Mamba
概述
Mamba 模型由 Albert Gu 和 Tri Dao 在论文Mamba: Linear-Time Sequence Modeling with Selective State Spaces中提出。
此模型是基于 state-space-models 的新范式架构。您可以在这里阅读更多关于这些模型背后的直觉。
以下是论文的摘要
基础模型，现在为深度学习中大多数令人兴奋的应用提供动力，几乎普遍基于 Transformer 架构及其核心注意力模块。许多亚二次时间架构，如线性注意力、门控卷积和循环模型，以及结构化状态空间模型 (SSM)，已被开发出来以解决 Transformer 在长序列上的计算效率低下问题，但它们在语言等重要模态上的性能不如注意力机制。我们发现，此类模型的一个关键弱点是它们无法执行基于内容的推理，并进行了多项改进。首先，简单地让 SSM 参数成为输入的函数可以解决它们在离散模态方面的弱点，允许模型根据当前 token 选择性地传播或遗忘沿序列长度维度的信息。其次，即使这种改变阻止了高效卷积的使用，我们也在循环模式下设计了一种硬件感知的并行算法。我们将这些选择性 SSM 集成到一个简化的端到端神经网络架构中，无需注意力机制甚至 MLP 模块 (Mamba)。Mamba 具有快速推理（吞吐量比 Transformer 高 5 倍）和序列长度的线性缩放，并且其性能在长达百万长度序列的真实数据上有所提高。作为一种通用的序列模型骨干，Mamba 在语言、音频和基因组学等多种模态中实现了最先进的性能。在语言建模方面，我们的 Mamba-3B 模型优于相同大小的 Transformer，并且在预训练和下游评估中都与大小是其两倍的 Transformer 相匹配。
提示
- Mamba 是一种新的
state space model架构，可与经典的 Transformers 相媲美。它基于结构化状态空间模型的进展，在硬件感知设计和实现方面效仿 FlashAttention。 - Mamba 堆叠了
mixer层，这些层相当于Attention层。mamba的核心逻辑包含在MambaMixer类中。 - 共存两种实现：一种是优化的，使用快速 cuda 内核，另一种是朴素的，但可以在任何设备上运行！
- 当前的实现利用了原始的 cuda 内核：Mamba 的 flash attention 等效项托管在
mamba-ssm和causal_conv1d仓库中。如果您的硬件支持，请务必安装它们！ - 欢迎为加速朴素路径做出贡献 🤗
用法
一个简单的生成示例：
from transformers import MambaConfig, MambaForCausalLM, AutoTokenizer
import torch
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("state-spaces/mamba-130m-hf")
model = MambaForCausalLM.from_pretrained("state-spaces/mamba-130m-hf")
input_ids = tokenizer("Hey how are you doing?", return_tensors= "pt")["input_ids"]
out = model.generate(input_ids, max_new_tokens=10)
print(tokenizer.batch_decode(out))Peft 微调
慢速版本在训练时不是很稳定，而快速版本需要 float32！
from datasets import load_dataset
from trl import SFTTrainer
from peft import LoraConfig
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, TrainingArguments
model_id = "state-spaces/mamba-130m-hf"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_id)
dataset = load_dataset("Abirate/english_quotes", split="train")
training_args = TrainingArguments(
output_dir="./results",
num_train_epochs=3,
per_device_train_batch_size=4,
logging_dir='./logs',
logging_steps=10,
learning_rate=2e-3
)
lora_config = LoraConfig(
r=8,
target_modules=["x_proj", "embeddings", "in_proj", "out_proj"],
task_type="CAUSAL_LM",
bias="none"
)
trainer = SFTTrainer(
model=model,
tokenizer=tokenizer,
args=training_args,
peft_config=lora_config,
train_dataset=dataset,
dataset_text_field="quote",
)
trainer.train()MambaConfig
类 transformers.MambaConfig
< 源码 >( vocab_size = 50280 hidden_size = 768 state_size = 16 num_hidden_layers = 32 layer_norm_epsilon = 1e-05 pad_token_id = 0 bos_token_id = 0 eos_token_id = 0 expand = 2 conv_kernel = 4 use_bias = False use_conv_bias = True hidden_act = 'silu' initializer_range = 0.1 residual_in_fp32 = True time_step_rank = 'auto' time_step_scale = 1.0 time_step_min = 0.001 time_step_max = 0.1 time_step_init_scheme = 'random' time_step_floor = 0.0001 rescale_prenorm_residual = False use_cache = True use_mambapy = False **kwargs )
