基于transformer的自注意力机制代码 实例

时间: 2023-11-12 18:51:47 浏览: 43
以下是一个基于transformer的自注意力机制的示例代码: ``` import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F class MultiHeadAttention(nn.Module): def __init__(self, d_model, num_heads): super(MultiHeadAttention, self).__init__() self.num_heads = num_heads self.d_model = d_model self.query_projection = nn.Linear(d_model, d_model) self.key_projection = nn.Linear(d_model, d_model) self.value_projection = nn.Linear(d_model, d_model) self.output_projection = nn.Linear(d_model, d_model) def split_heads(self, x, batch_size): x = x.view(batch_size, -1, self.num_heads, self.d_model//self.num_heads) return x.permute(0, 2, 1, 3) def scaled_dot_product_attention(self, query, key, value): dk = torch.sqrt(torch.tensor(self.d_model, dtype=torch.float32)) scores = torch.matmul(query, key.transpose(-2, -1)) / dk attention_weights = F.softmax(scores, dim=-1) output = torch.matmul(attention_weights, value) return output, attention_weights def forward(self, query, key, value, mask=None): batch_size = query.size(0) query = self.query_projection(query) key = self.key_projection(key) value = self.value_projection(value) query = self.split_heads(query, batch_size) key = self.split_heads(key, batch_size) value = self.split_heads(value, batch_size) scaled_attention, attention_weights = self.scaled_dot_product_attention(query, key, value) scaled_attention = scaled_attention.permute(0, 2, 1, 3).contiguous() scaled_attention = scaled_attention.view(batch_size, -1, self.d_model) output = self.output_projection(scaled_attention) return output, attention_weights class TransformerBlock(nn.Module): def __init__(self, d_model, num_heads, dff, dropout_rate=0.1): super(TransformerBlock, self).__init__() self.multi_head_attention = MultiHeadAttention(d_model, num_heads) self.dropout1 = nn.Dropout(dropout_rate) self.normalization1 = nn.LayerNorm(d_model) self.feed_forward = nn.Sequential( nn.Linear(d_model, dff), nn.ReLU(), nn.Linear(dff, d_model) ) self.dropout2 = nn.Dropout(dropout_rate) self.normalization2 = nn.LayerNorm(d_model) def forward(self, x, mask=None): attention_output, _ = self.multi_head_attention(x, x, x, mask) attention_output = self.dropout1(attention_output) normal_output1 = self.normalization1(x + attention_output) feed_forward_output = self.feed_forward(normal_output1) feed_forward_output = self.dropout2(feed_forward_output) normal_output2 = self.normalization2(normal_output1 + feed_forward_output) return normal_output2 class TransformerEncoder(nn.Module): def __init__(self, num_layers, d_model, num_heads, dff, input_vocab_size, maximum_position_encoding, dropout_rate=0.1): super(TransformerEncoder, self).__init__() self.d_model = d_model self.num_layers = num_layers self.embedding = nn.Embedding(input_vocab_size, d_model) self.pos_encoding = self.positional_encoding(maximum_position_encoding, d_model) self.encoder_layers = nn.ModuleList([TransformerBlock(d_model, num_heads, dff, dropout_rate) for _ in range(num_layers)]) def positional_encoding(self, position, d_model): pe = torch.zeros(position, d_model) position = torch.arange(0, position, dtype=torch.float32).unsqueeze(1) 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) return pe def forward(self, x, mask=None): seq_len = x.size(1) x = self.embedding(x) x *= torch.sqrt(torch.tensor(self.d_model, dtype=torch.float32)) x += self.pos_encoding[:, :seq_len, :] x = F.dropout(x, p=dropout_rate, training=self.training) for i in range(self.num_layers): x = self.encoder_layers[i](x, mask) return x class Transformer(nn.Module): def __init__(self, num_layers, d_model, num_heads, dff, input_vocab_size, maximum_position_encoding, target_vocab_size, dropout_rate=0.1): super(Transformer, self).__init__() self.encoder = TransformerEncoder(num_layers, d_model, num_heads, dff, input_vocab_size, maximum_position_encoding, dropout_rate) self.decoder_embedding = nn.Embedding(target_vocab_size, d_model) self.pos_encoding = self.positional_encoding(maximum_position_encoding, d_model) self.decoder_layers = nn.ModuleList([TransformerBlock(d_model, num_heads, dff, dropout_rate) for _ in range(num_layers)]) self.output_projection = nn.Linear(d_model, target_vocab_size) def positional_encoding(self, position, d_model): pe = torch.zeros(position, d_model) position = torch.arange(0, position, dtype=torch.float32).unsqueeze(1) 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) return pe def forward(self, x, y, mask=None): encoder_output = self.encoder(x, mask) seq_len = y.size(1) y = self.decoder_embedding(y) y *= torch.sqrt(torch.tensor(d_model, dtype=torch.float32)) y += self.pos_encoding[:, :seq_len, :] y = F.dropout(y, p=dropout_rate, training=self.training) for i in range(num_layers): y = self.decoder_layers[i](y, mask, encoder_output) output = self.output_projection(y) return output ``` 这个示例代码定义了一个MultiHeadAttention模块和TransformerBlock模块,这些模块用于自注意力机制的实现。TransformerEncoder模块和Transformer模块是用于实现完整的transformer的编码器和解码器。这个示例代码是基于PyTorch实现的,可以用于训练和预测任务。

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