LoRA：低秩分解微调与代码

传统的微调，即微调全量参数，就是上面的公式，但是我们可以通过两个矩阵，来模拟这个全量的矩阵，如果原来的W是(N * N)维度，我们可以通过两个(N * R) 和 (R * N)的矩阵矩阵乘，来模拟微调的结果。

方法很简单，直接上代码

1. LoRA层：

python3 复制代码

import math

class LoRALayer(torch.nn.Module):
    def __init__(self, in_dim, out_dim, rank, alpha):
        super().__init__()
        self.A = torch.nn.Parameter(torch.empty(in_dim, rank))
        torch.nn.init.kaiming_uniform_(self.A, a=math.sqrt(5))  # similar to standard weight initialization
        self.B = torch.nn.Parameter(torch.zeros(rank, out_dim))
        self.alpha = alpha

    def forward(self, x):
        x = self.alpha * (x @ self.A @ self.B)
        return x

LoRALayer就是LoRA的旁侧连接，包括了两个矩阵A和B，A初始化，但是B是全0矩阵，这保证一开始LoRA对模型没有影响，即输出和原来完全相同。

我们注意到了两个参数，一个是rank，一个是alpha。rank控制了LoRA旁侧连接的秩，这就是LoRA微调参数量较小的原因所在，因为他是由两个小的矩阵构成的。alpha控制LoRA对原来Linear的影响。

2. LoRA替代层

知道了LoRA的原理，现在只需要在模型中加入LoRA即可。但是LoRA要如何加入呢，在模型中加入的话，需要修改前向传播的逻辑才能人为的修改，不难想到另外一种方法，我们直接替代原来的Linear层，用LinearWithLoRA替换，新的层既有原来的Linear，也有LoRA。

python 复制代码

class LinearWithLoRA(torch.nn.Module):
    def __init__(self, linear, rank, alpha):
        super().__init__()
        self.linear = linear
        self.lora = LoRALayer(
            linear.in_features, linear.out_features, rank, alpha
        )

    def forward(self, x):
        return self.linear(x) + self.lora(x)

3. 冻结原始参数

python3 复制代码

total_params = sum(p.numel() for p in model.parameters() if p.requires_grad)
print(f"Total trainable parameters before: {total_params:,}")

for param in model.parameters():
    param.requires_grad = False

total_params = sum(p.numel() for p in model.parameters() if p.requires_grad)
print(f"Total trainable parameters after: {total_params:,}")

4. 修改网络

最后，我们只需要遍历网络，得到所有Linear层，并将他们设置为LinearWithLoRA即可。

python3 复制代码

def replace_linear_with_lora(model, rank, alpha):
    for name, module in model.named_children():
        if isinstance(module, torch.nn.Linear):
            # Replace the Linear layer with LinearWithLoRA
            setattr(model, name, LinearWithLoRA(module, rank, alpha))
        else:
            # Recursively apply the same function to child modules
            replace_linear_with_lora(module, rank, alpha)