Create modelo.py

modelo.py

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+# Versão da Linguagem Python
+from platform import python_version
+print('Versão da Linguagem Python Usada Neste Jupyter Notebook:', python_version())
+
+# Tamanho do vocabulário
+vocab_size = 13
+# Comprimento da sequência
+sequence_length = 4
+# Comprimento do resultado
+result_length = 2
+# Comprimento do contexto
+context_length = sequence_length + result_length
+# Parâmetros de configuração do modelo GPT-2
+config = AutoConfig.from_pretrained("gpt2", 
+                                    vocab_size = vocab_size, 
+                                    n_ctx = context_length, 
+                                    n_head = 4, 
+                                    n_layer = 2) 
+
+# Carrega o modelo
+modelo = AutoModelForCausalLM.from_config(config)
+# Função para calcular o tamanho do modelo
+def model_size(model):
+    return sum(t.numel() for t in modelo.parameters())
+print(f'Tamanho do Modelo: {model_size(modelo)/1000**2:.1f}M parâmetros')
+#Tamanho do Modelo: 15.0M parâmetros
+#Este modelo tem 15 milhões de parâmetros em vez dos 111 milhões de parâmetros da configuração padrão "gpt2".
+
+type(modelo)
+transformers.models.gpt2.modeling_gpt2.GPT2LMHeadModel
+# Salva o modelo em disco
+modelo.save_pretrained("modelos/modelo_inicial")
+
+# Definindo uma classe chamada NumberTokenizer, que é usada para tokenizar os números
+class DSATokenizer:
+    
+    # Método construtor da classe, que é executado quando um objeto dessa classe é criado
+    def __init__(self, numbers_qty = 10):
+        
+        # Lista de tokens possíveis que o tokenizador pode encontrar
+        vocab = ['+', '=', '-1', '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']
+        
+        # Definindo a quantidade de números que o tokenizador pode lidar
+        self.numbers_qty = numbers_qty
+        
+        # Definindo o token de preenchimento (padding)
+        self.pad_token = '-1'
+        
+        # Criando um dicionário que mapeia cada token para um índice único
+        self.encoder = {str(v):i for i,v in enumerate(vocab)}
+        
+        # Criando um dicionário que mapeia cada índice único de volta ao token correspondente
+        self.decoder = {i:str(v) for i,v in enumerate(vocab)}
+        
+        # Obtendo o índice do token de preenchimento no encoder
+        self.pad_token_id = self.encoder[self.pad_token]
+
+    # Método para decodificar uma lista de IDs de token de volta para uma string
+    def decode(self, token_ids):
+        return ' '.join(self.decoder[t] for t in token_ids)
+
+    # Método que é chamado quando o objeto da classe é invocado como uma função
+    def __call__(self, text):
+        # Dividindo o texto em tokens individuais e retornando uma lista dos IDs correspondentes
+        return [self.encoder[t] for t in text.split()]
+    
+
+# Cria o objeto do tokenizador
+tokenizer = DSATokenizer(vocab_size)
+# Decoder do tokenizador
+tokenizer.decoder
+
+# Testando o tokenizador
+tokenizer("1 + 1 = 2")
+
+# Definindo uma classe chamada CriaDataset, que herda da classe Dataset do PyTorch
+class CriaDataset(Dataset):
+
+    # Método construtor da classe, que é executado quando um objeto dessa classe é criado
+    def __init__(self, split, length = 6):
+        
+        # Verificando se a divisão do dataset (split) é 'treino' ou 'teste'
+        assert split in {'treino', 'teste'}
+        self.split = split
+        self.length = length
+    
+    # Definindo o método len que retorna o tamanho do dataset. 
+    # Nesse caso, o tamanho é fixo e igual a 1 milhão.
+    def __len__(self):
+        return 1000000 
+
+    # Definindo o método getitem que é usado para obter um item específico do dataset
+    def __getitem__(self, idx):
+
+        # Criando uma lista com todos os números disponíveis que não são tokens de padding e são numéricos
+        available_numbers = [int(n) for n in tokenizer.decoder.values() if n != tokenizer.pad_token and str(n).isnumeric()]
+        
+        # Selecionando aleatoriamente números da lista de números disponíveis para criar uma entrada (input)
+        inp = torch.tensor(np.random.choice(available_numbers, size = result_length))
+        
+        # Calculando a soma dos números selecionados e criando um tensor
+        sol = torch.tensor([int(i) for i in str(inp.sum().item())])
+        
+        # Preenchendo o tensor com zeros para que tenha o tamanho desejado
+        sol = torch.nn.functional.pad(sol, (1 if sol.size()[0] == 1 else 0,0), 'constant', 0)
+
+        # Concatenando a entrada e a solução em um tensor
+        cat = torch.cat((inp, sol), dim = 0)
+
+        # Criando os tensores de entrada e alvo para o treinamento do modelo
+        x = cat[:-1].clone()
+        y = cat[1:].clone()
+
+        # Definindo o primeiro elemento do tensor alvo como o token de padding
+        y[:1] = int(tokenizer.pad_token)
+
+        # Transformando os tensores x e y em strings
+        x = str(x[0].item()) + ' + ' + str(x[1].item()) + ' = ' + str(x[2].item())
+        y = '-1 ' + str(y[0].item()) + ' -1 ' + str(y[1].item()) + ' ' + str(y[2].item())
+        
+        # Tokenizando as strings de entrada e alvo
+        tokenized_input = tokenizer(x)
+        tokenized_output = tokenizer(y)
+        
+        # Retornando os tensores de entrada e alvo como itens do dataset
+        return torch.tensor(tokenized_input), torch.tensor(tokenized_output)
+    
+dataset_treino = CriaDataset('treino', length = sequence_length)
+dataset_teste = CriaDataset('teste', length = sequence_length)
+x, y = dataset_treino[0]
+x
+
+y
+
+print(tokenizer.decode(x.numpy()))
+print(tokenizer.decode(y.numpy()))
+
+num_epochs = 2
+batch_size = 100
+optimizer = torch.optim.Adam(modelo.parameters())
+dados = torch.utils.data.DataLoader(dataset_treino, shuffle = True, batch_size = batch_size)
+
+import accelerate
+from accelerate import Accelerator
+accelerator = Accelerator()
+
+modelo, optimizer, dados = accelerator.prepare(modelo, optimizer, dados)
+
+modelo.train()
+
+
+# Iniciando o loop para as épocas de treinamento
+for epoch in range(num_epochs):
+
+    # Iterando por cada batch (conjunto) de dados de entrada e alvos no dataset de treinamento
+    for source, targets in dados:
+
+        # Resetando os gradientes acumulados no otimizador
+        optimizer.zero_grad()
+
+        # Calculando a perda (loss) através da entropia cruzada entre as previsões do modelo e os alvos verdadeiros. 
