diff --git a/experiments/llm_only/train_llama_bpe.py b/experiments/llm_only/train_llama_bpe.py new file mode 100644 index 0000000..76e8690 --- /dev/null +++ b/experiments/llm_only/train_llama_bpe.py @@ -0,0 +1,231 @@ +#!/usr/bin/env python3 +""" +Experiment: train_gpt_bpe.py +Description: Обучение GPT модели с собственным BPE токенизатором. +Использует только библиотеку llm без зависимостей от HuggingFace. +""" + +import torch +import os +import sys + +# Добавляем путь к shared модулям +sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)))) + +from llm.models.llama import Llama +from llm.tokenizers import BPETokenizer +from llm.training.dataset import TextDataset +from llm.training.trainer import Trainer + +from shared.configs import ( + TRAIN_TEXTS, BASE_GPT_CONFIG, BPE_CONFIG, + TRAINING_CONFIG, PATHS, TEST_PROMPTS +) +from shared.data import ( + load_training_data, ensure_directories, + print_experiment_info, ExperimentLogger +) + + +def train_bpe_tokenizer(texts: list, config: dict) -> BPETokenizer: + """ + Обучает BPE токенизатор на текстах. + + Args: + texts: Список текстов для обучения + config: Конфигурация токенизатора + + Returns: + BPETokenizer: Обученный токенизатор + """ + print("🔧 Обучение BPE токенизатора...") + + tokenizer = BPETokenizer() + tokenizer.train( + texts=texts, + vocab_size=config["vocab_size"], + special_tokens=config["special_tokens"] + ) + + # Сохраняем токенизатор + os.makedirs(os.path.dirname(PATHS["bpe_tokenizer"]), exist_ok=True) + tokenizer.save(PATHS["bpe_tokenizer"]) + + print(f"✅ BPE токенизатор обучен и сохранен: {PATHS['bpe_tokenizer']}") + print(f"📊 Размер словаря: {tokenizer.get_vocab_size()}") + + return tokenizer + + +def test_tokenizer(tokenizer: BPETokenizer, texts: list): + """ + Тестирует токенизатор на примерах. + + Args: + tokenizer: Обученный токенизатор + texts: Список тестовых текстов + """ + print("\n🧪 Тестирование токенизатора:") + + for i, text in enumerate(texts[:3]): + print(f"\nПример {i+1}:") + print(f" Исходный текст: '{text}'") + + # Кодирование + tokens = tokenizer.encode(text) + token_strings = tokenizer.tokenize(text) + + print(f" Токены (ID): {tokens}") + print(f" Токены (текст): {token_strings}") + print(f" Количество токенов: {len(tokens)}") + + # Декодирование + decoded = tokenizer.decode(tokens) + print(f" Декодированный: '{decoded}'") + + if text == decoded: + print(" ✅ Кодирование/декодирование корректно") + else: + print(" ⚠️ Небольшие расхождения") + + +def main(): + """Основная функция эксперимента.""" + # === Настройка эксперимента === + experiment_name = "Обучение Llama с BPE токенизатором (только llm)" + experiment_config = { + "model": "Llama", + "tokenizer": "BPE", + "vocab_size": BPE_CONFIG["vocab_size"], + "training_epochs": TRAINING_CONFIG["num_epochs"], + "batch_size": TRAINING_CONFIG["batch_size"], + "learning_rate": TRAINING_CONFIG["learning_rate"] + } + + print_experiment_info(experiment_name, experiment_config) + ensure_directories() + logger = ExperimentLogger(experiment_name) + + try: + # === Подготовка данных === + train_texts, val_texts = load_training_data() + print(f"📊 Данные: {len(train_texts)} train, {len(val_texts)} validation") + + # === Обучение токенизатора === + if os.path.exists(PATHS["bpe_tokenizer"]): + print("📝 Загрузка предварительно обученного токенизатора...") + tokenizer = BPETokenizer.load(PATHS["bpe_tokenizer"]) + print(f"✅ Токенизатор загружен (vocab_size={tokenizer.get_vocab_size()})") + else: + tokenizer = train_bpe_tokenizer(TRAIN_TEXTS, BPE_CONFIG) + + # Тестируем токенизатор + test_tokenizer(tokenizer, TEST_PROMPTS[:3]) + + # === Инициализация модели === + model_config = BASE_GPT_CONFIG.copy() + model_config["vocab_size"] = tokenizer.get_vocab_size() + + print(f"\n🔧 Инициализация Llama модели...") + print(f" Размер словаря: {model_config['vocab_size']}") + print(f" Размер эмбеддингов: {model_config['embed_dim']}") + print(f" Количество слоев: {model_config['num_layers']}") + print(f" Количество голов внимания: {model_config['num_heads']}") + + model = Llama(model_config) + + # === Подготовка датасета === + print(f"\n📊 Подготовка датасета...") + train_dataset = TextDataset( + train_texts, + tokenizer, + block_size=model_config["max_position_embeddings"] + ) + print(f" Размер train датасета: {len(train_dataset)} примеров") + + # === Обучение модели === + print(f"\n🎯 Начало обучения Llama модели...") + + trainer = Trainer( + model=model, + train_dataset=train_dataset, + lr=TRAINING_CONFIG["learning_rate"], + batch_size=TRAINING_CONFIG["batch_size"], + num_epochs=TRAINING_CONFIG["num_epochs"], + warmup_steps=TRAINING_CONFIG["warmup_steps"] + ) + + # Запускаем обучение + trainer.train() + + # === Сохранение модели === + print(f"\n💾 Сохранение модели...") + os.makedirs(os.path.dirname(PATHS["gpt_bpe_model"]), exist_ok=True) + + # Сохраняем модель + torch.save(model.state_dict(), PATHS["gpt_bpe_model"]) + + # Сохраняем конфигурацию + import json + with open(PATHS["gpt_bpe_config"], 'w', encoding='utf-8') as f: + json.dump(model_config, f, indent=2, ensure_ascii=False) + + print(f"✅ Модель сохранена:") + print(f" - {PATHS['gpt_bpe_model']}: веса модели") + print(f" - {PATHS['gpt_bpe_config']}: конфигурация модели") + print(f" - {PATHS['bpe_tokenizer']}: токенизатор") + + # === Тестирование генерации === + print(f"\n🧪 Тестирование генерации текста...") + model.eval() + + for prompt in TEST_PROMPTS[:3]: + print(f"\n🔤 Промпт: '{prompt}'") + + try: + # Кодируем промпт + input_ids = tokenizer.encode(prompt, add_special_tokens=False) + input_tensor = torch.tensor([input_ids], dtype=torch.long) + + # Генерируем текст + with torch.no_grad(): + generated_ids = model.generate( + x=input_tensor, + max_new_tokens=20, + do_sample=True, + temperature=0.8 + ) + + # Декодируем результат + generated_text = tokenizer.decode(generated_ids[0].tolist()) + generated_part = generated_text[len(prompt):] + + print(f"🎯 Сгенерировано: '{generated_part}'") + print(f"📄 Полный текст: '{generated_text}'") + + except Exception as e: + print(f"❌ Ошибка генерации: {e}") + + # === Сохранение результатов === + results = { + "experiment": experiment_name, + "model_config": model_config, + "training_config": TRAINING_CONFIG, + "tokenizer_vocab_size": tokenizer.get_vocab_size(), + "final_loss": "см. логи обучения" # В реальном эксперименте можно сохранить final loss + } + + logger.save_logs("checkpoints/llm_only_training_logs.json") + + print(f"\n🎉 Эксперимент завершен успешно!") + print(f"\n💡 Для использования обученной модели:") + print(f" uv run python experiments/llm_only/generate_gpt_bpe.py") + + except Exception as e: + print(f"❌ Ошибка в эксперименте: {e}") + import traceback + traceback.print_exc() + + +if __name__ == "__main__": + main() diff --git a/llm/src/llm/models/llama/__init__.py b/llm/src/llm/models/llama/__init__.py new file mode 100644 index 0000000..7954c93 --- /dev/null +++ b/llm/src/llm/models/llama/__init__.py @@ -0,0 +1,3 @@ +from .llama import Llama + +__all__ = ["Llama"] diff --git a/llm/src/llm/models/llama/llama.py b/llm/src/llm/models/llama/llama.py new file mode 100644 index 0000000..793862a --- /dev/null +++ b/llm/src/llm/models/llama/llama.py @@ -0,0 +1,391 @@ +import torch +from torch import nn +from torch import Tensor +import torch.nn.functional as F +from math import sqrt + +from llm.core.base_model import BaseModel +from llm.core.token_embeddings import TokenEmbeddings + + +class SiLU(nn.Module): + def forward(self, x: torch.Tensor): # [batch_size × seq_len × emb_size] + return torch.sigmoid(x) * x + +class RMSNorm(nn.Module): + def __init__(self, dim: int, eps: float = 1e-6): + super().__init__() + self._eps = eps + self._w = nn.Parameter(torch.ones(dim)) + + def forward(self, x: torch.Tensor): # [batch_size × seq_len × emb_size] + rms = (x.pow(2).mean(-1, keepdim=True) + self._eps) ** 0.5 + norm_x = x / rms + return self._w * norm_x + +class SwiGLU(nn.Module): + def __init__(self, emb_size: int, dropout: float = 0.1): + super().__init__() + + self._gate = nn.Linear(emb_size, 4 * emb_size) + self._up = nn.Linear(emb_size, 4 * emb_size) + self._down = nn.Linear(4 * emb_size, emb_size) + self._activation = SiLU() + self._dropout = nn.Dropout(dropout) + + def forward(self, x: torch.Tensor): # [batch_size × seq_len × emb_size]. + gate_out = self._gate(x) # [batch, seq, 4*emb] + activation_out = self._activation(gate_out) # [batch, seq, 4*emb] + up_out = self._up(x) # [batch, seq, 4*emb] + out = up_out * activation_out # поэлементное! + out = self._down(out) # [batch, seq, emb] + return self._dropout(out) + + + +class RoPE(nn.Module): + def __init__(self, head_size: int, max_seq_len: int, base: int = 10_000): + super().__init__() + assert head_size % 2 == 0, "head_size должен быть четным" + + # Обратные частоты + freqs = 1.0 / (base ** (2 * torch.arange(head_size // 2).float() / head_size)) + + # Позиции + positions = torch.arange(max_seq_len).float() + + # Матрица частот (внешнее произведение) + #freq_matrix = torch.outer(positions, freqs) + freq_matrix = positions.unsqueeze(1) * freqs.unsqueeze(0) + + # Матрицы косинусов и синусов + self.register_buffer('cos_matrix', torch.cos(freq_matrix)) + self.register_buffer('sin_matrix', torch.sin(freq_matrix)) + + + def forward(self, x: torch.Tensor): # Получает на вход тензор x (тип float) размером [batch_size × seq_len × head_size] + seq_len = x.size(1) + # Берем нужную часть матриц и приводим к типу x + cos = self.cos_matrix[:seq_len].to(x.dtype) # [seq_len, head_size//2] + sin = self.sin_matrix[:seq_len].to(x.dtype) # [seq_len, head_size//2] + + + # Разделяем на четные и нечетные + x_even = x[:, :, 0::2] # [batch_size, seq_len, head_size//2] + x_odd = x[:, :, 1::2] # [batch_size, seq_len, head_size//2] + + # Применяем поворот + x_rotated_even = x_even * cos - x_odd * sin + x_rotated_odd = x_even * sin + x_odd * cos + + + # Объединяем обратно + x_rotated = torch.stack([x_rotated_even, x_rotated_odd], dim=-1) + x_rotated = x_rotated.flatten(-2) # [batch_size, seq_len, head_size] + + return x_rotated + + + +class HeadAttention(nn.Module): + + def __init__(self, emb_size: int, head_size: int, max_seq_len: int, rope: RoPE): + super().