参数
- vocab_size (
int, 可选, 默认为 50280) — MAMBA 模型的词汇表大小。 定义了在调用 MambaModel 时可以由inputs_ids表示的不同 token 的数量。 - hidden_size (
int, 可选, 默认为 768) — 嵌入和隐藏状态的维度。 - state_size (
int, 可选, 默认为 16) — 状态空间潜在变量的形状。 - num_hidden_layers (
int, 可选, 默认为 32) — 模型中隐藏层的数量。 - layer_norm_epsilon (
float, 可选, 默认为 1e-05) — 在层归一化层中使用的 epsilon 值。 - pad_token_id (
int, 可选, 默认为 0) — Padding token 的 ID。 - bos_token_id (
int, 可选, 默认为 0) — 词汇表中句子起始 token 的 ID。 - eos_token_id (
int, 可选, 默认为 0) — 词汇表中句子结束 token 的 ID。 - expand (
int, 可选, 默认为 2) — 用于确定中间大小的扩展因子。 - conv_kernel (
int, 可选, 默认为 4) — 卷积核的大小。 - use_bias (
bool, 可选, 默认为False) — 是否在混合器块的 ["in_proj", "out_proj"] 中使用偏置。 - use_conv_bias (
bool, 可选, 默认为True) — 是否在混合器块的卷积层中使用偏置。 - hidden_act (
str, 可选, 默认为"silu") — 解码器中的非线性激活函数（函数或字符串）。 - initializer_range (
float, 可选, 默认为 0.1) — 用于初始化所有权重矩阵的 truncated_normal_initializer 的标准差。 - residual_in_fp32 (
bool, 可选, 默认为True) — 残差是否应为float32类型。 如果设置为False，残差将保持与模型其余部分相同的dtype。 - time_step_rank (
Union[int,str], 可选, 默认为"auto") — 离散化投影矩阵的秩。"auto"表示它将默认为math.ceil(self.hidden_size / 16)。 - time_step_scale (
float, 可选, 默认为 1.0) — 用于缩放dt_proj.bias的比例。 - time_step_min (
float, 可选, 默认为 0.001) — 用于限制dt_proj.bias的最小time_step值。 - time_step_max (
float, 可选, 默认为 0.1) — 用于限制dt_proj.bias的最大time_step值。 - time_step_init_scheme (
float, 可选, 默认为"random") — 用于dt_proj.weight的初始化方案。 应为["random","uniform"]之一。 - time_step_floor (
float, 可选, 默认为 0.0001) —dt_proj.bias层初始化的最小钳制值。 - rescale_prenorm_residual (
bool, 可选, 默认为False) — 初始化时是否重新缩放out_proj权重。 - use_cache (
bool, 可选, 默认为True) — 是否应使用缓存。 - use_mambapy (
bool, 可选, 默认为False) — 确定在训练期间，当基于 CUDA 的 Mamba 官方实现不可用时的回退策略。 如果为True，则使用 mamba.py 实现。 如果为False，则使用朴素且较慢的实现。 如果内存有限，请考虑切换到朴素版本。
这是用于存储 MambaModel 配置的配置类。 它用于根据指定的参数实例化 MAMBA 模型，定义模型架构。 使用默认值实例化配置将产生与 MAMBA state-spaces/mamba-2.8b 架构类似的配置。
配置对象继承自 PretrainedConfig，可用于控制模型输出。请阅读 PretrainedConfig 的文档以获取更多信息。
示例
>>> from transformers import MambaConfig, MambaModel
>>> # Initializing a Mamba configuration
>>> configuration = MambaConfig()
>>> # Initializing a model (with random weights) from the configuration
>>> model = MambaModel(configuration)
>>> # Accessing the model configuration
>>> configuration = model.configMambaModel
class transformers.MambaModel
< source >( config )
参数
- config (MambaConfig) — 带有模型所有参数的模型配置类。使用配置文件初始化不会加载与模型关联的权重，只会加载配置。查看 from_pretrained() 方法以加载模型权重。
裸 MAMBA 模型 Transformer，输出原始的隐藏状态，顶部没有任何特定的 head。
此模型继承自 PreTrainedModel。查看超类文档以了解库为其所有模型实现的通用方法（例如下载或保存、调整输入嵌入大小、剪枝 head 等）。
此模型也是 PyTorch torch.nn.Module 子类。将其用作常规 PyTorch 模块，并参阅 PyTorch 文档以了解与通用用法和行为相关的所有事项。
forward
