详细介绍transformer中的self-attention机制

时间: 2023-12-02 08:02:23 浏览: 128
Transformer模型中的self-attention机制是其核心组成部分之一。self-attention机制可以使模型更好地理解输入序列中的上下文关系,从而提高模型的性能。 self-attention机制的主要思想是将输入序列中的每个元素都看作是查询(key)、键(key)和值(value)三个向量的线性组合,然后计算每个查询向量与所有键向量的相似度,并将相似度作为权重计算出每个键向量对应的值向量的加权和,最终得到一个加权和向量。这个加权和向量就是输入序列中每个元素的表示。 具体来说,self-attention机制可以分为三个步骤: 1. 计算相似度 通过计算查询向量和键向量之间的点积得到相似度矩阵,然后对相似度矩阵进行缩放,从而避免梯度消失问题。 2. 计算权重 通过将相似度矩阵进行softmax操作,得到每个键向量对应的权重,这个权重代表了查询向量与该键向量的相似度。 3. 计算加权和 将每个值向量乘以对应的权重,然后将它们加起来,得到最终的加权和向量。 在Transformer模型中,self-attention机制被应用于多头注意力机制中,通过将输入序列划分为多个子序列,每个子序列都使用单独的self-attention机制进行编码,然后将所有子序列的编码结果拼接起来,得到最终的编码结果。 总之,self-attention机制通过计算输入序列中每个元素之间的关系,从而获得更好的上下文表示,进而提高模型的性能。
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创建attention mask是为了应用transformer中的self-attention机制吗

是的,创建attention mask是为了应用transformer中的self-attention机制。在Transformer模型中,self-attention层利用输入序列中每个单词之间的关系来计算注意力权重,以便更好地捕捉序列中的重要信息。为了确保self-attention层只关注输入序列中的有用信息,我们需要创建一个attention mask来指定哪些单词需要被忽略或屏蔽。这样,模型就可以在计算注意力权重时跳过这些无用的单词,只关注有用的信息。

Transformer and Self-Attention Pytorch代码

以下是使用PyTorch实现Transformer和Self-Attention的示例代码: ## Self-Attention ```python import torch import torch.nn as nn class SelfAttention(nn.Module): def __init__(self, embed_size, heads): super(SelfAttention, self).__init__() self.embed_size = embed_size self.heads = heads self.head_dim = embed_size // heads assert (self.head_dim * heads == embed_size), "Embed size needs to be divisible by heads" self.values = nn.Linear(self.head_dim, self.head_dim, bias=False) self.keys = nn.Linear(self.head_dim, self.head_dim, bias=False) self.queries = nn.Linear(self.head_dim, self.head_dim, bias=False) self.fc_out = nn.Linear(heads * self.head_dim, embed_size) def forward(self, values, keys, queries, mask): # Get number of training examples N = queries.shape[0] value_len, key_len, query_len = values.shape[1], keys.shape[1], queries.shape[1] # Split embedding into self.heads pieces values = values.reshape(N, value_len, self.heads, self.head_dim) keys = keys.reshape(N, key_len, self.heads, self.head_dim) queries = queries.reshape(N, query_len, self.heads, self.head_dim) # Transpose to get dimensions batch_size * self.heads * seq_len * self.head_dim values = values.permute(0, 2, 1, 3) keys = keys.permute(0, 2, 1, 3) queries = queries.permute(0, 2, 1, 3) # Calculate energy energy = torch.matmul(queries, keys.permute(0, 1, 3, 2)) if mask is not None: energy = energy.masked_fill(mask == 0, float("-1e20")) # Apply softmax to get attention scores attention = torch.softmax(energy / (self.embed_size ** (1/2)), dim=-1) # Multiply attention scores with values out = torch.matmul(attention, values) # Concatenate and linearly transform output out = out.permute(0, 2, 1, 3).reshape(N, query_len, self.heads * self.head_dim) out = self.fc_out(out) return out ``` ## Transformer ```python import torch import torch.nn as nn from torch.nn.modules.activation import MultiheadAttention class TransformerBlock(nn.Module): def __init__(self, embed_size, heads, dropout, forward_expansion): super(TransformerBlock, self).__init__() self.attention = MultiheadAttention(embed_dim=embed_size, num_heads=heads) self.norm1 = nn.LayerNorm(embed_size) self.norm2 = nn.LayerNorm(embed_size) self.feed_forward = nn.Sequential( nn.Linear(embed_size, forward_expansion * embed_size), nn.ReLU(), nn.Linear(forward_expansion * embed_size, embed_size) ) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, value, key, query, mask): attention_output, _ = self.attention(query, key, value, attn_mask=mask) x = self.dropout(self.norm1(attention_output + query)) forward_output = self.feed_forward(x) out = self.dropout(self.norm2(forward_output + x)) return out class Encoder(nn.Module): def __init__(self, src_vocab_size, embed_size, num_layers, heads, device, forward_expansion, dropout, max_length): super(Encoder, self).__init__() self.embed_size = embed_size self.device = device self.word_embedding = nn.Embedding(src_vocab_size, embed_size) self.position_embedding = nn.Embedding(max_length, embed_size) self.layers = nn.ModuleList([ TransformerBlock(embed_size, heads, dropout, forward_expansion) for _ in range(num_layers) ]) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, mask): N, seq_length = x.shape positions = torch.arange(0, seq_length).expand(N, seq_length).to(self.device) out = self.dropout(self.word_embedding(x) + self.position_embedding(positions)) for layer in self.layers: out = layer(out, out, out, mask) return out class DecoderBlock(nn.Module): def __init__(self, embed_size, heads, forward_expansion, dropout, device): super(DecoderBlock, self).__init__() self.norm = nn.LayerNorm(embed_size) self.attention = MultiheadAttention(embed_size, heads) self.transformer_block = TransformerBlock(embed_size, heads, dropout, forward_expansion) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, value, key, src_mask, trg_mask): attention_output, _ = self.attention(x, x, x, attn_mask=trg_mask) query = self.dropout(self.norm(attention_output + x)) out = self.transformer_block(value, key, query, src_mask) return out class Decoder(nn.Module): def __init__(self, trg_vocab_size, embed_size, num_layers, heads, forward_expansion, dropout, device, max_length): super(Decoder, self).__init__() self.embed_size = embed_size self.device = device self.word_embedding = nn.Embedding(trg_vocab_size, embed_size) self.position_embedding = nn.Embedding(max_length, embed_size) self.layers = nn.ModuleList([ DecoderBlock(embed_size, heads, forward_expansion, dropout, device) for _ in range(num_layers) ]) self.fc_out = nn.Linear(embed_size, trg_vocab_size) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, enc_out, src_mask, trg_mask): N, seq_length = x.shape positions = torch.arange(0, seq_length).expand(N, seq_length).to(self.device) x = self.dropout(self.word_embedding(x) + self.position_embedding(positions)) for layer in self.layers: x = layer(x, enc_out, enc_out, src_mask, trg_mask) out = self.fc_out(x) return out ``` 这些代码可以用于实现Transformer和Self-Attention模型。但这只是示例,你需要根据你的数据和任务来调整这些代码中的各种超参数和结构。
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