NLP:Attention和self-attention的区别

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本文探讨了自然语言处理中Attention和Self-Attention的概念。Attention机制允许模型在解码时关注输入的特定部分,增强上下文理解;而Self-Attention则聚焦于输入序列内部的关系,即使这些关系跨越较远距离。在计算上,Attention的权重基于当前输出和所有输入,而Self-Attention的权重基于输入序列各元素之间的相互关系,且Q=K=V,确保模型在生成输出时考虑自身所有输入。

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核心思想是根据不同的上下文为不同的信息分配不同的注意力权重

效果

  • Attention:它允许模型在解码时聚焦于输入的特定部分,从而更好地捕获上下文信息。
  • Self-attention:它帮助模型捕获输入序列内部的关系,无论这些关系的距离有多远。

计算

  • Attention:权重是基于当前的输出(或解码器状态)和所有的输入(或编码器状态)来计算的。
  • Self-attention:权重是基于输入序列的每一个元素与其他所有元素的关系来计算的。

数学:

self-attention比attention约束条件多了两个:

### Cross-Attention Self-Attention区别及应用 #### 定义与机制 Self-Attention 是一种注意力机制,它允许序列中的每个位置关注整个序列的信息。通过计算输入序列中各个部分的相关性权重,Self-Attention 能够捕捉到全局依赖关系并生成上下文感知的表示[^1]。 Cross-Attention 则用于两个不同的序列之间建立关联。具体来说,给定一个查询(Query)序列键值对(Key-Value Pair)序列,Cross-Attention 可以让查询序列基于另一个序列的内容来调整其表示[^2]。 #### 计算过程对比 在 Self-Attention 中,查询 (Q)、键 (K) 值 (V) 都来源于同一个输入序列。这意味着模型会学习如何将同一序列的不同部分联系起来,从而增强局部或远程的关系建模能力。 而在 Cross-Attention 设置下,查询通常来自于源序列或者目标序列之一,而键值则来自另一方。这种设计使得模型能够有效地跨域或多模态数据间传递信息,比如文本与图像间的交互分析。 #### 应用场景比较 - **自然语言处理领域** - 自回归解码器架构常采用 Self-Attention 来捕获句子内部单词之间的长期依存关系,在机器翻译任务中有广泛应用。 - 对于涉及多模态的任务如视觉问答(VQA),Cross-Attention 将被用来融合图片特征问题描述,以便更好地理解两者之间的语义关联。 - **计算机视觉方面** - 卷积神经网络(CNNs)虽然擅长提取空间上的局部模式,但当面对较大范围内的对象识别时可能表现不佳;引入 Transformer 结构及其核心组件——Self-Attention 后可以改善这一情况。 - 当需要结合其他类型的传感器数据(例如雷达信号)来进行环境感知时,则可利用 Cross-Attention 实现异质数据的有效集成。 - **时间序列预测** - 在某些情况下,历史观测值本身就可以提供足够的线索完成未来趋势估计工作,此时仅需依靠 Self-Attention 即可实现良好效果。 - 如果还存在外部辅助变量影响最终结果的话,则应该考虑加入 Cross-Attention 层次进一步提升准确性。 ```python import torch from transformers import BertModel, BertTokenizer tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased') model = BertModel.from_pretrained('bert-base-uncased') text = "Replace me by any text you'd like." encoded_input = tokenizer(text, return_tensors='pt') output = model(**encoded_input) print(output.last_hidden_state[:,0]) # Output contains embeddings enriched via self-attention. ``` 上述代码片段展示了 BERT 模型的应用实例,其中包含了典型的 Self-Attention 运作方式。
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