Addestramento e Ottimizzazione

L'addestramento dei modelli generativi comporta l'ottimizzazione di paesaggi di perdita spesso instabili e complessi. Questa sezione introduce funzioni di perdita specifiche per ciascun tipo di modello, strategie di ottimizzazione per stabilizzare l'addestramento e metodi per il fine-tuning di modelli preaddestrati per casi d'uso personalizzati.

Funzioni di perdita principali

Le diverse famiglie di modelli generativi utilizzano formulazioni di perdita distinte a seconda di come modellano le distribuzioni dei dati.

Perdite GAN

Perdita minimax (GAN originale)

Impostazione avversariale tra generatore $G$ e discriminatore $D$ (esempio con la libreria pythorch):

Least squares GAN (LSGAN)

Utilizza la perdita L2 invece della log loss per migliorare la stabilità e il flusso del gradiente:

Wasserstein GAN (WGAN)

Minimizza la distanza Earth Mover (EM); sostituisce il discriminatore con un "critico" e utilizza il clipping dei pesi o la penalità sul gradiente per la continuità di Lipschitz:

VAE Loss

Evidence Lower Bound (ELBO)

Combina ricostruzione e regolarizzazione. Il termine di divergenza KL incoraggia il posteriore latente a rimanere vicino al prior (solitamente normale standard):

Perdite nei Modelli di Diffusione

Perdita di Predizione del Rumore

I modelli apprendono a denoising il rumore gaussiano aggiunto lungo una schedulazione di diffusione. Varianti utilizzano la predizione della velocità (ad esempio, v-prediction in Stable Diffusion v2) o obiettivi ibridi:

Tecniche di Ottimizzazione

L'addestramento dei modelli generativi è spesso instabile e sensibile agli iperparametri. Diverse tecniche vengono impiegate per garantire la convergenza e la qualità.

Ottimizzatori e Scheduler

• Adam / AdamW: ottimizzatori adattivi del gradiente sono lo standard de facto. Utilizzare $\beta_1=0.5,\ \beta_2=0.999$ per i GAN;
• RMSprop: talvolta utilizzato in varianti di WGAN;
• Schedulazione del tasso di apprendimento:
  • Fasi di warm-up per transformer e modelli di diffusione;
  • Decadimento coseno o ReduceLROnPlateau per una convergenza stabile.

Metodi di Stabilizzazione

• Clipping del gradiente: evitare l'esplosione dei gradienti in RNN o UNet profondi;

• Normalizzazione spettrale: applicata ai layer del discriminatore nei GAN per imporre vincoli di Lipschitz;

• Smussamento delle etichette: ammorbidisce le etichette rigide (ad esempio, reale = 0,9 invece di 1,0) per ridurre l'eccessiva sicurezza;
• Regola di aggiornamento a due scale temporali (TTUR): utilizzo di tassi di apprendimento differenti per generatore e discriminatore per migliorare la convergenza;
• Addestramento a precisione mista: sfrutta FP16 (tramite NVIDIA Apex o PyTorch AMP) per un addestramento più rapido su GPU moderne.

Ottimizzazione di Modelli Generativi Preaddestrati

I modelli generativi preaddestrati (ad esempio, Stable Diffusion, LLaMA, StyleGAN2) possono essere ottimizzati per compiti specifici di dominio utilizzando strategie di addestramento più leggere.

Tecniche di Transfer Learning

• Ottimizzazione completa: riaddestramento di tutti i pesi del modello. Richiede elevate risorse computazionali ma offre la massima flessibilità;

• Riblocco dei layer / sblocco graduale: iniziare bloccando la maggior parte dei layer, quindi sbloccare gradualmente quelli selezionati per una migliore ottimizzazione. Questo evita la perdita catastrofica delle conoscenze. Bloccare i layer iniziali aiuta a mantenere le caratteristiche generali apprese in preaddestramento (come bordi o pattern di parole), mentre sbloccare quelli successivi consente al modello di apprendere caratteristiche specifiche del compito;

• LoRA / livelli adattatori: inserimento di livelli addestrabili a bassa dimensionalità senza aggiornare i parametri del modello di base;

• DreamBooth / inversione testuale (modelli di diffusione):
  • Ottimizzazione fine su un numero limitato di immagini specifiche del soggetto.
  • Utilizzo della pipeline diffusers:

• Ottimizzazione dei prompt / p-tuning:

Casi d'Uso Comuni

• Adattamento dello stile: ottimizzazione su dataset di anime, fumetti o artistici;
• Ottimizzazione specifica per settore: adattamento di LLM a domini legali, medici o aziendali;
• Personalizzazione: condizionamento di identità o voce personalizzata utilizzando piccoli set di riferimento.

Riepilogo

• Utilizzare funzioni di perdita specifiche per il modello che corrispondano agli obiettivi di addestramento e alla struttura del modello;
• Ottimizzare con metodi adattivi, tecniche di stabilizzazione e pianificazione efficiente;
• Ottimizzare modelli pre-addestrati utilizzando strategie moderne di trasferimento a bassa dimensionalità o basate su prompt per ridurre i costi e aumentare l'adattabilità al dominio.