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Category : paper


Attention Is All You Need 论文笔记

本文主要讲述Self-Attention机制+Transformer模型。自己看过论文与其他人文章的总结,不是对论文的完整翻译。

论文原文翻译可看这篇,翻译质量还可以。 关于Attention的讲解可以看这里:Visualizing A Neural Machine Translation Model (Mechanics of Seq2seq Models With Attention) 关于Transformer,这篇文章讲解很棒:The Illustrated Transformer

背景

Attention机制允许对依赖关系进行建模,而不考虑其在输入输出中的距离。在多数情况下,Attention与循环神经网络一起使用。

Transformer模型提出的原因:循环神经网络模型无法并行计算

Tansformer模型简介

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transformer模型

Transformer模型是纯attention模型,完全依赖attention机制来描述输入与输出的全局依赖。

在Transformer模型中,依赖关系的计算降低到固定次数(这里就是说计算速度快啦),尽管由于对用attention权重化的位置取平均降低了效果,但是我使用Multi-Head Attention进行抵消。

Self-attention,有时称为intra-attention,是一种attention机制,它关联单个序列的不同位置以计算序列的表示。

Attention & Self-Attetion

  • attention:每一步输出时,找到输入中最应该注意的部分。(对齐)
  • self-attention:在模型处理某个词时,self-attention允许模型查看其他位置,来寻找更好编码该词的线索。

论文细节

Attention

  1. 首先要计算出三个向量q,k,v。
    1. q是query,是当前要处理的词对应的向量;k是key,通过计算q与k的关系可以得到当前需要对其他词的关注度;v是value,表示的是其他单词。
    2. 这三个向量是通过训练出三个矩阵与词的embedding相乘得到。
    3. q,k,v维度一般小于embedding。(非必要,但是可以减小运算量)
    4. 在论文中,embedding维度512,q,k,v维度$d_k$=64
  2. q,k相乘得到一个分数。 这里是相当于计算了一个相似度,找到当前词到其他词的相关关系。
  3. 该分数除以$\sqrt{d_k}$。这里是为了更稳定的梯度,否则做softmax容易导致一个1其他全是0。
  4. 对3中的值做softmax。softmax分数决定了在该位置其他词表达多少。显然本词自身占比会最高,但也会关注到相关的词。
  5. softmax乘以v。保留关注的词,丢弃不相关的。
  6. 对5产生的vectors求和,就产生了该位置的self-attention输出。

attention示意

在普通的attention中,K,V对应编码器输出,Q对应解码器当前的输入。self-attention中,Q,K,V都对应于当前的输入X。

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Multi-head attention

将self-attention做多次后,进行拼接,点乘一个训练得到的矩阵$W_0$,得到self-attention输出。

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  1. 它扩展了模型关注不同位置的能力。
  2. 它为attention层提供了多个“表示子空间”。Transformer使用8头。这些集合中每一个都是随机初始化的,在训练之后,每组用于将输入embedding投影到不同的表示子空间中。 single attention Multi-head attention

完整过程:

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Position embedding

本文采用的position embedding是直接计算得到的。 与词向量维度一样,直接相加。

Transformer其他部分

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Feed-forward层:两个线性变换,之间ReLu。

子层之间有残差连接。每个子层的输出:$LayerNorm(x+Sublayer(x))$。为方便残差连接,维度都为512。

编码器:

  • Encoder中,所有词一起过self-attention子层,分别单独过Feed-forward子层。
  • 最顶层Encoder输出转成K、V给Decoder。

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解码器:

  • 解码器中的self-attention有所不同,只允许关注该词之前的词。这通过在self-attention的计算中,在softmax之前对后面的位置置-inf实现。
  • Encoder-Decoder attention(第二个子层),和self-attention类似,但它的Q是从下面层的输出得到,而K、V来自encoder。

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输出层就是做softmax,找到概率最大的词。

参考文献

  1. Attention Is All You Need
  2. Attention Is All You Need 翻译
  3. Visualizing A Neural Machine Translation Model (Mechanics of Seq2seq Models With Attention)
  4. The Illustrated Transformer
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