ?
在当今知识普及化的时代，获取有关 AI 和 LLM 的信息和观点变得前所未有的容易。然而，要找到切实可行、符合具体情境的专业解答仍然面临挑战。在我们的日常生活中，经常遇到这样一种普遍存在的误解:人们普遍认为，Fine-Tuning (微调)模型是使 LLM 获取新知识的唯一(或者可能是最佳)方式。事实上，无论是为产品增添智能协作助手，还是使用 LLM 分析存储在云端的大量非结构化数据，企业的实际数据和业务环境都是选择合适 LLM 方法的关键因素。
在许多情况下，与传统的微调方法相比，采用操作复杂度更低、对频繁变化的数据集具有更强鲁棒性、能产生更可靠准确结果的替代策略，往往更能有效地实现企业的目标。微调虽然是一种常见的 LLM 定制化技术，通过在特定数据集上对预训练模型进行额外的训练，使其更好地适应特定任务或领域，但它也存在一些重要的权衡和局限性。
那么，什么是 Fine-Tuning (微调)?
LLM (大型语言模型) 微调是近年来 NLP (自然语言处理) 领域发展迅猛的一项技术，通过在预训练模型的基础上进行进一步训练，使模型能够学习特定领域或任务相关的知识，从而显著提升其在该领域或任务上的性能。
LLM 微调的核心思想是利用预训练模型的参数，将其作为新任务的起点，并通过少量特定领域或任务的数据进行“塑造”，从而使得模型尽可能快速适应新的任务或数据集。
在实际的业务场景中，微调的主要目的通常包括如下几点:
(1) 领域适配
LLM 通常是在跨领域的通用数据上训练，但在应用到特定领域时，如金融、医疗、法律等场景，性能可能会大打折扣。通过微调，可以将预训练模型调整适配到目标领域，使其更好地捕捉特定领域的语言特点和语义关系，从而提高在该领域下的性能表现。
(2) 任务定制
即使在同一领域，不同的具体任务也可能有差异化的需求。比如文本分类、问答、命名实体识别等 NLP 任务，都会对语言理解和生成能力提出不同的要求。通过微调，可以根据下游任务的具体需求，优化模型在特定任务上的性能指标，如准确率、Recall、F1值等。
(3) 性能提升
即使在某个特定任务上，预训练模型也可能存在准确率、速度等方面的瓶颈。通过微调，我们可以进一步提升模型在该任务上的性能表现。比如，针对推理速度要求很高的实时应用场景，可以对模型进行压缩优化;对于要求更高准确率的关键任务，也可以通过微调进一步提升模型的判断能力。
Fine-Tuning (微调)有哪些收益以及面临的困境 ?
通常而言，Fine-Tuning (微调)的主要好处在于能够有效提升现有预训练模型在特定应用场景下的性能表现。通过在目标领域或任务上对基础模型进行持续训练和参数调整，可以使其更好地捕捉特定场景下的语义特点和规律，从而显著提高模型在该领域或任务上的关键指标。例如，通过对 Llama 2 模型进行微调，在某些功能上的性能就可以优于 Meta 原始的语言模型实现。
虽然 Fine-Tuning 为 LLM 带来了显着的好处，但也有一些缺点需要考虑。那么，Fine-Tuning (微调)面临的困境有哪些呢?
挑战和限制：
- 灾难性遗忘：微调可能会导致“灾难性遗忘”，即模型忘记在预训练期间学到的一些常识。 如果微调数据过于具体或主要集中在狭窄的领域，则可能会发生这种情况。
- 数据要求：虽然与从头开始训练相比，微调需要的数据较少，但对于特定任务仍然需要高质量且相关的数据。 数据不足或标记不当可能会导致性能不佳。
- 计算资源：微调过程的计算成本仍然很高，特别是对于复杂模型和大型数据集。 对于较小的组织或资源有限的组织来说，这可能是一个障碍。
- 所需的专业知识：微调通常需要机器学习、NLP 和手头的特定任务等领域的专业知识。 对于那些没有必要知识的人来说，选择正确的预训练模型、配置超参数和评估结果可能会很复杂。
潜在问题：
- 偏差放大：预训练的模型可以从其训练数据中继承偏差。 如果微调数据反映了类似的偏差，则微调可能会无意中放大这些偏差。 这可能会导致不公平或歧视性的结果。
- 可解释性挑战：微调模型比预训练模型更难解释。 了解模型如何得出结果可能很困难，这会阻碍调试和对模型输出的信任。
- 安全风险：经过微调的模型可能容易受到对抗性攻击，其中恶意行为者操纵输入数据，导致模型产生不正确的输出。
Fine-Tuning (微调)与其他定制方法相比如何 ?
