Transformer学习: Transformer小模块学习--位置编码,多头自注意力,掩码矩阵

本文主要是介绍Transformer学习: Transformer小模块学习--位置编码,多头自注意力,掩码矩阵,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档

Transformer学习

  • 1 位置编码模块
    • 1.1 PE代码
    • 1.2 测试PE
  • 2 多头自注意力模块
    • 2.1 多头自注意力代码
    • 2.2 测试多头注意力
  • 3 未来序列掩码矩阵

在这里插入图片描述

1 位置编码模块

P E ( p o s , 2 i ) = sin ⁡ ( p o s / 1000 0 2 i / d m o d e l ) PE(pos,2i)=\sin(pos/10000^{2i/d_{\mathrm{model}}}) PE(pos,2i)=sin(pos/100002i/dmodel)

P E ( p o s , 2 i + 1 ) = cos ⁡ ( p o s / 1000 0 2 i / d m o d e l ) PE(pos,2i+1)=\cos(pos/10000^{2i/d_\mathrm{model}}) PE(pos,2i+1)=cos(pos/100002i/dmodel)

pos 是序列中每个对象的索引, p o s ∈ [ 0 , m a x s e q l e n ] pos\in [0,max_seq_len] pos[0,maxseqlen], i i i 向量维度序号, i ∈ [ 0 , e m b e d d i m / 2 ] i\in [0,embed_dim/2] i[0,embeddim/2], d m o d e l d_{model} dmodel是模型的embedding维度

1.1 PE代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import math
import torch
import seaborn as snsdef get_pos_ecoding(max_seq_len,embed_dim):# 初始化位置矩阵 [max_seq_len,embed_dim]pe = torch.zeros(max_seq_len,embed_dim])position = torch.arange(0,max_seq_len).unsqueeze(1) # [max_seq_len,1]print("位置:", position,position.shape)div_term = torch.exp(torch.arange(0,embed_dim,2)*-(math.log(10000.0)/embed_dim))   # 除项维度为embed_dim的一半,因为对矩阵分奇数和偶数位置进行填充。pe[:,0::2] = torch.sin(position/div_term)pe[:,1::2] = torch.cos(position/div_term)return pe

1.2 测试PE

pe = get_pos_ecoding(8,4)
plt.figure(figsize=(8,8))
sns.heatmap(pe)
plt.title("Sinusoidal Function")
plt.xlabel("hidden dimension")
plt.ylabel("sequence length")

输出:
位置: tensor([[0],
[1],
[2],
[3],
[4],
[5],
[6],
[7]]) torch.Size([8, 1])
除项: tensor([1.0000, 0.0100]) torch.Size([2])
在这里插入图片描述

plt.figure(figsize=(8, 5))
plt.plot(positional_encoding[1:, 1], label="dimension 1")
plt.plot(positional_encoding[1:, 2], label="dimension 2")
plt.plot(positional_encoding[1:, 3], label="dimension 3")
plt.legend()
plt.xlabel("Sequence length")
plt.ylabel("Period of Positional Encoding")

在这里插入图片描述

2 多头自注意力模块

2.1 多头自注意力代码

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import copy# 复制网络,即使用几层网络就改变N的数量
# 如 4层线性层  clones(nn.Linear(model_dim,model_dim),4)
def clones(module, N):"Produce N identical layers."return nn.ModuleList([copy.deepcopy(module) for _ in range(N)])# 计算注意力
def attention(q, k, v, mask=None, dropout=None):d_k = q.size(-1)scores = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1)) / math.sqrt(d_k)if mask is not None:scores = scores.masked_fill(mask == 0, -1e9)p_attn = F.softmax(scores, dim = -1)if dropout is not None:p_attn = dropout(p_attn)return torch.matmul(p_attn, v), p_attn# 计算多头注意力
class Multi_Head_Self_Att(nn.Module):def __init__(self,head,model_dim,dropout=0.1):super(Multi_Head_Self_Att,self).__init__()+assert model_dim % head == 0self.d_k = model_dim/headself.head = headself.linears = clones(nn.Linear(model_dim,model_dim),4)self.att = Noneself.dropout = nn.Dropout(p=dropout)def forward(self,q,k,v,mask=None):if mask is not None:mask = mask.unsqueeze(1)nbatches = q.size(0)# zip函数 将线性层与q,k,v分别对应(self.linears,q),(self.linears,k),(self.linears,v)# q,k,v [bs,-1,head,embed_dim/head]q,k,v = [l(x).view(nbatches,-1,int(self.head),int(self.d_k)).transpose(1,2) for l,x in zip(self.linears,(q,k,v))] # 返回计算注意力之后的值作为x和注意力分数x, self.attn = attention(q, k, v, mask=mask, dropout=self.dropout)x = x.transpose(1, 2).contiguous().view(nbatches, -1, int(self.head * self.d_k))return self.linears[-1](x),self.attn

