用python复现torch.nn.MultiheadAttention中参数key_padding_mask的功能

要复现`torch.nn.MultiheadAttention`中`key_padding_mask`参数的功能，你可以使用torch.masked_fill函数。以下是一个示例代码：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class MultiheadAttention(nn.Module):
    def __init__(self, embed_dim, num_heads):
        super(MultiheadAttention, self).__init__()
        self.embed_dim = embed_dim
        self.num_heads = num_heads
        
        # 线性变换层
        self.q_linear = nn.Linear(embed_dim, embed_dim)
        self.k_linear = nn.Linear(embed_dim, embed_dim)
        self.v_linear = nn.Linear(embed_dim, embed_dim)
        
        # 输出线性层
        self.out_linear = nn.Linear(embed_dim, embed_dim)
        
    def forward(self, query, key, value, key_padding_mask=None):
        batch_size = query.size(0)
        seq_len = query.size(1)
        
        # 线性变换
        query = self.q_linear(query)
        key = self.k_linear(key)
        value = self.v_linear(value)
        
        # 改变形状以便多头注意力计算
        query = query.view(batch_size * self.num_heads, seq_len, self.embed_dim // self.num_heads)
        key = key.view(batch_size * self.num_heads, -1, self.embed_dim // self.num_heads)
        value = value.view(batch_size * self.num_heads, -1, self.embed_dim // self.num_heads)
        
        # 计算注意力得分
        scores = torch.bmm(query, key.transpose(1, 2))
        
        if key_padding_mask is not None:
            key_padding_mask = key_padding_mask.unsqueeze(1).unsqueeze(2)
            scores = scores.masked_fill(key_padding_mask, float('-inf'))
        
        # 注意力权重归一化
        attn_weights = F.softmax(scores, dim=-1)
        
        # 加权求和
        attn_output = torch.bmm(attn_weights, value)
        
        # 恢复形状
        attn_output = attn_output.view(batch_size, seq_len, self.embed_dim)
        
        # 输出线性变换
        attn_output = self.out_linear(attn_output)
        
        return attn_output

在上述代码中，我们在`forward`方法中添加了一个名为`key_padding_mask`的参数。在计算注意力得分之前，我们将`key_padding_mask`进行扩展和形状调整，以使其与注意力得分的形状相匹配。然后，我们使用torch.masked_fill函数将`key_padding_mask`中为True的位置对应的注意力得分设置为负无穷（-inf），以进行屏蔽。最后，我们继续进行注意力权重归一化、加权求和等操作。

请注意，这个实现是一个简化版本，并没有包含所有的细节和优化。如果需要更完整和高效的实现，可以参考PyTorch官方文档或其他相关资源。