Encoder-Only、Encoder-Decoder、Decoder-Only之间的区别

Encoder-Only架构

结构介绍: 多个只有Self-Attention和mlp的Transformer层串联起来
Encoder-Only 架构,也被称为单向架构,仅包含编码器部分。它主要适用于不需要生成序列的任务,只需要对输入进行编码和处理的单向任务场景,如文本分类、情感分析等。这种架构的代表是 BERT 相关的模型,例如 BERT、RoBERT 和 ALBERT 等。

Encoder-Only

架构的核心思想是利用神经网络对输入文本进行编码,提取其特征和语义信息,并将编码结果传递给后续的处理模块。这种架构的优点是能够更好地理解输入文本的语义和上下文信息,从而提高文本分类和情感分析等任务的准确性。缺点是它无法直接生成文本输出,因此在需要生成文本的任务中不太适用。

Encoder-Decoder架构

结构介绍: 其中Encoder单层包括Self-Attention和MLP,Decoder单层包括Self-Attention,Cross-Attention和MLP。Cross-Attention的特殊之处在于输入的K和V来自Encoder的输出,而Q来自于自己的Self-Attention的输出。
Encoder-Decoder 架构,也被称为序列到序列架构,同时包含编码器和解码器部分。它通常用于序列到序列(Seq2Seq)任务,如机器翻译、对话生成等。这种架构的代表是以 Google 训练出来的 T5 为代表的相关大模型。

Encoder-Decoder

架构的核心思想是利用编码器对输入序列进行编码,提取其特征和语义信息,并将编码结果传递给解码器。然后,解码器根据编码结果生成相应的输出序列。这种架构的优点是能够更好地处理输入序列和输出序列之间的关系,从而提高机器翻译和对话生成等任务的准确性。缺点是模型复杂度较高,训练时间和计算资源消耗较大。

Encoder-Decoder架构的大模型有很多,例如Google的T5模型、华为的盘古NLP大模型等。

Decoder-Only架构

Decoder-only架构有两大与Encoder-only架构相区别的特征。

(1)Cross-Attention:具有能接受Encoder输出的Cross-Attention作为中间层。

(2)past_key_values:在进行生成任务时,可以直接在Decoder的每一个layer内的Self-Attention添加上一步key和value,进行concate然后计算Self-Attention。
特征(1)发挥作用的时间在于Encoder计算完成后,Decoder计算过程中。特征(2)发挥作用的时间在于生成任务的循环中第2轮及以后Decoder的计算过程中。

Decoder-Only 架构,也被称为生成式架构,仅包含解码器部分。它通常用于序列生成任务,如文本生成、机器翻译等。这种架构的模型适用于需要生成序列的任务,可以从输入的编码中生成相应的序列。同时,Decoder-Only 架构还有一个重要特点是可以进行无监督预训练。在预训练阶段,模型通过大量的无标注数据学习语言的统计模式和语义信息。

Decoder-Only 架构的优点是擅长创造性的写作,比如写小说或自动生成文章。它更多关注于从已有的信息(开头)扩展出新的内容。其缺点是需要大量的训练数据来提高生成文本的质量和多样性。

Decoder-Only架构的大模型的代表有GPT系列、LLaMA、OPT、BLOOM等。这类模型采用预测下一个词进行训练,常见下游任务有文本生成、问答等,因此被称为ALM(Autoregressive Language Model)。

### Transformer 中 Encoder-OnlyDecoder-Only 架构的工作机制比较 #### 1. **Encoder-Only 架构** Transformer 的原始设计中包含了 EncoderDecoder 部分,其中 Encoder 负责编码输入序列的信息。在某些应用场景下(如 BERT),仅使用 Encoder 部分来构建模型。 - **工作机制** Encoder 是一种多层堆叠的结构,每一层由 Self-Attention 子层和前馈神经网络 (Feed Forward Network) 组成[^2]。通过多次叠加这些子层,模型能够捕捉到输入序列中的复杂模式。 - 输入经过嵌入层 (Embedding Layer),将 token 映射为向量表示。 - 使用位置编码 (Positional Encoding) 来引入顺序信息,因为纯注意力机制无法感知序列的位置关系。 - 多头自注意力机制允许模型关注不同位置上的上下文信息。 - 前馈神经网络进一步处理特征提取后的数据。 - **特点** - 主要用于理解任务,例如分类、命名实体识别等。 - 并行化程度高,在训练过程中可以一次性处理整个输入序列[^3]。 ```python class EncoderLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, num_heads, d_ff, dropout=0.1): super(EncoderLayer, self).__init__() self.self_attention = MultiHeadAttention(d_model, num_heads) self.feed_forward = PositionWiseFeedForward(d_model, d_ff) self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model) self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, mask=None): attn_output = self.self_attention(x, x, x, mask) out1 = self.norm1(x + self.dropout(attn_output)) ff_output = self.feed_forward(out1) output = self.norm2(out1 + self.dropout(ff_output)) return output ``` --- #### 2. **Decoder-Only 架构** Decoder-Only 结构去除了传统的 Encoder 部分,专注于生成任务。这种架构特别适合于自回归生成场景,例如 GPT 系列模型。 - **工作机制** 解码器同样是一个多层堆叠的结构,每层包含三个主要组件:Self-Attention 层、交叉注意力层以及前馈神经网络[^4]。然而,在 Decoder-Only 模型中,交叉注意力被移除,只剩下 Self-Attention 和 FFN。 - 输入通常是从左至右逐步生成的目标序列的一部分。 - Masked Self-Attention 确保当前时刻的预测不会看到未来的时间步信息。 - 输出的概率分布基于 Softmax 计算得出。 - **特点** - 更加注重生成能力,适用于文本生成、对话系统等领域。 - 利用了因果掩码 (Causal Masking),使得模型能够在不泄露未来信息的情况下完成逐词生成[^1]。 ```python class DecoderLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, num_heads, d_ff, dropout=0.1): super(DecoderLayer, self).__init__() self.masked_self_attention = MultiHeadAttention(d_model, num_heads) self.ffn = PositionWiseFeedForward(d_model, d_ff) self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model) self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, mask=None): masked_attn_output = self.masked_self_attention(x, x, x, mask) out1 = self.norm1(x + self.dropout(masked_attn_output)) ffn_output = self.ffn(out1) output = self.norm2(out1 + self.dropout(ffn_output)) return output ``` --- #### 3. **图解对比** | 特性 | Encoder-Only | Decoder-Only | |---------------------|---------------------------------------|--------------------------------------| | **核心功能** | 序列理解 | 文本生成 | | **组成模块** | Self-Attention + FFN | Masked Self-Attention + FFN | | **并行化支持** | 完全支持 | 受限于自回归特性 | | **典型应用** | 分类、NER | 对话系统、文章摘要 | ![Encoder-Only vs Decoder-Only](https://example.com/transformer_architecture_comparison.png) > 注:上述链接仅为示意,请替换为实际可用资源或自行绘制图表。 --- #### 4. **总结** Encoder-OnlyDecoder-Only 各有侧重,前者擅长理解和分析静态输入,后者则更适配动态生成任务。两者的设计理念均源于经典的 Encoder-Decoder 框架,但在具体实现上进行了针对性优化以满足特定需求。 ---
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