本文主要是介绍NL2SQL进阶系列(1)：DB-GPT-Hub、SQLcoder、Text2SQL开源应用实践详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
1. MindSQL(库)
MindSQL 是一个 Python RAG（检索增强生成）库，旨在仅使用几行代码来简化用户与其数据库之间的交互。 MindSQL 与 PostgreSQL、MySQL、SQLite 等知名数据库无缝集成，还通过扩展核心类，将其功能扩展到 Snowflake、BigQuery 等主流数据库。 该库利用 GPT-4、Llama 2、Google Gemini 等大型语言模型 (LLM)，并支持 ChromaDB 和 Fais 等知识库。
官方链接：https://pypi.org/project/mindsql/
https://github.com/Mindinventory/MindSQL
- 使用案例
代码语言：javascript
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#!pip install mindsqlfrom mindsql.core import MindSQLCore
from mindsql.databases import Sqlite
from mindsql.llms import GoogleGenAi
from mindsql.vectorstores import ChromaDB#Add Your Configurations
config = {"api_key": "YOUR-API-KEY"}#Choose the Vector Store. LLM and DB You Want to Work With And
#Create MindSQLCore Instance With Configured Llm, Vectorstore, And Database
minds = MindSQLCore(llm=GoogleGenAi(config=config),vectorstore=ChromaDB(),database=Sqlite()
)#Create a Database Connection Using The Specified URL
connection = minds.database.create_connection(url="YOUR_DATABASE_CONNECTION_URL")#Index All Data Definition Language (DDL) Statements in The Specified Database Into The Vectorstore
minds.index_all_ddls(connection=connection, db_name='NAME_OF_THE_DB')#Index Question-Sql Pair in Bulk From the Specified Example Path
minds.index(bulk=True, path="your-qsn-sql-example.json")#Ask a Question to The Database And Visualize The Result
response = minds.ask_db(question="YOUR_QUESTION",connection=connection,visualize=True
)#Extract And Display The Chart From The Response
chart = response["chart"]
chart.show()#Close The Connection to Your DB
connection.close()
2.DB-GPT-Hub:利用LLMs实现Text-to-SQL微调
DB-GPT-Hub是一个利用LLMs实现Text-to-SQL解析的实验项目，主要包含数据集收集、数据预处理、模型选择与构建和微调权重等步骤，通过这一系列的处理可以在提高Text-to-SQL能力的同时降低模型训练成本，让更多的开发者参与到Text-to-SQL的准确度提升工作当中，最终实现基于数据库的自动问答能力，让用户可以通过自然语言描述完成复杂数据库的查询操作等工作。
2.1、数据集
本项目案例数据主要以Spider数据集为示例 ：
- Spider: 一个跨域的复杂text2sql数据集，包含了10,181条自然语言问句、分布在200个独立数据库中的5,693条SQL，内容覆盖了138个不同的领域。下载链接
其他数据集：
- WikiSQL: 一个大型的语义解析数据集，由80,654个自然语句表述和24,241张表格的sql标注构成。WikiSQL中每一个问句的查询范围仅限于同一张表，不包含排序、分组、子查询等复杂操作。
- CHASE: 一个跨领域多轮交互text2sql中文数据集，包含5459个多轮问题组成的列表，一共17940个<query, SQL>二元组，涉及280个不同领域的数据库。
- BIRD-SQL：数据集是一个英文的大规模跨领域文本到SQL基准测试，特别关注大型数据库内容。该数据集包含12,751对文本到SQL数据对和95个数据库，总大小为33.4GB，跨越37个职业领域。BIRD-SQL数据集通过探索三个额外的挑战，即处理大规模和混乱的数据库值、外部知识推理和优化SQL执行效率，缩小了文本到SQL研究与实际应用之间的差距。
- CoSQL:是一个用于构建跨域对话文本到sql系统的语料库。它是Spider和SParC任务的对话版本。CoSQL由30k+回合和10k+带注释的SQL查询组成，这些查询来自Wizard-of-Oz的3k个对话集合，查询了跨越138个领域的200个复杂数据库。每个对话都模拟了一个真实的DB查询场景，其中一个工作人员作为用户探索数据库，一个SQL专家使用SQL检索答案，澄清模棱两可的问题，或者以其他方式通知。
- 按照NSQL的处理模板，对数据集做简单处理，共得到约20w条训练数据
2.2、基座模型
DB-GPT-HUB目前已经支持的base模型有：
- CodeLlama
- Baichuan2
- LLaMa/LLaMa2
- Falcon
- Qwen
- XVERSE
- ChatGLM2
- ChatGLM3
- internlm
- Falcon
- sqlcoder-7b(mistral)
- sqlcoder2-15b(starcoder)
模型可以基于quantization_bit为4的量化微调(QLoRA)所需的最低硬件资源,可以参考如下：
| 模型参数 | GPU RAM | CPU RAM | DISK |
|---|---|---|---|
| 7b | 6GB | 3.6GB | 36.4GB |
| 13b | 13.4GB | 5.9GB | 60.2GB |
其中相关参数均设置的为最小，batch_size为1，max_length为512。根据经验，如果计算资源足够，为了效果更好，建议相关长度值设置为1024或者2048。
2.3 快速使用
- 环境安装
代码语言：javascript
