Effective Approaches to Attention-based Neural Machine Translation 学习笔记

这篇博客详细介绍了基于Attention的神经机器翻译模型,包括全局和局部Attention机制,以及Input-feeding方法。全局Attention在每个目标单词处考虑所有源单词,而局部Attention只关注源单词的一部分,降低了计算成本。Input-feeding方法使模型能利用过去的对齐信息,提高翻译质量。该文通过实验展示了Attention机制在处理长句子和翻译特定内容(如名字)方面的优势。

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Effective Approaches to Attention-based Neural Machine Translation 学习笔记

本文是阅读 Effective Approaches to Attention-based Neural Machine Translation 之后的学习总结,如有不妥之处,烦请各位斧正。

0. 概述

这篇论文重在研究基于attention的神经机器翻译模型,测试了两种简单有效的attention机制:
1. 全局方法:总是关注所有的源单词。比前人的方法结构上更简单。
2. 局部方法:每次只关注源单词的一个子集。比全局方法或者soft attention花销要更小,同时与hard attention不同的是,更容易实现和训练。另外,可以在这些基于attention的模型测试不同的对齐函数。
论文中除了在WMT翻译任务中测试英德互译之外,还根据学习能力,处理长句子的能力,attention机制的选择,对齐质量和翻译的输出来对模型进行评估。

1. 神经机器翻译(NMT)

神经机器翻译系统是定向地将翻译源句,就是将x1,……,xn翻译成目标句子,y1,……,ym的条件概率建模的神经网络。NMT的基本形式包含两个组成成分:
1. 编码器:计算得到每个源句的表示。
2. 解码器:每次形成一个目标单词
因此将条件概率分解为:
该图片由原文截取
在解码器的分解建模中,常见的选择就是用RNN。可以参数化每个单词yj解码的概率:

### 关于序列到序列学习的研究 序列到序列学习(Sequence-to-Sequence Learning)是一种基于神经网络的方法,用于将输入序列映射到输出序列。这种技术广泛应用于机器翻译、语音识别等领域。Sutskever等人首次提出了使用循环神经网络(RNNs)实现端到端的序列到序列建模[^4]。 ```python import torch.nn as nn class Seq2Seq(nn.Module): def __init__(self, encoder, decoder): super(Seq2Seq, self).__init__() self.encoder = encoder self.decoder = decoder def forward(self, src, trg): # Encoder processes input sequences. hidden_state = self.encoder(src) # Decoder generates output based on encoded information. outputs = self.decoder(trg, hidden_state) return outputs ``` ### 注意力机制在语音识别中的应用 注意力模型通过允许模型聚焦于输入的不同部分来提高性能,在语音识别领域尤为重要。Bahdanau等人引入了一种软对齐方法,该方法能够动态调整源句和目标句之间的对应关系[^5]。这种方法显著提高了自动语音识别系统的准确性。 对于特征提取而言,由于语音信号具有波动性,即使人们努力说出相同的两个句子,其信号也总是存在差异,这使得计算机科学家难以进行有效的特征提取[^1]。 ### 基于注意力的神经机器翻译的有效方法 Vaswani等人提出的Transformer架构完全摒弃了传统的RNN结构,转而采用自注意力机制(Self-Attention Mechanism),极大地提升了训练效率并降低了计算复杂度[^6]。这一突破性的进展表明,“注意力就是一切”,即仅依靠注意力机制即可完成高质量的语言翻译任务。 ```python def scaled_dot_product_attention(q, k, v, mask=None): matmul_qk = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1)) dk = q.size()[-1] scores = matmul_qk / math.sqrt(dk) if mask is not None: scores += (mask * -1e9) attention_weights = nn.Softmax(dim=-1)(scores) output = torch.matmul(attention_weights, v) return output, attention_weights ``` ### 结论 综上所述,无论是从理论层面还是实际应用场景来看,序列到序列学习配合注意力机制都展现出了强大的潜力与价值。未来随着硬件条件的进步和技术的发展,这些算法有望进一步优化并在更大规模的数据集上取得更好的效果。
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