Transformer逐模块讲解

本文将按照transformer的结构图依次对各个模块进行讲解：

可以看一下模型的大致结构：主要有encode和decode两大部分组成，数据经过词embedding以及位置embedding得到encode的时输入数据

输入部分

1. embedding就是从原始数据中提取出单词或位置；

输入矩阵：

位置编码采用如下公式

• 好处有使 PE 能够适应比训练集里面所有句子更长的句子，假设训练集里面最长的句子是有 20 个单词，突然来了一个长度为 21 的句子，则使用公式计算的方法可以计算出第 21 位的 Embedding。
• 可以让模型容易地计算出相对位置，对于固定长度的间距 k，PE(pos+k)?可以用 PE(pos)?计算得到。因为 Sin(A+B) = Sin(A)Cos(B) + Cos(A)Sin(B), Cos(A+B) = Cos(A)Cos(B) - Sin(A)Sin(B)。

encode里有6个encode块，每一个块里包含了一个自注意层、残差以及归一化、前向传播层、残差及归一化构成

attention结构

计算公式

我们可以理解为搜索引擎：q就是你要搜索的关键字，k就是各个词条的标题，而v就是词条的全文，最后得到attention的就是与你想要搜索的关键字的相关程度，注意力分数是query和key的相似度，注意力权重是分数的softmax结果。

多头机制

并行堆叠attention，主要目的是为了增强模型对输入序列的表示能力和建模能力。多头自注意力允许模型同时关注输入序列中的不同位置和不同关系，从而提高了模型对序列中的长距离依赖关系和语义关系的建模能力。

Add & Norm

Add & Norm 层由 Add 和 Norm 两部分组成。Add 类似ResNet提出的残差连接，以解决深层网络训练不稳定的问题。Norm为归一化层，即Layer Normalization，通常用于 RNN 结构。

Feed Forward

Feed Forward 层比较简单，由两个全连接层构成，第一层的激活函数为 ReLu，第二层不使用激活函数，对应的公式如下。

（max（0，XW1+b1））W2+b2

对于输入X，Feed Forward 最终得到的输出矩阵的维度与输入X一致

解码模块

与encode最主要的区别就是多了一个带mask的多头注意力，在训练的过程中采用了teacher forcing（即将正确的序列也送入），但是为了不让模型提前知道将要预测的句子，采用了掩码

三种attention

文章一开始解释了Self-Attention和Multi-Head Attention。通过对Transformer模型的深入解读，可以看到，模型一共使用了三种Multi-Head Attention：

1）Encoder Block中使用的Attention。第一个Encoder Block的Query、Key和Value来自训练数据经过两层Embedding转化，之后的Encoder Block的Query、Key和Value来自上一个Encoder Block的输出。

2）Decoder Block中的第一个Attention。与Encoder Block中的Attention类似，只不过增加了Mask，在预测第 ii个输出时，要将第i+1i+1 之后的单词掩盖住。第一个Decoder Block的Query、Key和Value来自训练数据经过两层Embedding转化，之后的Decoder Block的Query、Key和Value来自上一个Decoder Block的输出。

1. Decoder Block中的第二个Attention。这是一个 Encoder-Decoder Attention，它建立起了 Encoder 和 Decoder 之间的联系，Query来自第2种 Decoder Attention的输出，Key和Value 来自 Encoder 的输出。

总结：

1）通常情况下，embedding嵌入向量被训练为捕捉单词之间的语义和语法关系；

2）tokenize操作就是把句子切分成单词和标点符号即可，同时对其进行序列转化；

?参考博文：

自注意力：

Attention 注意力机制 | 鲁老师

transformer：

Transformer | 鲁老师gggT