Task9

一. Attention原理

Attention的原理就是计算当前输入序列与输出向量的匹配程度，匹配度高也就是注意力集中点其相对的得分越高，其中Attention计算得到的匹配度权重，只限于当前序列对，不是像网络模型权重这样的整体权重。
算法过程：
1）encode对输入序列编码得到最后一个时间步的状态c，和每个时间步的输出h，其中c又作为decode的初始状态z0。
2）对于每个时间步的输出h与z0做匹配也就是match操作，得到每个时间步的匹配向量α01，如下图。

3）对所有时间步的输出h与z0的匹配度α0，使用softmax做归一化处理，得到各个时间步对于z0的匹配分数。
4）求各个时间步的输出h与匹配分数的加权求和得到c0，作为decode的下一个时间步的输入，如下图所示。

5）计算各个时间步的输出h与z1的匹配度得到c1作为decode下一个时间步的输入，如此一步一步重复下去，如下图。

这样就可以把每个时间步重要的信息传给decode中，以上就是Attention机制的处理过程。其中match操作一般是求两个向量的相似度，通常有如下方法：
1）余弦相似度
2）一个简单的 神经网络，输入为hh和ww，输出为α
3）或者矩阵变换α=hTWzα=hTWz (Multiplicative attention，Luong et al., 2015)
在tensorflow1.0版本以后的api seq2seq库中，包含了两种Attention算法，他们的区别就是match操作的不同，因此也有人称他们为加法Attention和乘法Attention，具体内容下：
1）BahdanauAttention：论文https://arxiv.org/abs/1409.0473中的实现：

2）LuongAttention：论文https://arxiv.org/abs/1508.04025中的实现 ：

图中h是上文所说的每个时间步的输出向量，d是decode中每个时间步的状态，也就是上文中的z，c是match后计算的权值加和后的向量用于decode中每个时间步的输入，a就是match操作中经过softmax后的匹配权重，v是一个向量，相当于w一样的权重需要去学习。有上面两个公式可以看出，BahdanauAttention和LuongAttention的区别就是在match过程中的计算方式不同，一个是将decode的状态与encode的输出求和，一个是求乘，所以才有了加法Attention和乘法Attention的叫法。

二. 层级“注意力”网络

2.1 网络结构
层级“注意力”网络的网络结构如图1所示，网络可以被看作为两部分，第一部分为词“注意”部分，另一部分为句“注意”部分。整个网络通过将一个句子分割为几部分（例如可以用“，”讲一句话分为几个小句子），对于每部分，都使用双向RNN结合“注意力”机制将小句子映射为一个向量，然后对于映射得到的一组序列向量，我们再通过一层双向RNN结合“注意力”机制实现对文本的分类。

2.2 层级“注意力”
词层面的“注意力”机制本文针对的是任务是文档分类任务，即认为每个要分类的文档都可以分为多个句子。因此层级“注意力”模型的第一部分是来处理每一个分句。对于第一个双向RNN输入是每句话的每个单词，其计算公式如下所示：
但是对于一句话中的单词，并不是每一个单词对分类任务都是有用的，比如在做文本的情绪分类时，可能我们就会比较关注“很好”、“伤感”这些词。为了能使循环神经网络也能自动将“注意力”放在这些词汇上，作者设计了基于单词的注意力模型，其计算公式如下：
首先，通过一个线性层对双向RNN的输出进行变换，然后通过softmax公式计算出每个单词的重要性，最后通过对双向RNN的输出进行加权平均得到每个句子的表示。句层面的“注意力”机制句层面的“注意力”模型和词层面的“注意力”模型有异曲同工之妙。其计算公式如下所示：
2.3、文档分类
最后就是使用最常用的softmax分类器对整个文本进行分类了
损失函数为：

代码参考：
https://github.com/magical2world/tf-hierarchical-rnn/blob/master/attention.py

参考博客：
https://www.cnblogs.com/hiyoung/p/9860561.html
https://blog.youkuaiyun.com/qq_24305433/article/details/80427159