__init__() + self._emb_size = emb_size + self._head_size = head_size + self._max_seq_len = max_seq_len + self._rope = rope + + self._k = nn.Linear(emb_size, head_size) + self._q = nn.Linear(emb_size, head_size) + self._v = nn.Linear(emb_size, head_size) + + mask = torch.tril(torch.ones(max_seq_len, max_seq_len)) + self.register_buffer('_tril_mask', mask.bool() if hasattr(torch, 'bool') else mask.byte()) + + def forward(self, x: torch.Tensor, use_cache: bool = True, cache: tuple = None) -> tuple: + seq_len = x.shape[1] + if seq_len > self._max_seq_len: + raise ValueError(f"Длина последовательности {seq_len} превышает максимум {self._max_seq_len}") + + k = self._k(x) # [B, T, hs] + q = self._q(x) # [B, T, hs] + v = self._v(x) # [B, T, hs] + + # ✅ Применяем RoPE к Q и K (НЕ к V!) + q = self._rope(q) # [B, T, hs] + k = self._rope(k) # [B, T, hs] + + if cache is not None: + k_cache, v_cache = cache + k = torch.cat([k_cache, k], dim=1) # [B, cache_len + T, hs] + v = torch.cat([v_cache, v], dim=1) # [B, cache_len + T, hs] + + scores = q @ k.transpose(-2, -1) / sqrt(self._head_size) + + if cache is None: + scores = scores.masked_fill(~self._tril_mask[:seq_len, :seq_len], float('-inf')) + + weights = F.softmax(scores, dim=-1) + x_out = weights @ v # [B, T, hs] + + if use_cache is True: + return (x_out, (k, v)) + else: + return (x_out, None) + +from torch import nn +import torch +import math + +class MultiHeadAttention(nn.Module): + def __init__(self, num_heads: int, emb_size: int, head_size: int, max_seq_len: int, rope: RoPE, dropout: float = 0.1): + + super().__init__() + self._heads = nn.ModuleList([ + HeadAttention( + emb_size=emb_size, + head_size=head_size, + max_seq_len=max_seq_len, + rope=rope, + ) for _ in range(num_heads) + ]) + self._layer = nn.Linear(head_size * num_heads, emb_size) + self._dropout = nn.Dropout(dropout) + + def forward(self, x: torch.Tensor, mask: torch.Tensor = None, use_cache: bool = True, cache: list = None): + + attention_results = [] + for i, head in enumerate(self._heads): + head_cache = cache[i] if cache is not None else None + result = head(x, use_cache=use_cache, cache=head_cache) + attention_results.append(result) + + outputs, caches = zip(*attention_results) + attention_outputs = list(outputs) + kv_caches = list(caches) + + concatenated_attention = torch.cat(attention_outputs, dim=-1) + + projected_output = self._layer(concatenated_attention) + + final_output = self._dropout(projected_output) + + if use_cache is True: + return (final_output, kv_caches) + else: + return (final_output, None) + + +class GELU(nn.Module): + def __init__(self): + super().__init__() + self.sqrt_2_over_pi = torch.sqrt(torch.tensor(2.0) / math.pi) + + def forward(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor: + return 0.5 * x * (1 + torch.tanh( + self.sqrt_2_over_pi * (x + 0.044715 * torch.pow(x, 3)) + )) + + +class Decoder(nn.Module): + def __init__(self, + num_heads: int, + emb_size: int, + head_size: int, + max_seq_len: int, + rope: RoPE, + dropout: float = 0.1 + ): + super().