Zero-order Parameter-free Optimization for LMO-based Methods: Novel Approach for Efficient Fine-tuning

TL;DR

AdaNAGED方法实现了大规模语言模型的高效无梯度微调,减少了内存开销。

cs.LG 🔴 高级 2026-06-13 28 次浏览
Dmitriy Bystrov Daniil Medyakov Dmitry Bylinkin Aleksandr Beznosikov
无梯度优化 参数自适应 大规模模型 内存效率 非欧几里得几何

核心发现

方法论

本文提出了一种结合无梯度训练、自适应调优和非欧几里得更新几何的优化方法AdaNAGED。该方法通过线性最小化Oracle (LMO)实现参数块的几何感知更新,避免了对问题依赖常数的先验知识需求。

关键结果

  • 在OPT-1.3B模型上进行微调,AdaNAGED在内存效率和收敛速度上优于传统方法,达到与调优的Sign-SGD、Muon和AdaMM相当的性能。
  • 实验表明,AdaNAGED在不同任务上均表现出色,特别是在内存受限的环境中。
  • 通过消融实验,验证了各组件对整体性能的贡献。

研究意义

该研究为大规模语言模型的微调提供了一种内存高效的解决方案,突破了传统反向传播的内存瓶颈。其自适应参数调节机制减少了任务特定调优的需求,具有广泛的应用潜力。

技术贡献

AdaNAGED通过无梯度优化和参数自适应的结合,提供了新的理论收敛保证,并在工程上实现了内存和计算效率的提升。

新颖性

AdaNAGED首次将参数自适应的无梯度优化应用于大规模语言模型的微调,结合了LMO的几何感知更新,显著减少了内存开销。

局限性

  • 在某些极端情况下,AdaNAGED可能对初始参数选择敏感,影响收敛速度。
  • 该方法在特定非凸目标上可能表现不佳。

未来方向

未来研究可以探索AdaNAGED在更多非凸优化问题中的应用,并进一步优化其在不同任务上的自适应机制。

AI 总览摘要

大规模语言模型的微调是现代优化的核心应用,但传统的反向传播方法需要大量内存来存储中间激活、梯度和优化器状态。本文提出了一种新的无梯度参数自适应优化方法AdaNAGED,结合了线性最小化Oracle (LMO)的几何感知更新,显著减少了内存开销。

AdaNAGED通过自适应调节步长和光滑参数,实现了对大规模模型的高效微调。实验结果表明,该方法在OPT-1.3B模型上表现出色,内存效率和收敛速度均优于传统方法。

尽管AdaNAGED在内存效率上有显著提升,但在某些非凸目标上可能表现不佳。未来研究可以进一步优化其自适应机制,并探索更多应用场景。

深度分析

研究背景

大规模语言模型的微调是现代机器学习中的重要任务。传统的梯度优化方法,如SGD和Adam,虽然在性能上表现出色,但其内存开销巨大,尤其是在大规模模型上。无梯度优化提供了一种内存高效的替代方案,但其性能对步长和光滑参数的选择非常敏感。

核心问题

大规模模型微调的核心问题在于内存开销。反向传播需要存储大量中间激活和梯度信息,这在大规模模型上尤为突出。如何在保证性能的同时减少内存使用是一个亟待解决的问题。

核心创新

本文提出的AdaNAGED方法结合了无梯度优化和参数自适应调节,首次将LMO的几何感知更新应用于大规模模型微调,显著减少了内存开销。

方法详解

  • �� 使用线性最小化Oracle实现几何感知更新
  • �� 自适应调节步长和光滑参数
  • �� 通过无梯度优化减少内存开销
  • �� 提供理论收敛保证

实验设计

实验在OPT-1.3B模型上进行,使用SST-2数据集进行微调。与Sign-SGD、Muon和AdaMM进行对比,评估内存效率和收敛速度。

结果分析

AdaNAGED在内存效率和收敛速度上优于传统方法,特别是在内存受限的环境中表现出色。消融实验验证了各组件对整体性能的贡献。

应用场景

该方法适用于需要高效微调的大规模语言模型,特别是在内存受限的环境中。其自适应参数调节机制减少了任务特定调优的需求。

局限与展望

AdaNAGED在某些非凸目标上可能表现不佳,且对初始参数选择敏感。未来研究可以进一步优化其自适应机制。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房里做饭。传统的方法就像需要记住每个步骤的详细配方,而AdaNAGED就像一个聪明的助手,它能根据食材的变化自动调整配方,不需要你记住所有细节。这不仅节省了你的脑力,还让你能更快地做出美味的菜肴。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个游戏,传统的方法就像你必须记住每个关卡的每个细节,而AdaNAGED就像一个智能助手,它能根据你的游戏进度自动调整策略,让你更轻松地通关。这不仅让游戏更有趣,还让你有更多时间去探索新关卡!

术语表

无梯度优化 (Zeroth-order Optimization)

一种不依赖梯度信息的优化方法,通过函数值评估来进行优化。

用于减少大规模模型微调中的内存开销。

参数自适应 (Parameter-free)

无需预先设定问题依赖常数的优化方法,能自适应调整算法参数。

减少了任务特定调优的需求。

线性最小化Oracle (LMO)

一种用于实现几何感知更新的方法,通过线性最小化实现参数块的结构化更新。

用于大规模模型的几何感知更新。

光滑参数 (Smoothing Parameter)

用于无梯度优化中的参数,影响梯度近似的偏差和稳定性。

在无梯度优化中自适应调整。

OPT-1.3B模型

一个大规模语言模型,用于验证AdaNAGED方法的有效性。

实验中用于评估内存效率和收敛速度。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在非凸目标上提高AdaNAGED的性能?需要进一步研究其在不同任务上的自适应机制。
  • 2 如何在更大规模的模型上验证AdaNAGED的有效性?需要更大规模的实验验证。

应用场景

近期应用

大规模语言模型微调

AdaNAGED适用于需要高效微调的大规模语言模型,特别是在内存受限的环境中。

远期愿景

通用优化框架

未来可将AdaNAGED扩展为通用的优化框架,应用于更多领域的优化问题。

原文摘要

Fine-tuning large language models (LLMs) has become a central application of modern optimization, enabling pretrained models to adapt to diverse downstream tasks and domain-specific data. A major obstacle in large-scale fine-tuning is the memory overhead of backpropagation, which requires storing activations, gradients, and optimizer states. Zeroth-order (ZO) optimization offers a memory-efficient alternative, but its performance is highly sensitive to the stepsize and smoothing parameter, often requiring costly task-specific tuning. Parameter-free (PF) optimization addresses this issue by adapting algorithmic parameters without prior knowledge of problem-dependent constants. Moreover, large-scale fine-tuning can benefit from geometry-aware updates that account for the heterogeneous structure of parameter blocks, which can be modeled through methods that exploit linear minimization oracle (LMO). In this work, we study PF adaptation for LMO-based ZO optimization and introduce $\texttt{AdaNAGED}$, a method that unifies gradient-free training, adaptive tuning, and non-Euclidean update geometry. We establish convergence guarantees and validate the method on large-scale LLM fine-tuning task with $\texttt{OPT}-1.3\mathrm{B}$ model.

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