Transformer介绍(一)

Transformer是一种特殊的神经网络,一种机器学习模型。

谷歌在2017年推出的原版Transformer,论文《Attention Is All You Need》,专注于将一种语言的文本翻译成另一种。

而我们要关注的Transformer变种,即构建ChatGPT等工具的模型,则是输入一段文本、图像或音频,预测文本接下来的内容,并将结果展现为,接下来不同文本片段的概率分布。

 你可能觉得预测下一个词与生成新文本的目标截然不同,但有了这样的预测模型后,要让它生成更长的文本,一个简单的方法是,给它一个初始片段,然后从它给出的概率分布中取一个片段,追加到文本末尾,再用所有文本包括追加的内容,进行新一轮的预测。

这个重复预测和抽样的过程,正是你与GPT或其他大语言模型,进行交互时所遇到的一个一个打印出来的词。它的展现过程,也是它的原理。

数据如何在Transformer里流动?

 聊天机器人生成特定单词时,背后实际在做的事情,主要分5步。①分词 ②变id ③变向量 ④加位置编码 ⑤计算attention。

1、分词。将输入内容切分为多个小片段,每个小片段称为tokens;在文本中,token往往是单词、单词片段或其他字符组合。

对于图像或声音而言,token则可能代表小块图像或声音片段。

每个token对应一个向量,即一组数字。目的是编码该片段的含义。

如果将向量看作高维空间中的坐标,那么意思相近的词,对应的向量也相近。

 这些向量随后经过attention block处理,使得向量能够相互交流。通过相互传递信息,来更新自己的值。

例如机器学习中的model和时尚中的model含义不同,attention block就是找出上下文中哪些词会改变哪些词的含义,以及这些词应该更新为何种含义。

<think>好的,用户想了解Transformer的简要介绍。首先,我需要回顾之前提供的引用内容,确保信息准确。根据引用[1],Transformer的核心是自注意力机制,而引用[4]提到EncoderBlock的结构,包括多头注意力、前馈网络等。用户可能希望知道架构组成、关键技术和优势。接下来,我需要按照系统指令组织回答。必须使用中文,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。例如,自注意力机制中的公式可能需要用独立格式。同时,要生成相关问题,如性能分析、优化方法等,但根据示例,用户可能更关注应用场景、核心机制等。需要确保回答结构清晰,分点说明。首先概述Transformer的重要性,然后分模块介绍Encoder和Decoder,再详细说明核心技术,如自注意力、位置编码。最后总结优缺点和应用领域。注意引用标记要自然添加在相关段落末尾,如引用[1]、[3]、[4]等。检查LaTeX语法是否正确,比如矩阵相乘的公式是否正确使用$$...$$。同时,避免使用用户不可见的指令,保持回答自然。最后生成的相关问题要围绕Transformer的核心概念,如自注意力机制、位置编码的作用、与传统模型的对比等。</think>### Transformer架构简介 Transformer是由Google在2017年提出的深度学习模型,最初用于机器翻译任务[^1]。其核心创新在于完全摒弃了传统的循环神经网络(RNN)和卷积神经网络(CNN),通过**自注意力机制(Self-Attention)**和**位置编码(Positional Encoding)**实现了对序列数据的并行化处理,成为自然语言处理(NLP)和计算机视觉(CV)领域的里程碑式架构[^2][^4]。 #### 1. 核心模块 Transformer由**Encoder**和**Decoder**两个主要部分组成: - **Encoder**:包含多层结构(原论文为6层),每层由以下组件构成: - **多头自注意力机制(Multi-Head Self-Attention)**:计算输入序列中每个位置与其他位置的关系权重 - **前馈神经网络(Feed-Forward Network)**:对注意力输出进行非线性变换 - **残差连接(Residual Connection)**和**层归化(Layer Normalization)**:缓解梯度消失问题[^4] - **Decoder**:在Encoder基础上增加了: - **掩码多头注意力(Masked Multi-Head Attention)**:防止预测时访问未来信息 - **交叉注意力(Cross-Attention)**:将Encoder输出的上下文信息整合到解码过程[^3] #### 2. 关键技术 - **自注意力公式**: $$ \text{Attention}(Q,K,V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V $$ 其中$Q$(Query)、$K$(Key)、$V$(Value)是输入向量的线性变换,$d_k$为维度[^1] - **位置编码**: 使用正弦函数生成位置信息: $$ PE_{(pos,2i)} = \sin(pos/10000^{2i/d_{model}}) $$ $$ PE_{(pos,2i+1)} = \cos(pos/10000^{2i/d_{model}}) $$ 使模型能感知序列顺序[^3] #### 3. 主要优势 1. **并行计算**:摆脱RNN的时序依赖,显著提升训练速度 2. **长距离依赖建模**:通过注意力权重直接捕捉任意位置关系 3. **可扩展性**:可堆叠更多层数(如BERT使用24层Encoder) #### 4. 应用领域 - **NLP**:机器翻译(如Google Translate)、文本生成(如GPT系列) - **CV**:图像分类(Vision Transformer)、目标检测 - **多模态**:图文跨模态理解(如CLIP模型)[^2]
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