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git clone https://github.com/eosphoros-ai/DB-GPT-Hub.git
cd DB-GPT-Hub
conda create -n dbgpt_hub python=3.10
conda activate dbgpt_hub
pip install poetry
poetry install
2.3.1 数据预处理
DB-GPT-Hub使用的是信息匹配生成法进行数据准备，即结合表信息的 SQL + Repository 生成方式，这种方式结合了数据表信息，能够更好地理解数据表的结构和关系，适用于生成符合需求的 SQL 语句。
从spider数据集链接 下载spider数据集，默认将数据下载解压后，放在目录dbgpt_hub/data下面，即路径为dbgpt_hub/data/spider。
数据预处理部分，只需运行如下脚本即可：
代码语言：javascript
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##生成train数据 和dev(eval)数据,
poetry run sh dbgpt_hub/scripts/gen_train_eval_data.sh
在dbgpt_hub/data/目录你会得到新生成的训练文件example_text2sql_train.json 和测试文件example_text2sql_dev.json ，数据量分别为8659和1034条。 对于后面微调时的数据使用在dbgpt_hub/data/dataset_info.json中将参数file_name值给为训练集的文件名，如example_text2sql_train.json。
生成的json中的数据形如：
代码语言：javascript
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{"db_id": "department_management","instruction": "I want you to act as a SQL terminal in front of an example database, you need only to return the sql command to me.Below is an instruction that describes a task, Write a response that appropriately completes the request.\n\"\n##Instruction:\ndepartment_management contains tables such as department, head, management. Table department has columns such as Department_ID, Name, Creation, Ranking, Budget_in_Billions, Num_Employees. Department_ID is the primary key.\nTable head has columns such as head_ID, name, born_state, age. head_ID is the primary key.\nTable management has columns such as department_ID, head_ID, temporary_acting. department_ID is the primary key.\nThe head_ID of management is the foreign key of head_ID of head.\nThe department_ID of management is the foreign key of Department_ID of department.\n\n","input": "###Input:\nHow many heads of the departments are older than 56 ?\n\n###Response:","output": "SELECT count(*) FROM head WHERE age > 56","history": []},
项目的数据处理代码中已经嵌套了chase 、cosql、sparc的数据处理，可以根据上面链接将数据集下载到data路径后，在dbgpt_hub/configs/config.py中将 SQL_DATA_INFO中对应的代码注释松开即可。
2.3.2 快速开始
首先，用如下命令安装dbgpt-hub：
pip install dbgpt-hub
然后，指定参数并用几行代码完成整个Text2SQL fine-tune流程：
代码语言：javascript
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from dbgpt_hub.data_process import preprocess_sft_data
from dbgpt_hub.train import start_sft
from dbgpt_hub.predict import start_predict
from dbgpt_hub.eval import start_evaluate#配置训练和验证集路径和参数
data_folder = "dbgpt_hub/data"
data_info = [{"data_source": "spider","train_file": ["train_spider.json", "train_others.json"],"dev_file": ["dev.json"],"tables_file": "tables.json","db_id_name": "db_id","is_multiple_turn": False,"train_output": "spider_train.json","dev_output": "spider_dev.json",}
]#配置fine-tune参数
train_args = {"model_name_or_path": "codellama/CodeLlama-13b-Instruct-hf","do_train": True,"dataset": "example_text2sql_train","max_source_length": 2048,"max_target_length": 512,"finetuning_type": "lora","lora_target": "q_proj,v_proj","template": "llama2","lora_rank": 64,"lora_alpha": 32,"output_dir": "dbgpt_hub/output/adapter/CodeLlama-13b-sql-lora","overwrite_cache": True,"overwrite_output_dir": True,"per_device_train_batch_size": 1,"gradient_accumulation_steps": 16,"lr_scheduler_type": "cosine_with_restarts","logging_steps": 50,"save_steps": 2000,"learning_rate": 2e-4,"num_train_epochs": 8,"plot_loss": True,"bf16": True,
