Transformer模型是自然语言处理(NLP)领域的一个里程碑式创新,由Google的研究团队在2017年的论文《Attention is All You Need》中提出。它彻底改变了传统的序列模型,如RNN(循环神经网络)和LSTM(长短期记忆网络),通过引入自注意力机制(Self-Attention)和多头注意力(Multi-Head Attention)来处理序列数据,极大地提高了并行计算效率,并在机器翻译等任务上取得了卓越性能。
Transformer的核心是自注意力机制。传统的RNN和LSTM等模型由于其序列依赖性,无法充分利用现代硬件的并行计算能力。而自注意力机制允许模型同时考虑输入序列中的所有元素,不再受顺序限制。每个位置的词向量可以基于整个序列的上下文进行计算,这使得Transformer能够更有效地捕捉长距离依赖关系。
自注意力机制由查询(Query)、键(Key)和值(Value)三个部分组成。对于一个序列中的每个元素,它都会计算与其他元素之间的相似度,生成权重,然后根据这些权重加权求和得到新的表示。这样,每个位置都能“关注”到序列中的其他位置,从而获取全局信息。
接下来是多头注意力,这是对自注意力的一种扩展,旨在捕捉不同方面的信息。多头注意力将自注意力过程分成多个独立的“头”,每个头可以学习不同的注意力模式。这些头的输出会被拼接起来,通过线性变换整合成最终的表示,增强了模型的表达能力。
Transformer的结构主要由编码器(Encoder)和解码器(Decoder)两部分组成。编码器负责处理输入序列,通过多层自注意力和前馈神经网络(Feed-Forward Network)进行信息提取和转换;解码器则在编码器的基础上进一步生成输出序列,同时为了避免当前位置看到未来信息,引入了掩码机制。
BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)是基于Transformer架构的预训练模型,由Google在2018年推出。与传统的单向语言模型不同,BERT首次实现了双向Transformer,即在预训练阶段同时考虑了左侧和右侧的上下文信息。这一改进显著提升了模型在下游任务上的性能。BERT通过两个主要的预训练任务——Masked Language Modeling(MLM)和Next Sentence Prediction(NSP)进行训练,然后在特定任务上进行微调。
总结来说,Transformer模型通过自注意力机制和多头注意力提供了一种高效且强大的序列建模方法,不仅在机器翻译领域取得了突破,还广泛应用于问答系统、文本分类、情感分析等众多NLP任务。而BERT则在此基础上进一步优化,通过双向预训练提升了模型对语言的理解深度,成为当前NLP领域的基础模型之一。