__init__() + self._heads = MultiHeadAttention( + num_heads=num_heads, + emb_size=emb_size, + head_size=head_size, + max_seq_len=max_seq_len, + rope=rope, + dropout=dropout + ) + self._ff = SwiGLU(emb_size=emb_size, dropout=dropout) + self._norm1 = RMSNorm(emb_size) + self._norm2 = RMSNorm(emb_size) + + def forward(self, x: torch.Tensor, mask: torch.Tensor = None, use_cache: bool = True, cache: list = None) -> torch.Tensor: + norm1_out = self._norm1(x) + attention, kv_caches = self._heads(norm1_out, mask, use_cache=use_cache, cache=cache) + out = attention + x + + norm2_out = self._norm2(out) + ffn_out = self._ff(norm2_out) + + if use_cache is True: + return (ffn_out + out, kv_caches) + else: + return (ffn_out + out, None) + + + +class Llama(BaseModel): + def __init__(self,config): + super().__init__(config) + + # Инициализация слоев + self._max_seq_len = config["max_position_embeddings"] + self._token_embeddings = TokenEmbeddings( + vocab_size=config["vocab_size"], + emb_size=config["embed_dim"] + ) + self._position_embeddings = RoPE( + head_size=config["embed_dim"] // config["num_heads"], + max_seq_len=config["max_position_embeddings"] + ) + + self._dropout = nn.Dropout(config["dropout"]) + self._decoders = nn.ModuleList([Decoder( + num_heads=config["num_heads"], + emb_size=config["embed_dim"], + head_size=config["embed_dim"] // config["num_heads"], + max_seq_len=config["max_position_embeddings"], + rope=self._position_embeddings, + dropout=config["dropout"], + ) for _ in range(config["num_layers"])]) + self._norm = RMSNorm(config["embed_dim"]) + self._linear = nn.Linear(config["embed_dim"], config["vocab_size"]) + + def forward(self, x: torch.Tensor, use_cache: bool = True, cache: list = None) -> tuple: + # Проверка длины последовательности (только при отсутствии кэша) + if cache is None and x.size(1) > self._max_seq_len: + raise ValueError(f"Длина последовательности {x.size(1)} превышает максимальную {self.max_seq_len}") + + + # Вычисление start_pos из кэша (если кэш передан) + #if cache is not None: + # # При кэше обрабатываем только один токен (последний) + # seq_len = 1 + # # Вычисляем start_pos из самого нижнего уровня кэша + # if cache and cache[0] and cache[0][0]: + # key_cache, _ = cache[0][0] # Первый декодер, первая голова + # start_pos = key_cache.size(1) # cache_len + # else: + # start_pos = 0 + #else: + # # Без кэша работаем как раньше + # start_pos = 0 + # seq_len = x.size(1) + + # Эмбеддинги токенов и позиций + tok_out = self._token_embeddings(x) # [batch, seq_len, emb_size] + #pos_out = self._position_embeddings(x) # [batch, seq_len, emb_size] + + # Комбинирование + out = self._dropout(tok_out) # [batch, seq_len, emb_size] + + # Стек декодеров с передачей кэша + new_cache = [] + for i, decoder in enumerate(self._decoders): + decoder_cache = cache[i] if cache is not None else None + decoder_result = decoder(out, use_cache=use_cache, cache=decoder_cache) + + # Извлекаем результат из кортежа + if use_cache: + out, decoder_new_cache = decoder_result + new_cache.append(decoder_new_cache) + else: + out = decoder_result[0] + + out = self._norm(out) + logits = self._linear(out) + + # Возвращаем результат с учетом use_cache + if use_cache: + return (logits, new_cache) + else: + return (logits, None) + + def generate(self, + x: torch.Tensor, + max_new_tokens: int, + do_sample: bool, + temperature: float = 1.0, + top_k: int = None, + top_p: float = None, + use_cache: bool = True + ) -> torch.Tensor: + cache = None + + for _ in range(max_new_tokens): + if use_cache and cache is not None: + # Используем кэш - передаем только последний токен + x_input = x[:, -1:] # [batch_size, 