大模型常用激活函数

1.介绍一下 FFN 块 计算公式?

FFN(Feed-Forward Network)块是Transformer模型中的一个重要组成部分,接受自注意力子层的输出作为输入,并通过一个带有 Relu 激活函数的两层全连接网络对输入进行更加复杂的非线性变换。实验证明,这一非线性变换会对模型最终的性能产生十分重要的影响。

FFN由两个全连接层(即前馈神经网络)和一个激活函数组成。下面是FFN块的计算公式:

FFN⁡(x)=Relu⁡(xW1+b1)W2+b2 \operatorname{FFN}(\boldsymbol{x})=\operatorname{Relu}\left(\boldsymbol{x} \boldsymbol{W}_{1}+\boldsymbol{b}_{1}\right) \boldsymbol{W}_{2}+\boldsymbol{b}_{2} FFN(

<think>嗯,用户想了解大模型中使用的激活函数类型、特点和应用。我需要先回顾一下激活函数的基本知识,然后结合大模型的具体情况来整理信息。 首先,激活函数在神经网络中的作用是引入非线性,增强模型的表达能力。常见的激活函数比如Sigmoid、Tanh、ReLU等,这些在传统深度学习中已经广泛使用。但大模型,比如Transformer架构的模型,可能使用不同的激活函数或者改进版本,比如GELU或者Swish。需要确认这些激活函数的具体形式和在模型中的位置。 接下来,特点方面,大模型可能更关注计算效率和梯度传播的问题。例如,ReLU虽然简单,但存在Dead ReLU问题,而GELU可能更适合处理这种情况,尤其是在自然语言处理任务中。此外,大模型的参数量大,训练时间长,激活函数的选择会影响训练稳定性和收敛速度,因此需要分析不同激活函数在这方面的表现。 应用场景方面,用户提到的引用里提到,二分类用Sigmoid,多分类用Softmax,而大模型可能更多使用Softmax在输出层,比如Transformer的自注意力机制中的Softmax。同时,中间层可能使用GELU或其他激活函数。需要结合具体的模型架构,比如BERT、GPT系列使用的激活函数是什么。 另外,用户提供的引用3提到,大模型激活函数选择基于ReLU家族,但可能有一些改进,比如Swish或者GELU。需要确认这些激活函数的具体应用案例,比如GPT是否使用GELU,而Transformer中的FFN层是否使用ReLU或其他变体。 可能还需要比较不同激活函数大模型中的效果,比如训练稳定性、处理梯度消失或爆炸的能力,以及计算开销。例如,GELU相比ReLU在理论上更平滑,可能更适合深层网络。同时,Swish作为自动搜索得到的激活函数,是否有在大模型中应用的优势。 还需要考虑参数化激活函数,如PReLU,是否在大模型中被采用,比如在卷积神经网络中的成功应用是否迁移到了Transformer结构中。不过大模型如Transformer可能更多使用固定形式的激活函数,如GELU,以减少参数数量。 最后,应用场景部分需要具体说明不同激活函数适用的任务类型,比如生成任务、分类任务,或者自监督学习中的使用情况。例如,BERT在预训练时使用的激活函数,以及在下游任务微调时的调整。 需要确保回答覆盖类型、特点、应用三个部分,并且结合引用中的信息,比如引用3提到的ReLU家族作为起手式,以及针对不同任务选择不同输出层激活函数。同时,引用2中关于激活函数的作用,如解决梯度问题,也需要在特点部分提到。 现在需要组织这些信息,结构清晰,分点说明,同时生成相关问题,可能涉及激活函数的选择依据、优化方法、与传统模型的区别等。</think>### 大模型中的激活函数:类型、特点与应用 #### 一、激活函数的核心作用 激活函数是神经网络中引入非线性表达能力的关键组件,其核心价值包括: 1. **非线性建模**:使神经网络能够拟合复杂函数(如自然语言、图像中的非线性关系)[^2] 2. **梯度控制**:通过函数导数特性缓解梯度消失/爆炸问题 3. **特征空间变换**:对输入信号进行非线性映射,增强模型表达能力[^1] #### 二、大模型常用激活函数类型 1. **ReLU家族** - 基础ReLU:$f(x) = \max(0, x)$ - GELU(高斯误差线性单元): $$f(x) = x \cdot \Phi(x) \quad (\Phi(x)为高斯累积分布函数)$$ 特点:在Transformer架构中广泛应用(如BERT、GPT系列),提供更平滑的梯度传播 - Swish:$f(x) = x \cdot \sigma(\beta x) \quad (\beta为可学习参数)$ 特点:自动搜索发现的激活函数,在深层网络表现优异 2. **位置敏感型函数** - Softmax(输出层专用): $$f(x_i) = \frac{e^{x_i}}{\sum_{j=1}^K e^{x_j}}$$ 应用于注意力机制和多分类任务输出层[^3] - Sigmoid:$f(x) = \frac{1}{1+e^{-x}}$ 适用于二分类输出层或门控机制(如LSTM) #### 三、大模型激活函数的特殊设计 1. **计算效率优先**:选择计算复杂度低的函数(如ReLU系),因大模型参数量常达千亿级别 2. **梯度稳定性设计**: - 使用GELU替代ReLU缓解"Dead Neuron"问题 - 采用LayerNorm+激活函数的组合提升训练稳定性 3. **参数化改进**: - GLU(门控线性单元):$f(x) = x \otimes \sigma(Wx + b)$ 特点:通过门控机制实现自适应特征选择,见于PaLM等模型 #### 四、典型应用场景 | 激活函数 | 适用场景 | 代表模型 | |------------|----------------------------|-----------------| | GELU | Transformer前馈子层 | BERT、GPT-3 | | Swish | 自动搜索优化的深度网络 | EfficientNet | | GLU | 稀疏化特征提取 | PaLM、Switch Transformer | | Softmax | 注意力权重计算/分类输出层 | 所有Transformer架构 | #### 五、选择策略建议 1. **中间层默认选择**:优先尝试GELU或Swish,因其在深层网络的梯度表现更稳定 2. **输出层按任务选择**: - 二分类:Sigmoid - 多分类:Softmax - 回归任务:线性激活 3. **参数效率考量**:对于超大规模模型,优先使用无参数激活函数降低计算开销 $$ \text{激活函数效果评估公式}:\eta = \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial x} \cdot f'(x) $$ 该式反映了梯度传播效率与激活函数导数的直接关联,解释了GELU等平滑函数在深层网络的优势。
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