attention简单实现

keras还没有官方实现attention机制,有些attention的个人实现,在mnist数据集上做了下实验。模型是双向lstm+attention+dropout,话说双向lstm本身就很强大了。
参考链接:
https://github.com/philipperemy/keras-attention-mechanism
https://github.com/keras-team/keras/issues/1472
环境:win10,py2.7,keras2+
代码如下:
# mnist attention
import numpy as np
np.random.seed(1337)
from keras.datasets import mnist
from keras.utils import np_utils
from keras.layers import *
from keras.models import *
from keras.optimizers import Adam

TIME_STEPS = 28
INPUT_DIM = 28
lstm_units = 64

# data pre-processing
(X_train, y_train), (X_test, y_test) = mnist.load_data(‘mnist.npz’)
X_train = X_train.reshape(-1, 28, 28) / 255.
X_test = X_test.reshape(-1, 28, 28) / 255.
y_train = np_utils.to_categorical(y_train, num_classes=10)
y_test = np_utils.to_categorical(y_test, num_classes=10)
print(‘X_train shape:’, X_train.shape)
print(‘X_test shape:’, X_test.shape)

# first way attention
def attention_3d_block(inputs):
    #input_dim = int(inputs.shape[2])
    a = Permute((2, 1))(inputs)
    a = Dense(TIME_STEPS, activation=‘softmax’)(a)
    a_probs = Permute((2, 1), name=‘attention_vec’)(a)
    #output_attention_mul = merge([inputs, a_probs], name=’attention_mul’, mode=’mul’)
    output_attention_mul = multiply([inputs, a_probs], name=‘attention_mul’)
    return output_attention_mul

# build RNN model with attention
inputs = Input(shape=(TIME_STEPS, INPUT_DIM))
drop1 = Dropout(0.3)(inputs)
lstm_out = Bidirectional(LSTM(lstm_units, return_sequences=True), name=‘bilstm’)(drop1)
attention_mul = attention_3d_block(lstm_out)
attention_flatten = Flatten()(attention_mul)
drop2 = Dropout(0.3)(attention_flatten)
output = Dense(10, activation=‘sigmoid’)(drop2)
model = Model(inputs=inputs, outputs=output)

# second way attention
# inputs = Input(shape=(TIME_STEPS, INPUT_DIM))
# units = 32
# activations = LSTM(units, return_sequences=True, name=’lstm_layer’)(inputs)
#
# attention = Dense(1, activation=’tanh’)(activations)
# attention = Flatten()(attention)
# attention = Activation(‘softmax’)(attention)
# attention = RepeatVector(units)(attention)
# attention = Permute([2, 1], name=’attention_vec’)(attention)
# attention_mul = merge([activations, attention], mode=’mul’, name=’attention_mul’)
# out_attention_mul = Flatten()(attention_mul)
# output = Dense(10, activation=’sigmoid’)(out_attention_mul)
# model = Model(inputs=inputs, outputs=output)

model.compile(optimizer=‘adam’, loss=‘categorical_crossentropy’, metrics=[‘accuracy’])
print(model.summary())

print(‘Training————’)
model.fit(X_train, y_train, epochs=10, batch_size=16)

print(‘Testing————–’)
loss, accuracy = model.evaluate(X_test, y_test)

print(‘test loss:’, loss)
print(‘test accuracy:’, accuracy)

    
    

    <think>好的,我现在需要帮用户查找关于注意力机制的代码实现。用户提到参考了站内的引用[1]和[2],这些资料讨论了注意力机制在深度学习和NLP中的应用,特别是引用了Ilya Sutskever的观点。首先,我得确认用户的需求:他们想要具体的代码示例,可能是想理解如何在实际中实现注意力机制。 首先,我应该回忆一下注意力机制的基本原理,尤其是常见的实现方式,比如在序列到序列模型中的使用。注意力机制通常涉及计算查询(Query)、键(Key)和值(Value)之间的关系。例如,在Transformer模型中,自注意力(self-attention)是核心组件。 接下来,我需要考虑用户可能的背景。他们可能对深度学习有一定了解,但需要具体的代码来辅助理解。因此,代码示例应该简洁明了,同时配合解释,确保用户能理解每一步的作用。 然后,我需要检查现有的引用材料。引用[1]和[2]主要介绍了注意力机制的概念和重要性,但没有提供代码。因此,我需要自行构造一个简单的示例,或者参考常见的开源实现,如PyTorch或TensorFlow中的Transformer层。不过,用户可能需要一个基础的实现,而不是直接调用高级API,这样更有助于理解内部机制。 接下来,编写代码时需要注意以下几点:使用常见的框架(如PyTorch),定义注意力计算的各个步骤,包括计算注意力分数、应用softmax、加权求和等。同时,需要处理维度问题,比如批处理(batch)、序列长度、特征维度等。 同时,用户的问题可能涉及到不同的注意力类型,比如加性注意力或点积注意力。这里应该选择最常见的点积注意力,并说明缩放因子(scale factor)的重要性,以防止梯度消失或爆炸。 此外,我需要考虑代码的注释是否清晰,变量命名是否合理,以及是否覆盖了关键步骤。例如,在计算注意力分数时,是否需要转置键矩阵,矩阵乘法的维度是否匹配,softmax的应用维度是否正确等。 最后,生成相关问题,帮助用户进一步学习。例如,如何扩展为多头注意力,如何处理不同的序列长度,或者注意力机制在不同任务中的应用差异。 现在,需要确保代码符合用户的要求,使用正确的LaTeX格式,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。同时,回答需要用中文,结构清晰,分步骤解释。引用标记要正确添加,例如在提到Ilya Sutskever的地方添加[^1]。 可能的问题点:用户提供的引用资料中没有代码,所以需要确保代码的正确性,避免错误。另外,注意力机制有多种变体,需要明确说明示例是基于点积注意力,并提到其他类型的存在。 总结步骤:介绍注意力机制的基本概念,提供代码示例并逐行解释,最后生成相关问题引导深入学习。</think>在深度学习中,注意力机制的代码实现通常包含三个核心步骤:计算注意力分数、应用softmax归一化、生成加权上下文向量。以下以点积注意力为例,使用PyTorch框架展示基础实现: ```python import torch import torch.nn.functional as F def attention(query, key, value, mask=None): # query/key/value形状: (batch_size, seq_len, d_model) d_k = query.size(-1) # 计算点积注意力分数 scores = torch.matmul(query, key.transpose(-2, -1)) / (d_k ** 0.5) # 缩放因子 # 可选的掩码处理 if mask is not None: scores = scores.masked_fill(mask == 0, -1e9) # 计算注意力权重 p_attn = F.softmax(scores, dim=-1) # 加权求和 return torch.matmul(p_attn, value), p_attn ``` **代码解析**: 1. **缩放点积计算**:通过$ \frac{QK^T}{\sqrt{d_k}} $公式计算注意力分数矩阵,其中$d_k$是键向量的维度,缩放操作可防止梯度消失 2. **掩码机制**:在处理变长序列时(如NLP任务),通过mask参数屏蔽无效位置 3. **概率化处理**:使用softmax函数将分数转换为概率分布,满足$ \sum_{i=1}^n \alpha_i = 1 $ 4. **上下文生成**:通过$ \text{Attention}(Q,K,V) = \text{softmax}(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}})V $公式输出最终结果 $$ \text{Attention}(Q,K,V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V $$
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