1] + else: + # Первая итерация или кэш отключен - передаем всю последовательность + x_input = x + + # Прямой проход с кэшем + logits, new_cache = self.forward(x_input, use_cache=use_cache, cache=cache) + + # Обновляем кэш для следующей итерации + if use_cache: + cache = new_cache + + last_logits = logits[:, -1, :] # [batch_size, vocab_size] + + # Масштабируем логиты температурой + if temperature > 0: + logits_scaled = last_logits / temperature + else: + logits_scaled = last_logits + + if do_sample == True and top_k != None: + _, topk_indices = torch.topk(logits_scaled, top_k, dim=-1) + + # # Заменим все НЕ top-k логиты на -inf + masked_logits = logits_scaled.clone() + vocab_size = logits_scaled.size(-1) + + # создаём маску: 1, если токен НЕ в topk_indices + mask = torch.ones_like(logits_scaled, dtype=torch.uint8) + mask.scatter_(1, topk_indices, 0) # 0 там, где top-k индексы + masked_logits[mask.byte()] = float('-inf') + + logits_scaled = masked_logits + + if do_sample == True and top_p != None: + # 1. Применим softmax, чтобы получить вероятности: + probs = F.softmax(logits_scaled, dim=-1) # [B, vocab_size] + # 2. Отсортируем токены по убыванию вероятностей: + sorted_probs, sorted_indices = torch.sort(probs, descending=True, dim=-1) + # 3. Посчитаем кумулятивную сумму вероятностей: + cum_probs = torch.cumsum(sorted_probs, dim=-1) # [B, vocab_size] + # 4. Определим маску: оставить токены, пока сумма < top_p + sorted_mask = (cum_probs <= top_p).byte() # [B, vocab_size] + # Гарантируем, что хотя бы первый токен останется + sorted_mask[:, 0] = 1 + # 5. Преобразуем маску обратно в оригинальный порядок: + # Создаём полную маску из 0 + mask = torch.zeros_like(probs, dtype=torch.uint8) + # Устанавливаем 1 в местах нужных токенов + mask.scatter_(dim=1, index=sorted_indices, src=sorted_mask) + # 6. Зануляем логиты токенов вне топ-p: + logits_scaled[~mask] = float('-inf') + + # 4. Применяем Softmax + probs = F.softmax(logits_scaled, dim=-1) # [batch_size, vocab_size] + + + if do_sample == True: + # 5. Если do_sample равен True, то отбираем токен случайно с помощью torch.multinomial + next_token = torch.multinomial(probs, num_samples=1) # [batch_size, 1] + else: + # 5. Если do_sample равен False, то выбираем токен с максимальной вероятностью + next_token = torch.argmax(probs, dim=-1, keepdim=True) # [batch_size, 1] + + # 6. Добавляем его к последовательности + x = torch.cat([x, next_token], dim=1) # [batch_size, seq_len+1] + return x + + + + @property + def max_seq_len(self) -> int: + return self._max_seq_len \ No newline at end of file diff --git a/uv.lock b/uv.lock index 0330070..4518f27 100644 --- a/uv.lock +++ b/uv.lock @@ -1759,7 +1759,6 @@ dependencies = [ dev = [ { name = "black" }, { name = "jupyter" }, - { name = "matplotlib" }, { name = "mypy" }, { name = "pytest" }, { name = "ruff" }, @@ -1777,8 +1776,7 @@ requires-dist = [ { name = "ipykernel" }, { name = "jupyter", marker = "extra == 'dev'", specifier = ">=1.0.0" }, { name = "llm", editable = "llm" }, - { name = "matplotlib" }, - { name = "matplotlib", marker = "extra == 'dev'", specifier = ">=1.0.0" }, + { name = "matplotlib", specifier = "==3.10.6" }, { name = "mypy", marker = "extra == 'dev'", specifier = ">=1.8.0" }, { name = "pytest", marker = "extra == 'dev'", specifier = ">=8.0.0" }, { name = "pytest", marker = "extra == 'test'", specifier = ">=8.0.0" },