深入理解Gluon教程中的编码器-解码器架构

余桢钟

于 2025-05-30 09:06:46 发布

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深入理解Gluon教程中的编码器-解码器架构

d2l-zh 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/d2l/d2l-zh

引言

在深度学习领域，处理序列数据是一个重要且具有挑战性的任务。编码器-解码器（Encoder-Decoder）架构作为一种强大的框架，特别适合处理输入和输出都是可变长度序列的任务，如机器翻译、语音识别和文本摘要等。本文将深入解析这一架构的核心概念和实现细节。

编码器-解码器架构概述

编码器-解码器架构由两个主要组件构成：

编码器：负责将可变长度的输入序列转换为固定维度的上下文表示（编码状态）
解码器：基于编码状态逐步生成可变长度的输出序列

这种架构的工作流程可以类比于人类翻译的过程：编码器相当于理解原文，解码器相当于用目标语言表达理解的内容。

编码器实现详解

在Gluon教程中，编码器被定义为一个抽象基类，它规定了编码器的基本接口：

class Encoder(nn.Block):
    def __init__(self, **kwargs):
        super(Encoder, self).__init__(**kwargs)
    
    def forward(self, X, *args):
        raise NotImplementedError

关键点：

编码器接收可变长度序列X作为输入
输出是一个固定维度的编码状态
具体实现由子类完成，如后续会介绍的RNN、LSTM或Transformer等

解码器实现剖析

解码器的接口设计稍微复杂一些：

class Decoder(nn.Block):
    def __init__(self, **kwargs):
        super(Decoder, self).__init__(**kwargs)
    
    def init_state(self, enc_outputs, *args):
        raise NotImplementedError
    
    def forward(self, X, state):
        raise NotImplementedError

关键特性：

init_state方法将编码器输出转换为解码器初始状态
解码过程是逐步进行的，每个时间步接收前一步的输出和当前状态
状态传递机制使得解码器能够记住历史信息

架构整合与应用

将编码器和解码器组合起来形成完整的模型：

class EncoderDecoder(nn.Block):
    def __init__(self, encoder, decoder, **kwargs):
        super(EncoderDecoder, self).__init__(**kwargs)
        self.encoder = encoder
        self.decoder = decoder
    
    def forward(self, enc_X, dec_X, *args):
        enc_outputs = self.encoder(enc_X, *args)
        dec_state = self.decoder.init_state(enc_outputs, *args)
        return self.decoder(dec_X, dec_state)

应用场景：