Transformer详解：自注意力机制与深度学习应用

Transformer是一种革命性的神经网络架构，最初由 Vaswani 等人在2017年的论文《Attention is All You Need》中提出，主要用于自然语言处理（NLP）任务，如机器翻译和文本生成。它基于自注意力机制（Self-Attention），这是一个核心组件，允许模型关注输入序列中的不同部分，而非仅仅依赖于固定长度的上下文窗口。 在Transformer组会上，汇报人杨威于2022年9月14日讨论了Self-attention的原理。Self-attention的基本思想是，每个输入元素（称为query，用Q表示）都会与其他所有元素（称为key，用K表示）进行点积计算，生成一个注意力得分。这个得分经过softmax函数处理，使得得分被归一化，以便所有元素的总和为1，反映了query对其他元素的“注意力”程度。同时，每个元素还关联着一个值（value，用V表示），这些值会在根据注意力得分加权后相加，形成对query的响应。 在更复杂的模型中，如Transformer，Q、K和V通常会被映射到不同的特征空间，通过线性变换（例如，用WQ、WK和WV表示）来提高模型的表达能力。这样做的目的是为了使模型能够更好地捕捉输入的不同方面，并且允许对于输入的不同部分赋予不同的注意力权重。 与传统的循环神经网络（RNN）如LSTM不同，Transformer避免了长序列处理中的梯度消失和梯度爆炸问题，因为它具有并行计算的能力，可以直接处理整个序列，无需逐个时间步进行计算。然而，当Self-Attention模型应用于大规模数据时，softmax层可能会导致softmax分配过于集中在某个最大值上，特别是当某些维度的值数量级较大时，这可能导致梯度消失问题。为了解决这个问题，研究人员通常采用技巧如添加正则化项或使用其他注意力机制变体，如位置编码或多头注意力（Multi-Head Attention），来平衡模型的性能和训练稳定性。 Transformer组会PPT的核心内容涵盖了Transformer模型的自注意力机制，包括其计算流程（查询、键和值的交互）、如何利用softmax进行注意力分布以及如何通过变换和多头注意力改善模型的性能。此外，它还强调了Transformer在处理长序列依赖问题上的优势，以及与传统模型如LSTM的比较。