大模型开发：带你掌握训练后模型的最佳存储方案（选择保存格式、保存模型参数....）

在神经网络中，模型参数通常指的是权重（weights）和偏置（biases）。权重决定了输入数据如何影响输出结果，而偏置则是为了进一步调整输出，确保模型的灵活性。这些参数通过训练数据反复优化和调整，最终得到了最佳的模型表现。

Android女王

1284人浏览 · 2024-09-21 09:15:00

Android女王 · 2024-09-21 09:15:00 发布

在大模型项目的研发中，模型保存是每个AI从业者都必须掌握的重要技能。保存模型不仅能让我们在未来进行推理和预测，还能帮助我们继续优化和调整模型。

因此，掌握如何高效保存模型显得尤为重要。本文将通过详细的技术细节和清晰的步骤，带你从模型保存的格式选择到参数保存，一步步学会如何正确保存模型，无论你是AI领域的新人，还是有一定经验的从业者，都会有所收获。

一、选择保存格式

在模型保存过程中，格式的选择是第一步。我们通常会接触到两种常见的格式：pkl 和 pth。这两种格式各有优缺点，具体使用哪种格式，取决于你的需求。

1. pkl 格式

pkl 是 Python 提供的标准序列化格式。序列化是将对象转换为二进制数据的过程，这样你就可以将对象保存到文件中，以便后续加载使用。它非常适合在Python环境中保存和加载模型。

pkl 格式的特点：

保存完整的模型：pkl 可以保存模型的结构（即模型的架构）和模型的参数（即权重和偏置）。这意味着当你保存模型后，再次加载时，模型的整个状态都能恢复，甚至不需要手动定义模型架构。
文件较大：由于它会保存整个模型的架构和参数，文件体积通常会比较大，占用更多的磁盘空间。
仅限 Python 环境：pkl 格式是 Python 特有的序列化格式，如果你希望将模型迁移到其他非Python环境中，比如 Java 或 C++，那么这个格式就不太适合。

示例：

import torch

# 假设你有一个已经训练好的模型
model = ...

# 使用pkl格式保存模型
with open('model.pkl', 'wb') as f:
    torch.save(model, f)

# 加载模型
with open('model.pkl', 'rb') as f:
    model = torch.load(f)

2. pth 格式

pth 是 PyTorch 专门用来保存和加载模型的格式。与 pkl 不同，pth 格式只会保存模型的参数（即权重和偏置），不会保存模型的结构。

pth 格式的特点：

保存模型参数：pth 只保存模型的权重和偏置，因此文件体积较小，便于存储和传输。
需要手动定义模型结构：在加载参数时，你需要手动定义模型的架构，然后再加载参数。这意味着保存和加载模型的灵活性更大，但也需要对模型结构有清晰的了解。
跨版本兼容性好：pth 文件的格式设计更加灵活，适用于不同环境和版本之间的参数迁移。

示例：

import torch

# 假设你有一个已经训练好的模型
model = ...

# 保存模型参数
torch.save(model.state_dict(), 'model_weights.pth')

# 加载模型时，需要先定义模型结构
model = ...  # 定义模型结构
model.load_state_dict(torch.load('model_weights.pth'))

二、保存模型参数

保存模型参数是模型保存的核心任务，特别是在神经网络中，模型的学习能力主要依赖于这些通过训练学习到的参数。

1. 什么是模型参数？

2. 如何保存和加载模型参数？

保存模型参数的过程非常简单，PyTorch 提供了方便的 state_dict() 函数来获取模型的参数，并使用 torch.save() 函数进行保存。加载时则使用 load_state_dict()。

保存模型参数：

# 假设你的模型是一个简单的神经网络
model = ...

# 保存模型的参数到文件
torch.save(model.state_dict(), 'model_weights.pth')

加载模型参数：

# 首先需要定义模型结构
model = ...

# 加载之前保存的参数
model.load_state_dict(torch.load('model_weights.pth'))

# 模型现在可以进行推理或继续训练

提示：在加载参数前，确保定义的模型结构与保存参数时的结构一致，否则加载时会出现错误。

三、常见问题及解决方案

在保存和加载模型的过程中，我们可能会遇到一些常见的问题。以下是一些常见问题的解决方案：

1. 模型文件过大，加载速度慢

问题：保存的模型文件过大，导致加载时间过长，影响模型的使用效率。

解决方案：

模型压缩：可以通过模型量化（quantization）或剪枝（pruning）来减少模型的参数数量，从而降低模型文件的体积。
只保存模型参数：使用 pth 格式，只保存模型的权重和偏置，这样可以大幅度减少文件体积。

2. 加载模型时参数不匹配

问题：在加载模型参数时，出现 KeyError，提示模型的某些参数无法匹配。

解决方案：

确保在保存和加载模型时，模型的架构保持一致。如果你对模型的结构做了修改，需要保存新的模型结构。
如果只想加载部分参数，可以使用 strict=False 来忽略不匹配的部分：

model.load_state_dict(torch.load('model_weights.pth'), strict=False)

3. 模型加载后性能下降

问题：保存并加载模型后，模型的预测效果变差，性能下降。

解决方案：

确保在保存时，除了模型参数，还保存了训练过程中的优化器状态。如果你希望继续训练模型，必须同时保存优化器状态：

torch.save({
    'model_state_dict': model.state_dict(),
    'optimizer_state_dict': optimizer.state_dict(),
}, 'checkpoint.pth')

# 加载时
checkpoint = torch.load('checkpoint.pth')
model.load_state_dict(checkpoint['model_state_dict'])
optimizer.load_state_dict(checkpoint['optimizer_state_dict'])

4. 文件保存失败或报错

问题：在保存模型时，出现报错或文件保存失败。

解决方案：

检查路径是否正确，确保指定的路径存在并且有写权限。
如果是由于文件太大，可以尝试使用分块保存或压缩保存：

torch.save(model.state_dict(), 'model_weights.pth', _use_new_zipfile_serialization=False)

四、总结

模型保存是深度学习项目中至关重要的一环，掌握好如何选择保存格式、保存参数以及解决常见问题，能够确保你的模型在未来可以被复现、推理或进一步训练。无论你是新手还是有经验的AI从业者，理解这些保存技巧都能提升你的工作效率，并确保模型在各个环境中的稳定运行。在本系列的后续文章中，我们将进一步探讨模型优化与测试的技术细节，帮助你完成整个大模型的研发流程。