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🎯 从零开始训练本地小语言模型：MiniGPT + TinyStories（4090Ti）

🧭 项目背景

本项目旨在以学习为目的，从头构建一个完整的本地语言模型训练管线。目标是：

• ✅ 不依赖外部云计算
• ✅ 完全本地运行（RTX 4090Ti）
• ✅ 从零构建数据加载、模型结构、训练与推理逻辑
• ✅ 阶段性掌握 LLM 微调与部署的关键技能

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🛠️ 开发环境

项目	配置
操作系统	Windows 10
GPU	NVIDIA RTX 4090Ti
CUDA 驱动	版本 12.1（cu121）
Python 版本	3.10
虚拟环境	.venv310（指定 Python 3.10）

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📦 项目结构

toy-transformer/
├── data_loader.py        # 加载 TinyStories 数据集
├── model.py              # MiniGPT 模型实现
├── train_resume.py       # 支持断点训练的主循环
├── generate.py           # 推理与生成函数
├── checkpoint_latest.pth # 自动保存的训练权重
├── .venv310/             # 虚拟环境

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🧠 技术路线

1. 数据加载

• 使用 HuggingFace datasets 加载 TinyStories
• Tokenizer 使用 GPT-2 默认分词器
• 启用 padding 和 truncation，统一 max_length=128

2. 模型构建

• 自定义实现 MiniGPT

  • 小型 Transformer（Embedding + 多层 Self-Attention + Linear head）
  • 使用 GPT-2 的 vocab
  • 无 pretraining，全从零学起

3. 模型训练

• 使用 torch.nn.CrossEntropyLoss，忽略 pad_token_id
• 优化器为 AdamW
• 使用 PyTorch AMP (torch.amp.autocast) 启用混合精度
• 使用 GradScaler 动态控制精度
• 使用 tqdm 进度条显示训练状态
• 支持自动保存断点（checkpoint_latest.pth）

4. 推理逻辑

• 自定义 generate_text() 实现逐 token 自回归生成
• 使用 softmax + sampling，多轮测试发现 collapse 问题

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✅ 成果展示

训练状态

• 成功训练了 10000 steps，loss 降至 0.05 以下
• 支持断点恢复训练，训练速度约 25 it/s

推理结果（初步）

Prompt: "Once upon a time"
Output: time time time time time time...

Prompt: "Deng Chao is"
Output: is is is is is is is is is...

🚨 模型已出现 token collapse 问题（复读）——为后续结构调整和防过拟合提供重要依据。

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🚧 存在问题与后续优化

问题	原因	计划
文本输出高度重复	模型 collapse，过拟合高频 token	使用 dropout，top-k sampling，减少训练步数
模型容量不足	结构太小，表达力差	增加 embedding 和层数；或微调现成模型
学不到语义	没有预训练语料带来的 inductive bias	尝试 distilgpt2 + TinyStories 微调

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📅 今日工作小结

• ✅ 成功建立 GPU 环境并启用 CUDA（Python 3.10 + PyTorch cu121）
• ✅ 完整实现数据加载、tokenizer、模型结构与训练管线
• ✅ 训练了 10000 steps，保存了断点模型
• ✅ 实现推理接口并测试多个 prompt
• ✅ 发现模型陷入 token collapse，为后续优化积累经验

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🚀 明日计划

• 替换 softmax 采样为 top-k + temperature 采样，缓解 collapse
• 加入 dropout / layernorm 防止模型坍缩
• 尝试使用 distilgpt2 微调，比较从零训练 vs 微调效果
• 训练可视化（tensorboard / wandb）

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🧨 本地语言模型训练踩坑记录（2025.05）

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🧱 环境搭建相关

❌ 坑 1：安装了 PyTorch，但无法使用 CUDA

• 表现：torch.cuda.is_available() 返回 False，训练跑在 CPU 上，GPU 利用率为 0%

• 原因：初始环境为 Python 3.13，而 PyTorch GPU 版本不支持该版本

• ✅ 解决方案：

  1. 安装 Python 3.10（py -3.10）

  2. 使用 python3.10 -m venv .venv310 创建虚拟环境

  3. 使用官方源安装支持 CUDA 的 PyTorch：

     pip install torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu121
     

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🧪 数据处理与训练相关

❌ 坑 2：模型在 GPU 上训练速度不升反降

• 表现：CUDA 激活后训练反而更慢

• 原因：虽然模型 to(device)，但输入数据没有显式 .to(device)

• ✅ 解决方案：

  • 使用：

    input_ids = batch["input_ids"].to(device)
    

    而不是：

    batch["input_ids"].to(device)  # ⚠ 无效！
    

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❌ 坑 3：tqdm 报错 IProgress not found

• 表现：使用 from tqdm.notebook import tqdm 报错

• ✅ 解决方案：

  • 快速替换为：

    from tqdm import tqdm
    

  • 或安装依赖：

    pip install ipywidgets
    jupyter nbextension enable --py widgetsnbextension
    

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📦 模型训练相关

❌ 坑 4：训练 loss 降不下来 or 降到 0.0000 太快

• 表现：训练 1 个 epoch 后 loss ≈ 0，后续 epoch 训练跳过

• 原因：训练步数被 step_count >= max_steps 提前终止，epoch 实际未执行

• ✅ 解决方案：

  • 使用 total_step 替代 step_count 并每轮累加
  • 或改为基于 max_epochs 控制训练轮数

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❌ 坑 5：训练后模型生成“词语复读机”（collapse）

• 表现：生成 output 全是 "time time time..." 或 "is is is..."

• 原因：

  • 模型太小，表达能力差
  • 学习率太大或步数太多导致过拟合高频 token

• ✅ 解决方案：

  • 启用 dropout 正则
  • 使用 top-k + temperature 控制采样策略
  • 更换为 distilgpt2 微调方案或扩大学习语料

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🔐 安全性提示

❌ 坑 6：PyTorch 警告 torch.load() 存在安全隐患

• 表现：加载 checkpoint 时出现 FutureWarning: weights_only=False

• ✅ 解决方案（建议但非必须）：

  • 明确添加参数：

    torch.load(checkpoint_path, weights_only=True)
    

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