< source >( input_ids: Optional = None inputs_embeds: Optional = None cache_params: Optional = None use_cache: Optional = None output_hidden_states: Optional = None return_dict: Optional = None cache_position: Optional = None attention_mask: Optional = None ) → transformers.models.mamba.modeling_mamba.MambaOutput 或 tuple(torch.FloatTensor)
参数
- input_ids (
torch.LongTensor，形状为(batch_size, input_ids_length)) — 词汇表中输入序列 tokens 的索引。如果
cache_params.seqlen_offset>0，则仅应将未计算其过去的input_ids作为input_ids传递。索引可以使用 AutoTokenizer 获得。 有关详细信息，请参阅 PreTrainedTokenizer.encode() 和 PreTrainedTokenizer.call()。
- inputs_embeds (
torch.FloatTensor，形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)，可选) — （可选）您可以选择直接传递嵌入表示，而不是传递input_ids。如果您希望比模型的内部嵌入查找矩阵更好地控制如何将input_ids索引转换为关联的向量，这将非常有用。 - cache_params (
MambaCache，可选) — 如果传递，模型将在所有块中使用之前的状态（这将给出为提供的input_ids输出，就好像模型添加了state_input_ids + input_ids作为上下文）。 - use_cache (
bool，可选) — 如果设置为True，则返回cache_params，并且可以用于快速生成下一个 logits。 - output_hidden_states (
bool，可选) — 是否返回所有层的隐藏状态。 有关更多详细信息，请参阅返回张量下的hidden_states。 - return_dict (
bool，可选) — 是否返回 ModelOutput 而不是普通元组。 - cache_position (
torch.LongTensor，形状为(sequence_length)，可选) — 索引，描述输入序列 tokens 在序列中的位置。与position_ids相反，此张量不受填充的影响。它用于在正确的位置更新缓存，并推断完整的序列长度。
返回值
transformers.models.mamba.modeling_mamba.MambaOutput 或 tuple(torch.FloatTensor)
一个 transformers.models.mamba.modeling_mamba.MambaOutput 或 torch.FloatTensor 的元组（如果传递了 return_dict=False 或当 config.return_dict=False 时），包括各种元素，具体取决于配置 (MambaConfig) 和输入。
-
last_hidden_state (
torch.FloatTensor，形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)) — 模型最后一层输出端的隐藏状态序列。 -
cache_params (
MambaCache) — 模型在最后时间步的状态。可以与下一个input_ids一起在 forward 方法中使用，以避免提供旧的input_ids。包括选择性扫描后的状态空间模型状态矩阵和卷积状态
-
hidden_states (
tuple(torch.FloatTensor)，可选，当传递output_hidden_states=True或当config.output_hidden_states=True时返回) —torch.FloatTensor的元组（如果模型具有嵌入层，则为嵌入输出，+ 每层输出一个），形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)。模型在每层输出端的隐藏状态，加上可选的初始嵌入输出。
MambaModel forward 方法，覆盖了 __call__ 特殊方法。
虽然 forward 传递的配方需要在该函数中定义，但应该在之后调用 Module 实例而不是此函数，因为前者负责运行预处理和后处理步骤，而后者会静默地忽略它们。
示例
>>> from transformers import AutoTokenizer, MambaModel
>>> import torch
>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("state-spaces/mamba-130m-hf")
>>> model = MambaModel.from_pretrained("state-spaces/mamba-130m-hf")
>>> inputs = tokenizer("Hello, my dog is cute", return_tensors="pt")
>>> outputs = model(**inputs)
>>> last_hidden_states = outputs.last_hidden_stateMambaLMHeadModel
class transformers.MambaForCausalLM
< source >( config )
参数
- config (MambaConfig) — 带有模型所有参数的模型配置类。使用配置文件初始化不会加载与模型关联的权重，只会加载配置。查看 from_pretrained() 方法以加载模型权重。
带有语言建模 head 的 MAMBA 模型 Transformer（线性层，其权重与输入嵌入相关联）。
此模型继承自 PreTrainedModel。查看超类文档以了解库为其所有模型实现的通用方法（例如下载或保存、调整输入嵌入大小、剪枝 head 等）。
此模型也是 PyTorch torch.nn.Module 子类。将其用作常规 PyTorch 模块，并参阅 PyTorch 文档以了解与通用用法和行为相关的所有事项。
forward