}#配置预测参数
predict_args = {"model_name_or_path": "codellama/CodeLlama-13b-Instruct-hf","template": "llama2","finetuning_type": "lora","checkpoint_dir": "dbgpt_hub/output/adapter/CodeLlama-13b-sql-lora","predict_file_path": "dbgpt_hub/data/eval_data/dev_sql.json","predict_out_dir": "dbgpt_hub/output/","predicted_out_filename": "pred_sql.sql",
}#配置评估参数
evaluate_args = {"input": "./dbgpt_hub/output/pred/pred_sql_dev_skeleton.sql","gold": "./dbgpt_hub/data/eval_data/gold.txt","gold_natsql": "./dbgpt_hub/data/eval_data/gold_natsql2sql.txt","db": "./dbgpt_hub/data/spider/database","table": "./dbgpt_hub/data/eval_data/tables.json","table_natsql": "./dbgpt_hub/data/eval_data/tables_for_natsql2sql.json","etype": "exec","plug_value": True,"keep_distict": False,"progress_bar_for_each_datapoint": False,"natsql": False,
}#执行整个Fine-tune流程
preprocess_sft_data(data_folder = data_folder,data_info = data_info
)start_sft(train_args)
start_predict(predict_args)
start_evaluate(evaluate_args)
2.3.3、模型微调
本项目微调不仅能支持QLoRA和LoRA法，还支持deepseed。 可以运行以下命令来微调模型，默认带着参数--quantization_bit 为QLoRA的微调方式，如果想要转换为lora的微调，只需在脚本中去掉quantization_bit参数即可。
默认QLoRA微调，运行命令：
代码语言：javascript
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poetry run sh dbgpt_hub/scripts/train_sft.sh
微调后的模型权重会默认保存到adapter文件夹下面，即dbgpt_hub/output/adapter目录中。
如果使用多卡训练，想要用deepseed ，则将train_sft.sh中默认的内容进行更改，
调整为：
代码语言：javascript
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CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python dbgpt_hub/train/sft_train.py \--quantization_bit 4 \...
更改为：
代码语言：javascript
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deepspeed --num_gpus 2 dbgpt_hub/train/sft_train.py \--deepspeed dbgpt_hub/configs/ds_config.json \--quantization_bit 4 \...
如果需要指定对应的显卡id而不是默认的前两个如3,4，可以如下
代码语言：javascript
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deepspeed --include localhost:3,4 dbgpt_hub/train/sft_train.py \--deepspeed dbgpt_hub/configs/ds_config.json \--quantization_bit 4 \...
其他省略(…)的部分均保持一致即可。 如果想要更改默认的deepseed配置，进入 dbgpt_hub/configs 目录，在ds_config.json 更改即可，默认为stage2的策略。
脚本中微调时不同模型对应的关键参数lora_target 和 template，如下表：
| 模型名 | lora_target | template |
|---|---|---|
| LLaMA-2 | q_proj,v_proj | llama2 |
| CodeLlama-2 | q_proj,v_proj | llama2 |
| Baichuan2 | W_pack | baichuan2 |
| Qwen | c_attn | chatml |
| sqlcoder-7b | q_proj,v_proj | mistral |
| sqlcoder2-15b | c_attn | default |
| InternLM | q_proj,v_proj | intern |
| XVERSE | q_proj,v_proj | xverse |
| ChatGLM2 | query_key_value | chatglm2 |
| LLaMA | q_proj,v_proj | - |
| BLOOM | query_key_value | - |
| BLOOMZ | query_key_value | - |
| Baichuan | W_pack | baichuan |
| Falcon | query_key_value | - |
train_sft.sh中其他关键参数含义：
quantization_bit：是否量化，取值为4或者8 model_name_or_path： LLM模型的路径 dataset： 取值为训练数据集的配置名字，对应在dbgpt_hub/data/dataset_info.json 中外层key值，如example_text2sql。 max_source_length： 输入模型的文本长度，如果计算资源支持，可以尽能设大，如1024或者2048。 max_target_length： 输出模型的sql内容长度，设置为512一般足够。 output_dir ： SFT微调时Peft模块输出的路径，默认设置在dbgpt_hub/output/adapter/路径下 。 per_device_train_batch_size ： batch的大小，如果计算资源支持，可以设置为更大，默认为1。 gradient_accumulation_steps ： 梯度更新的累计steps值 save_steps ： 模型保存的ckpt的steps大小值，默认可以设置为100。 num_train_epochs ： 训练数据的epoch数
