Transformer模型详解

博客主要对Transformer模型进行详细解析,涵盖该模型在信息技术领域的相关内容,有助于读者深入了解其原理、结构等关键信息。
### Transformer 模型的工作原理详解 Transformer 是一种基于自注意力机制(Self-Attention Mechanism)的神经网络架构,最初由 Vaswani 等人在论文《Attention is All You Need》中提出。该模型摒弃了传统的循环神经网络(RNN)结构,通过完全依赖于注意力机制实现了并行化训练的能力。 #### 1. 输入表示 在 Transformer 中,输入序列被转换为固定长度的向量表示。具体来说,每个词会被映射到一个高维空间中的嵌入向量(Embedding Vector)。为了保留位置信息,引入了 **位置编码(Positional Encoding)**[^1]。这些位置编码与词嵌入相加后作为后续处理的基础。 #### 2. 编码器(Encoder) Transformer 的核心部分之一是其编码器堆栈。整个编码器由多个相同的层组成,每一层主要包含两个子模块: - **多头自注意力机制(Multi-head Self-Attention Mechanism)**: 这一机制允许模型在同一时间关注不同位置的信息,从而捕捉全局上下文关系。它通过对输入序列的不同线性变换计算出键(Key)、查询(Query)和值(Value),并通过缩放点积注意(Scaled Dot-Product Attention)完成权重分配[^2]。 \[ \text{Attention}(Q, K, V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V \] - **前馈全连接网络(Feed Forward Network):** 经过多头自注意力之后的数据会传递给两层全连接网络进一步提取特征[^1]。 每经过一次上述操作都会加入残差连接以及层归一化来稳定梯度流动[^2]。 #### 3. 解码器(Decoder) 解码器同样是由若干相同层次构成,不过相比编码器多了第三个组件——掩蔽多头自注意力(Masked Multi-head Self-Attention)。此设计用于防止当前位置看到未来时刻的内容,在生成过程中保持因果顺序[^1]。另外还有跨模态注意力(Cross-Attention),用来融合来自编码器端的信息。 #### 4. 输出预测 最终,解码器最后一层输出的结果送至线性变换再接上 softmax 函数得到概率分布,选取最大可能性对应的单词作为当前步输出[^2]。 ```python import torch.nn as nn class TransformerModel(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, d_model, nhead, num_encoder_layers, num_decoder_layers): super(TransformerModel, self).__init__() self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, d_model) self.transformer = nn.Transformer(d_model=d_model, nhead=nhead, num_encoder_layers=num_encoder_layers, num_decoder_layers=num_decoder_layers) def forward(self, src, tgt): src_emb = self.embedding(src) tgt_emb = self.embedding(tgt) output = self.transformer(src_emb, tgt_emb) return output ``` 以上代码展示了如何利用 PyTorch 构建基础版本的 Transformer 结构[^2]。 --- 相关问题
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