< source >( input_ids: Optional = None attention_mask: Optional = None inputs_embeds: Optional = None cache_params: Optional = None labels: Optional = None output_hidden_states: Optional = None return_dict: Optional = None use_cache: Optional = None cache_position: Optional = None **kwargs ) → transformers.models.mamba.modeling_mamba.MambaCausalLMOutput 或 tuple(torch.FloatTensor)
参数
- input_ids (
torch.LongTensor，形状为(batch_size, input_ids_length)) — 词汇表中输入序列 tokens 的索引。如果
cache_params.seqlen_offset>0，则仅应将未计算其过去的input_ids作为input_ids传递。索引可以使用 AutoTokenizer 获得。 有关详细信息，请参阅 PreTrainedTokenizer.encode() 和 PreTrainedTokenizer.call()。
- inputs_embeds (
torch.FloatTensor，形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)，可选) — （可选）您可以选择直接传递嵌入表示，而不是传递input_ids。如果您希望比模型的内部嵌入查找矩阵更好地控制如何将input_ids索引转换为关联的向量，这将非常有用。 - cache_params (
MambaCache，可选) — 如果传递，模型将在所有块中使用之前的状态（这将给出为提供的input_ids输出，就好像模型添加了state_input_ids + input_ids作为上下文）。 - use_cache (
bool，可选) — 如果设置为True，则返回cache_params，并且可以用于快速生成下一个 logits。 - output_hidden_states (
bool，可选) — 是否返回所有层的隐藏状态。 有关更多详细信息，请参阅返回张量下的hidden_states。 - return_dict (
bool，可选) — 是否返回 ModelOutput 而不是普通元组。 - cache_position (
torch.LongTensor，形状为(sequence_length)，可选) — 索引，描述输入序列 tokens 在序列中的位置。与position_ids相反，此张量不受填充的影响。它用于在正确的位置更新缓存，并推断完整的序列长度。 - labels (
torch.LongTensor，形状为(batch_size, sequence_length)，可选) — 用于语言建模的标签。 请注意，标签在模型内部已移位，即您可以设置labels = input_ids。索引在[-100, 0, ..., config.vocab_size]中选择。所有设置为-100的标签都将被忽略（掩码），损失仅针对[0, ..., config.vocab_size]中的标签计算。
返回值
transformers.models.mamba.modeling_mamba.MambaCausalLMOutput 或 tuple(torch.FloatTensor)
一个 transformers.models.mamba.modeling_mamba.MambaCausalLMOutput 或 torch.FloatTensor 的元组（如果传递了 return_dict=False 或当 config.return_dict=False 时），包括各种元素，具体取决于配置 (MambaConfig) 和输入。
-
loss (
torch.FloatTensor，形状为(1,)，可选，当提供labels时返回) — 语言建模损失（用于下一个 token 预测）。 -
logits (
torch.FloatTensor，形状为(batch_size, sequence_length, config.vocab_size)) — 语言建模 head 的预测分数（SoftMax 之前每个词汇表 token 的分数）。 -
cache_params (
MambaCache) — 模型在最后时间步的状态。可以与下一个input_ids一起在 forward 方法中使用，以避免提供旧的input_ids。包括选择性扫描后的状态空间模型状态矩阵和卷积状态
-
hidden_states (
tuple(torch.FloatTensor)，可选，当传递output_hidden_states=True或当config.output_hidden_states=True时返回) —torch.FloatTensor的元组（如果模型具有嵌入层，则为嵌入输出，+ 每层输出一个），形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)。模型在每层输出端的隐藏状态，加上可选的初始嵌入输出。
MambaForCausalLM forward 方法，覆盖了 __call__ 特殊方法。
虽然 forward 传递的配方需要在该函数中定义，但应该在之后调用 Module 实例而不是此函数，因为前者负责运行预处理和后处理步骤，而后者会静默地忽略它们。
示例
>>> import torch
>>> from transformers import AutoTokenizer, MambaForCausalLM
>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("state-spaces/mamba-130m-hf")
>>> model = MambaForCausalLM.from_pretrained("state-spaces/mamba-130m-hf")
>>> inputs = tokenizer("Hello, my dog is cute", return_tensors="pt")
>>> outputs = model(**inputs, labels=inputs["input_ids"])
>>> loss = outputs.loss
>>> logits = outputs.logits