Transformer

RNN的缺陷:梯度消失问题;核心原因:递归的方式

RNN相关算法只能从左向右依次计算或者从右向左依次计算,这种机制带来了两个问题:

1. 时间片 的计算依赖 t−1 时刻的计算结果,这样限制了模型的并行能力

2. 顺序计算的过程中信息会丢失,尽管LSTM等门机制的结构一定程度上缓解了长期依赖的问题,但是对于特别长期的依赖现象,LSTM依旧无能为力

Transformer的优势:

1. 首先它使用了Attention机制,将序列中的任意两个位置之间的距离缩小为一个常量;

2. 其次它不是类似RNN的顺序结构,因此具有更好的并行性,符合现有的GPU框架


左边是Encoder部分,右边是Decoder部分。

Encoder模块

self-Attention机制

Self-Attention的意思即为“一个句子内的单词,互相看其他单词对自己的影响力有多大。句子内各单词的注意力,应该关注在该句子内其他单词中的哪些单词上

Self-Attention的计算机制

x1和x2已经发生了某种程度上的信息交换。

通过全连接层,就能输出该Encoder层的输出r1和r2。

Scaled Dot-Product Attention 缩放点注意力

q就是query,k就是key,v就是值,(k,v)就是键值对。

矩阵乘法:

muti-headed Attention

用不同的WQ, WK, WV,可以让Attention有更丰富的层次。有多个Q、K、V的话,可以分别从多个不同角度来看待Attention。对于不同的multi-headed Attention,就会产生不同的z。

将多个版本的x拼接称为一个长向量,然后用一个全连接网络,即乘以一个矩阵,就能得到一个短的x向量。

词向量Embedding输入

对其进行随机初始化(当然也可以选择Pre-trained的结果),但设为Trainable。这样在training过程中不断地对embeddings进行改进。 即End2End训练方式。

位置编码

输入模型的整个Embedding是Word Embedding与Positional Embedding直接相加之后的结果。

单词坐标

不同位置的Positional Encoding是独特的。

其特点是Encoding向量的点积值对称,随着距离增大而减小。

skip connection 和Layer Normalization

在Selft-Attention的前后和每一个Feed Forwar前后都用了跳跃层,

Encoder模块汇总

Decoder模块

Mask-Muti-Head-Attention输入端

mask: 掩码,对某些值进行掩盖,使其在参数更新时不产生效果。分为 padding mask和sequence mask。

Padding Mask: 对输入序列进行对齐,在较短的序列后面填充0。

Sequence mask: 为了使得Decoder不能看见未来的信息。产生一个上三角矩阵,上三角的值全为0。把这个矩阵作用在每一个序列上,就可以达到我们的目的。

Decoder的Encode-Decode注意力层

Decoder的输出

Decoder和Encoder唯一的区别就是多了一个Encode-Decode注意力层,然后最后一层接了个linear+softmax层,损失函数就是交叉熵损失。

Noam Learning Rate Schedule

Self-Attention 是四个中最好的

Training

在English-to-German翻译任务中,Transformer(big) 建立了28.4的最高BLEU分数。

在English-to-French翻译任务中,Transformer(big) 建立了41.8的最高BLEU分数。

训练成本也很小。

Variations on the Transformer architecture. 架构变体

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