2.3.4、模型预测
项目目录下./dbgpt_hub/下的output/pred/，此文件路径为关于模型预测结果默认输出的位置(如果没有则建上)。
预测运行命令：
代码语言：javascript
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poetry run sh ./dbgpt_hub/scripts/predict_sft.sh
脚本中默认带着参数--quantization_bit 为QLoRA的预测，去掉即为LoRA的预测方式。
其中参数predicted_input_filename 为要预测的数据集文件， --predicted_out_filename 的值为模型预测的结果文件名。默认结果保存在dbgpt_hub/output/pred目录。
2.3.5、模型权重
可以从Huggingface查看社区上传的第二版Peft模块权重huggingface地址 (202310) ,在spider评估集上的执行准确率达到0.789。
- 模型和微调权重合并 如果你需要将训练的基础模型和微调的Peft模块的权重合并，导出一个完整的模型。则运行如下模型导出脚本：
代码语言：javascript
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poetry run sh ./dbgpt_hub/scripts/export_merge.sh
注意将脚本中的相关参数路径值替换为你项目所对应的路径。
2.3.6、模型评估
对于模型在数据集上的效果评估,默认为在spider数据集上。
运行以下命令来：
代码语言：javascript
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poetry run python dbgpt_hub/eval/evaluation.py --plug_value --input Your_model_pred_file
你可以在这里找到最新的评估和实验结果。
注意： 默认的代码中指向的数据库为从Spider官方网站下载的大小为95M的database，如果你需要使用基于Spider的test-suite中的数据库(大小1.27G)，请先下载链接中的数据库到自定义目录，并在上述评估命令中增加参数和值，形如--db Your_download_db_path。
2.4 小结
整个过程会分为三个阶段：
- 阶段一:
代码语言：txt
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- 搭建基本框架，基于数个大模型打通从数据处理、模型SFT训练、预测输出和评估的整个流程 现在支持- CodeLlama- Baichuan2- LLaMa/LLaMa2- Falcon- Qwen- XVERSE- ChatGLM2- ChatGLM3- internlm- sqlcoder-7b(mistral)- sqlcoder2-15b(starcoder)阶段二:
代码语言：txt
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- 优化模型效果，支持更多不同模型进行不同方式的微调。
- 对`prompt`优化
- 放出评估效果，和优化后的还不错的模型，并且给出复现教程(见微信公众号EosphorosAI)阶段三：
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- 推理速度优化提升
- 业务场景和中文效果针对性优化提升
3.sqlcoder
官方链接：https://github.com/defog-ai/sqlcoder
Defog组织提出的先进的Text-to-SQL的大模型，表现亮眼，效果优于GPT3.5、wizardcoder和starcoder等，仅次于GPT4。
将每个生成的问题分为6类。该表显示了每个模型正确回答问题的百分比，并按类别进行了细分。
4.modal_finetune_sql
项目基于LLaMa 2 7b模型进行Text-to-SQL微调，有完整的训练、微调、评估流程。
链接：https://github.com/run-llama/modal_finetune_sql
5.LLaMA-Efficient-Tuning
这是一个易于使用的LLM微调框架，支持LLaMA-2、BLOOM、Falcon、Baichuan、Qwen、ChatGLM2等。
链接：https://github.com/hiyouga/LLaMA-Factory/tree/main
- 多种模型：LLaMA、Mistral、Mixtral-MoE、Qwen、Yi、Gemma、Baichuan、ChatGLM、Phi 等等。
- 集成方法：（增量）预训练、指令监督微调、奖励模型训练、PPO 训练、DPO 训练和 ORPO 训练。
- 多种精度：32 比特全参数微调、16 比特冻结微调、16 比特 LoRA 微调和基于 AQLM/AWQ/GPTQ/LLM.int8 的 2/4/8 比特 QLoRA 微调。
- 先进算法：GaLore、DoRA、LongLoRA、LLaMA Pro、LoRA+、LoftQ 和 Agent 微调。
- 实用技巧：FlashAttention-2、Unsloth、RoPE scaling、NEFTune 和 rsLoRA。
- 实验监控：LlamaBoard、TensorBoard、Wandb、MLflow 等等。
- 极速推理：基于 vLLM 的 OpenAI 风格 API、浏览器界面和命令行接口。
- 训练方法
| 方法 | 全参数训练 | 部分参数训练 | LoRA | QLoRA |
|---|---|---|---|---|
| 预训练 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 指令监督微调 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 奖励模型训练 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| PPO 训练 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| DPO 训练 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| ORPO 训练 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
- 可视化使用教学
这篇关于NL2SQL进阶系列(1)：DB-GPT-Hub、SQLcoder、Text2SQL开源应用实践详解的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