+        # Os tensores são "achatados" para que possam ser passados para a função de entropia cruzada. 
+        # O índice do token de preenchimento (pad_token) é ignorado no cálculo da perda.
+        loss = F.cross_entropy(modelo(source).logits.flatten(end_dim = 1), 
+                               targets.flatten(end_dim = 1), 
+                               ignore_index = tokenizer.pad_token_id)
+
+        # Calculando os gradientes da perda em relação aos parâmetros do modelo
+        accelerator.backward(loss)
+
+        # Atualizando os parâmetros do modelo utilizando os gradientes calculados
+        optimizer.step()
+
+        # Recalculando a perda após a etapa de otimização. 
+        loss = F.cross_entropy(modelo(source).logits.flatten(end_dim = 1), 
+                               targets.flatten(end_dim = 1), 
+                               ignore_index = tokenizer.pad_token_id)
+
+    # Imprimindo a época atual e a perda após cada época de treinamento
+    print(f'Epoch: {epoch+1}/{num_epochs} --- Erro: {loss.item()}')
+
+# Definindo a função gera_solution com três parâmetros: input, solution_length e model
+def faz_previsao(entrada, solution_length = 6, model = modelo):
+
+    # Colocando o modelo em modo de avaliação. 
+    model.eval()
+
+    # Convertendo a entrada (string) em tensor utilizando o tokenizer. 
+    # O tensor é uma estrutura de dados que o modelo de aprendizado de máquina pode processar.
+    entrada = torch.tensor(tokenizer(entrada))
+
+    # Enviando o tensor de entrada para o dispositivo de cálculo disponível (CPU ou GPU)
+    entrada = entrada.to(accelerator.device)
+
+    # Iniciando uma lista vazia para armazenar a solução
+    solution = []
+
+    # Loop que gera a solução de comprimento solution_length
+    for i in range(solution_length):
+
+        # Alimentando a entrada atual ao modelo e obtendo a saída
+        saida = model(entrada)
+
+        # Pegando o índice do maior valor no último conjunto de logits (log-odds) da saída, 
+        # que é a previsão do modelo para o próximo token
+        predicted = saida.logits[-1].argmax()
+
+        # Concatenando a previsão atual com a entrada atual. 
+        # Isso servirá como a nova entrada para a próxima iteração.
+        entrada = torch.cat((entrada, predicted.unsqueeze(0)), dim = 0)
+
+        # Adicionando a previsão atual à lista de soluções e convertendo o tensor em um número Python padrão
+        solution.append(predicted.cpu().item())
+
+    # Decodificando a lista de soluções para obter a string de saída e retornando-a
+    return tokenizer.decode(solution)
+
+# Definindo a função avalia_modelo com dois parâmetros: num_samples e log
+def avalia_modelo(num_samples = 1000, log = False):
+
+    # Iniciando um contador para as previsões corretas
+    correct = 0
+
+    # Loop que itera num_samples vezes
+    for i in range(num_samples):
+
+        # Obtendo a entrada e o alvo (resposta correta) do i-ésimo exemplo do conjunto de teste
+        entrada, target = dataset_teste[i]
+
+        # Convertendo os tensores de entrada e alvo em arrays numpy para processamento posterior
+        entrada = entrada.cpu().numpy()
+        target = target.cpu().numpy()
+
+        # Decodificando a entrada e o alvo utilizando o tokenizer
+        entrada = tokenizer.decode(entrada[:sequence_length])
+        target = tokenizer.decode(target[sequence_length-1:])
+
+        # Gerando a previsão utilizando a função faz_previsao
+        predicted = faz_previsao(entrada, solution_length = result_length, model = modelo)
+ 
+        # Se a previsão for igual ao alvo, incrementa o contador de previsões corretas
+        if target == predicted:
+            correct += 1
+            # Se log for True, imprime detalhes do exemplo e a previsão correta
+            if log:
+                print(f'Acerto do Modelo: Input: {entrada} Target: {target} Previsão: {predicted}')
+        else:
+            # Se log for True, imprime detalhes do exemplo e a previsão errada
+            if log:
+                print(f'Erro do Modelo: Input: {entrada} Target: {target} Previsão: {predicted}')
+
+    # Ao final do loop, calcula a acurácia (número de previsões corretas dividido pelo número total de exemplos) 
+    print(f'Acurácia: {correct/num_samples}')
+
+# Executa a função
+avalia_modelo(num_samples = 10, log = True)
+
+# Executa a função
+avalia_modelo(num_samples = 1000, log = False)
+
+type(modelo)
+
+modelo.save_pretrained("modelos/modelo_final")
+