使用pytorch实现transformer模型实战案例

时间: 2023-07-30 14:09:04 浏览: 227
好的,下面提供一个使用PyTorch实现Transformer模型的实战案例。 首先,我们需要导入必要的库和模块: ```python import math import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F from torch.autograd import Variable ``` 接着,我们定义一些超参数: ```python d_model = 512 # 模型维度 n_layers = 6 # 层数 n_heads = 8 # 头数 dropout = 0.1 # Dropout概率 ``` 定义位置编码函数: ```python class PositionalEncoding(nn.Module): def __init__(self, d_model, dropout=0.1, max_len=5000): super(PositionalEncoding, self).__init__() self.dropout = nn.Dropout(p=dropout) pe = torch.zeros(max_len, d_model) position = torch.arange(0, max_len).unsqueeze(1).float() div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2).float() * -(math.log(10000.0) / d_model)) pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term) pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term) pe = pe.unsqueeze(0) self.register_buffer('pe', pe) def forward(self, x): x = x + Variable(self.pe[:, :x.size(1)], requires_grad=False) return self.dropout(x) ``` 定义多头自注意力机制模块: ```python class MultiHeadedAttention(nn.Module): def __init__(self, n_heads, d_model, dropout=0.1): super(MultiHeadedAttention, self).__init__() assert d_model % n_heads == 0 self.d_k = d_model // n_heads self.n_heads = n_heads self.linears = nn.ModuleList([nn.Linear(d_model, d_model) for _ in range(4)]) self.dropout = nn.Dropout(p=dropout) def attention(self, q, k, v, mask=None, dropout=None): scores = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1)) / math.sqrt(self.d_k) if mask is not None: scores = scores.masked_fill(mask == 0, -1e9) p_attn = F.softmax(scores, dim=-1) if dropout is not None: p_attn = dropout(p_attn) return torch.matmul(p_attn, v), p_attn def forward(self, query, key, value, mask=None): if mask is not None: mask = mask.unsqueeze(1) nbatches = query.size(0) # 1) Do all the linear projections in batch from d_model => h x d_k query, key, value = [l(x).view(nbatches, -1, self.n_heads, self.d_k).transpose(1, 2) for l, x in zip(self.linears, (query, key, value))] # 2) Apply attention on all the projected vectors in batch. x, attn = self.attention(query, key, value, mask=mask, dropout=self.dropout) # 3) "Concat" using a view and apply a final linear. x = x.transpose(1, 2).contiguous().view(nbatches, -1, self.n_heads * self.d_k) return self.linears[-1](x), attn ``` 定义前馈神经网络模块: ```python class PositionwiseFeedForward(nn.Module): def __init__(self, d_model, d_ff, dropout=0.1): super(PositionwiseFeedForward, self).__init__() self.w_1 = nn.Linear(d_model, d_ff) self.w_2 = nn.Linear(d_ff, d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x): return self.w_2(self.dropout(F.relu(self.w_1(x)))) ``` 定义一个Transformer层模块: ```python class TransformerLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, dropout=0.1): super(TransformerLayer, self).__init__() self.self_attn = MultiHeadedAttention(n_heads, d_model, dropout=dropout) self.feed_forward = PositionwiseFeedForward(d_model, d_model*4, dropout=dropout) self.sublayer = nn.ModuleList([SublayerConnection(d_model, dropout=dropout) for _ in range(2)]) self.d_model = d_model def forward(self, x, mask): x, _ = self.self_attn(x, x, x, mask=mask) x = self.sublayer[0](x, lambda x: self.self_attn(x, x, x, mask=mask)) x = self.sublayer[1](x, self.feed_forward) return x ``` 定义一个包含若干个Transformer层的Transformer模块: ```python class Transformer(nn.Module): def __init__(self, n_layers, d_model, n_heads, dropout=0.1): super(Transformer, self).__init__() self.layers = nn.ModuleList([TransformerLayer(d_model, n_heads, dropout=dropout) for _ in range(n_layers)]) self.norm = nn.LayerNorm(d_model) def forward(self, x, mask): for layer in self.layers: x = layer(x, mask) return self.norm(x) ``` 定义一个SublayerConnection模块,用于连接子层: ```python class SublayerConnection(nn.Module): def __init__(self, size, dropout=0.1): super(SublayerConnection, self).__init__() self.norm = nn.LayerNorm(size) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, sublayer): return x + self.dropout(sublayer(self.norm(x))) ``` 最后,我们可以使用这些模块来构建一个Transformer模型: ```python class TransformerModel(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, d_model, n_layers, n_heads, dropout=0.1): super(TransformerModel, self).__init__() self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, d_model) self.pos_encoder = PositionalEncoding(d_model, dropout=dropout) self.transformer = Transformer(n_layers, d_model, n_heads, dropout=dropout) self.decoder = nn.Linear(d_model, vocab_size) self.init_weights() def init_weights(self): initrange = 0.1 self.embedding.weight.data.uniform_(-initrange, initrange) self.decoder.bias.data.zero_() self.decoder.weight.data.uniform_(-initrange, initrange) def forward(self, src, mask): src = self.embedding(src) src = self.pos_encoder(src) output = self.transformer(src, mask) output = self.decoder(output) return output ``` 以上就是使用PyTorch实现Transformer模型的实战案例。可以根据具体的需求进行修改和扩展。
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