通常来讲，Fine-Tuning 并不是唯一的定制模型输出或集成自定义数据的方法。实际上，它可能并不适合我们的具体需求和用例，有一些其他的替代方案值得探索和考虑，具体如下：
1. Prompt Engineering(提示工程)
Prompt Engineering 是一种通过在发送给 AI 模型的提示中提供详细的说明或上下文数据来增加获得所需输出的可能性的过程。相比于微调，Prompt Engineering 的操作复杂性要低得多，而且可以随时修改和重新部署提示，而无需对底层模型进行任何更改。
这种策略相对简单，但仍应采用数据驱动的方法，对各种提示的准确性进行定量评估，以确保获得所需的性能。通过这种方式，我们可以系统地优化提示，找到最有效的方式来指导模型生成所需的输出。
不过，Prompt Engineering 并非没有缺点。首先，它无法直接集成大型数据集，因为提示通常是手动修改和部署的。这意味着在处理大规模数据时，Prompt Engineering 可能会显得效率较低。
另外，Prompt Engineering 也无法让模型生成基础训练数据中不存在的新行为或功能。这种局限性意味着，如果我们需要模型具有全新的能力，单纯依靠提示工程可能无法满足需求，可能需要考虑其他方法，如微调或从头训练模型等。
2. RAG (检索增强生成)
RAG (检索增强生成)是一种有效将大型非结构化数据集(如文档)与 LLM 相结合的方法。它利用语义搜索和向量数据库技术，结合提示机制，使 LLM 能够从丰富的外部信息中获取所需的知识和背景，从而生成更加准确和有见地的输出。
虽然 RAG 本身并不是一种生成新模型功能的机制，但它是将 LLM 与大规模非结构化数据集高效集成的一个极其强大的工具。利用 RAG ，我们可以轻松地为 LLM 提供大量的相关背景信息，增强它们的知识和理解能力，从而显著提高生成性能。
在实际的场景中，RAG 的有效性最大的障碍在于，许多模型的上下文窗口有限，即模型一次性可以处理的最大文本长度受到限制。在某些需要广泛背景知识的情况下，可能会阻碍模型获取足够的信息来实现良好的性能。
不过，随着技术的快速发展，模型的上下文窗口正在快速扩大。甚至一些开源模型已经能够处理多达 32,000 个标记的长文本输入。这意味着 RAG 在未来将拥有更广阔的应用前景，能够为更复杂的任务提供有力支持。
接下来，让我们来了解、对比一下这三种技术在数据隐私方面的具体表现情况，具体可参考如下所示:
(1) Fine-Tuning (微调)
Fine-Tuning (微调)的主要缺点是，训练模型时使用的信息会被编码到模型的参数中。这意味着，即使模型的输出对用户来说是隐私的，底层的训练数据仍可能被泄露。研究表明，恶意攻击者甚至可以通过注入攻击从模型中提取原始训练数据。因此，我们必须假设任何用于训练模型的数据都可能被未来的用户访问到。
(2) Prompt Engineering(提示工程)
相比之下，Prompt Engineering 的数据安全足迹要小得多。因为提示可以针对每个用户进行隔离和定制，不同用户看到的提示中包含的数据可以是不同的。但我们仍需要确保提示中包含的任何数据对于任何有权访问该提示的用户来说都是非敏感的或允许的。
(3) RAG (检索增强生成)
RAG 的安全性取决于其基础检索系统中的数据访问权限控制。我们需要确保底层的矢量数据库和提示模板都配置了适当的隐私和数据控制措施，以防止未经授权的访问。只有这样，RAG 才能真正确保数据隐私。
总的来说，在数据隐私方面，Prompt Engineering 和 RAG 相对于微调来说具有明显的优势。但无论采用哪种方法，我们都必须非常谨慎地管理数据访问和隐私保护，确保用户的敏感信息得到充分的保护。
因此，从某种意义上而言，无论我们最终选择 Fine-Tuning、Prompt Engineering 还是 RAG，采用的方法都应该与组织的战略目标、可用资源、专业技能以及预期的投资回报率等因素保持高度一致。这不仅涉及到纯粹的技术能力，更要考虑这些方法如何与我们的业务战略、时间表、当前工作流程以及市场需求相匹配。
对于 Fine-Tuning 这个选项来说，深入了解其复杂性是做出明智决策的关键。Fine-Tuning 涉及的技术细节和数据准备工作都比较复杂，需要对模型和数据有深入的理解。因此，与拥有丰富微调经验的合作伙伴进行紧密合作至关重要。这些合作伙伴不仅要具备可靠的技术能力，还要能够充分理解我们的业务流程和目标，为我们选择最合适的定制化技术方案。
同样地，如果我们选择使用 Prompt Engineering 或 RAG，也需要仔细评估这些方法是否能够与我们的业务需求、资源条件以及预期效果相匹配。只有确保所选择的定制化技术能够真正为我们的组织创造价值，才能最终取得成功。
Reference ：
- [1] https://medium.com/@younesh.kc/rag-vs-fine-tuning-in-large-language-models-a-comparison-c765b9e21328
- [2] https://kili-technology.com/large-language-models-llms/the-ultimate-guide-to-fine-tuning-llms-2023