昇思MindSpore技术公开课-transformer（4）

学习总结

transformer解码器的mindspore实现

学习心得

解码器 （Decoder）

解码器将编码器输出的上下文序列转换为目标序列的预测结果(y帽)，该输出将在模型训练中与真实目标输出Y进行比较，计算损失。

不同于编码器，每个Decoder层中包含两层多头注意力机制,并在最后多出一个线性层，输出对目标序列的预测结果。

• 第一层：计算目标序列的注意力分数的掩码多头自注意力；
• 第二层：用于计算上下文序列与目标序列对应关系，其中Decoder掩码多头注意力的输出作为query，Encoder的输出（上下文序列）作为key和value；

带掩码的多头注意力

在处理目标序列的输入时，t时刻的模型只能“观察”直到t-1时刻的所有词元，后续的词语不应该一并输入Decoder中。

为了保证在t时刻，只有t-1个词元作为输入参与多头注意力分数的计算，我们需要在第一个多头注意力中额外增加一个时间掩码，使目标序列中的词随时间发展逐个被暴露出来。

该注意力掩码可通过三角矩阵实现，对角线以上的词元表示为不参与注意力计算的词元，标记为1。

经验分享

def get_attn_subsequent_mask(seq_q, seq_k):
    """生成时间掩码，使decoder在第t时刻只能看到序列的前t-1个元素
    
    Args:
        seq_q (Tensor): query序列，shape = [batch size, len_q]
        seq_k (Tensor): key序列，shape = [batch size, len_k]
    """
    batch_size, len_q = seq_q.shape
    batch_size, len_k = seq_k.shape

    ones = ops.ones((batch_size, len_q, len_k), mindspore.float32)
    subsequent_mask = mnp.triu(ones, k=1)
    return subsequent_mask

q = k = ops.ones((1, 4), mstype.float32)
mask = get_attn_subsequent_mask(q, k)
print(mask)

Decoder Layer

# 首先实现Decoder中的一个层
    def __init__(self, d_model, n_heads, d_ff, dropout_p=0.):
        super().__init__()
        d_k = d_model // n_heads
        if d_k * n_heads != d_model:
            raise ValueError(f"The `d_model` {d_model} can not be divisible by `num_heads` {n_heads}.")
        self.dec_self_attn = MultiHeadAttention(d_model, d_k, n_heads, dropout_p)
        self.dec_enc_attn = MultiHeadAttention(d_model, d_k, n_heads, dropout_p)
        self.pos_ffn = PoswiseFeedForward(d_ff, d_model, dropout_p)
        self.add_norm1 = AddNorm(d_model, dropout_p)
        self.add_norm2 = AddNorm(d_model, dropout_p)
        self.add_norm3 = AddNorm(d_model, dropout_p)
        
    def construct(self, dec_inputs, enc_outputs, dec_self_attn_mask, dec_enc_attn_mask):
        """
        dec_inputs: [batch_size, trg_len, d_model]
        enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model]
        dec_self_attn_mask: [batch_size, trg_len, trg_len]
        dec_enc_attn_mask: [batch_size, trg_len, src_len]
        """
        residual = dec_inputs

        dec_outputs, dec_self_attn = self.dec_self_attn(dec_inputs, dec_inputs, dec_inputs, dec_self_attn_mask)

        dec_outputs = self.add_norm1(dec_outputs, residual)
        residual = dec_outputs
   
        dec_outputs, dec_enc_attn = self.dec_enc_attn(dec_outputs, enc_outputs, enc_outputs, dec_enc_attn_mask)

        dec_outputs = self.add_norm2(dec_outputs, residual)
        residual = dec_outputs

        dec_outputs = self.pos_ffn(dec_outputs)

        dec_outputs = self.add_norm3(dec_outputs, residual)

        return dec_outputs, dec_self_attn, dec_enc_attn

x = y = ops.ones((1, 2, 4), mstype.float32)
mask1 = mask2 = Tensor([False]).broadcast_to((1, 2, 2))
decoder_layer = DecoderLayer(4, 1, 16)
output, attn1, attn2 = decoder_layer(x, y, mask1, mask2)
print(output.shape, attn1.shape, attn2.shape)

# 将上面实现的DecoderLayer堆叠n_layer次，添加word embedding与positional encoding，以及最后的线性层。

# 输出的dec_outputs为对目标序列的预测。
class Decoder(nn.Cell):
    def __init__(self, trg_vocab_size, d_model, n_heads, d_ff, n_layers, dropout_p=0.):
        super().__init__()
        self.trg_emb = nn.Embedding(trg_vocab_size, d_model)
        self.pos_emb = PositionalEncoding(d_model, dropout_p)
        self.layers = nn.CellList([DecoderLayer(d_model, n_heads, d_ff) for _ in range(n_layers)])
        self.projection = nn.Dense(d_model, trg_vocab_size)
        self.scaling_factor = ops.Sqrt()(Tensor(d_model, mstype.float32))      
        
    def construct(self, dec_inputs, enc_inputs, enc_outputs, src_pad_idx, trg_pad_idx):
        """
        dec_inputs: [batch_size, trg_len]
        enc_inputs: [batch_size, src_len]
        enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model]
        """
        dec_outputs = self.trg_emb(dec_inputs.astype(mstype.int32))
        dec_outputs = self.pos_emb(dec_outputs * self.scaling_factor)

        dec_self_attn_pad_mask = get_attn_pad_mask(dec_inputs, dec_inputs, trg_pad_idx)
        dec_self_attn_subsequent_mask = get_attn_subsequent_mask(dec_inputs, dec_inputs)
        dec_self_attn_mask = ops.gt((dec_self_attn_pad_mask + dec_self_attn_subsequent_mask), 0)

        dec_enc_attn_mask = get_attn_pad_mask(dec_inputs, enc_inputs, src_pad_idx)

        dec_self_attns, dec_enc_attns = [], []
        for layer in self.layers:
            dec_outputs, dec_self_attn, dec_enc_attn = layer(dec_outputs, enc_outputs, dec_self_attn_mask, dec_enc_attn_mask)
            dec_self_attns.append(dec_self_attn)
            dec_enc_attns.append(dec_enc_attn)

        dec_outputs = self.projection(dec_outputs)
        return dec_outputs, dec_self_attns, dec_enc_attns

课程反馈

学会使用mindspore实现transformer的decoder部分

使用MindSpore昇思的体验和反馈

使用mindspore实现decoder加深了对decoder的理解

未来展望

继续学习将decoder和encoder结合起来