2.2 测试多头注意力

# 模型参数
head = 4
model_dim = 128
seq_len = 10
dropout = 0.1# 生成示例输入
q = torch.randn(seq_len, model_dim)
k = torch.randn(seq_len, model_dim)
v = torch.randn(seq_len, model_dim)# 创建多头自注意力模块
att = Multi_Head_Self_Att(head, model_dim, dropout=dropout)# 运行模块
output,att = att(q, k, v)# 输出形状
print("Output shape:", output.shape)
print(att.shape())
sns.heatmap(att.squeeze().detach().cpu())

输出
Output shape: torch.Size([10, 1, 128])
torch.Size([10, 4, 1, 1])
在这里插入图片描述

3 未来序列掩码矩阵

作用: 防止泄露未来要预测的部分,掩码矩阵是一个除对角线的上三角矩阵
3.1 代码

def subsequent_mask(size):"Mask out subsequent positions."attn_shape = (1, size, size)subsequent_mask = np.triu(np.ones(attn_shape), k=1).astype('uint8')print("掩码矩阵:",subsequent_mask)return torch.from_numpy(subsequent_mask) == 0

测试掩码

plt.figure(figsize=(5,5))
print(subsequent_mask(8),subsequent_mask(8).shape)
plt.imshow(subsequent_mask(8)[0])

掩码矩阵:
[[[0 1 1 1 1 1 1 1]
[0 0 1 1 1 1 1 1]
[0 0 0 1 1 1 1 1]
[0 0 0 0 1 1 1 1]
[0 0 0 0 0 1 1 1]
[0 0 0 0 0 0 1 1]
[0 0 0 0 0 0 0 1]
[0 0 0 0 0 0 0 0]]]

tensor([[[ True, False, False, False, False, False, False, False],
[ True, True, False, False, False, False, False, False],
[ True, True, True, False, False, False, False, False],
[ True, True, True, True, False, False, False, False],
[ True, True, True, True, True, False, False, False],
[ True, True, True, True, True, True, False, False],
[ True, True, True, True, True, True, True, False],
[ True, True, True, True, True, True, True, True]]]) torch.Size([1, 8, 8])
在这里插入图片描述
紫色部分为添加掩码的部分

这篇关于Transformer学习: Transformer小模块学习--位置编码,多头自注意力,掩码矩阵的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/876662

相关文章

Java实现字节字符转bcd编码

《Java实现字节字符转bcd编码》BCD是一种将十进制数字编码为二进制的表示方式,常用于数字显示和存储,本文将介绍如何在Java中实现字节字符转BCD码的过程,需要的小伙伴可以了解下... 目录前言BCD码是什么Java实现字节转bcd编码方法补充总结前言BCD码(Binary-Coded Decima

Python中logging模块用法示例总结

《Python中logging模块用法示例总结》在Python中logging模块是一个强大的日志记录工具,它允许用户将程序运行期间产生的日志信息输出到控制台或者写入到文件中,:本文主要介绍Pyt... 目录前言一. 基本使用1. 五种日志等级2.  设置报告等级3. 自定义格式4. C语言风格的格式化方法

Python 基于http.server模块实现简单http服务的代码举例

《Python基于http.server模块实现简单http服务的代码举例》Pythonhttp.server模块通过继承BaseHTTPRequestHandler处理HTTP请求,使用Threa... 目录测试环境代码实现相关介绍模块简介类及相关函数简介参考链接测试环境win11专业版python

Unity新手入门学习殿堂级知识详细讲解(图文)

《Unity新手入门学习殿堂级知识详细讲解(图文)》Unity是一款跨平台游戏引擎,支持2D/3D及VR/AR开发,核心功能模块包括图形、音频、物理等,通过可视化编辑器与脚本扩展实现开发,项目结构含A... 目录入门概述什么是 UnityUnity引擎基础认知编辑器核心操作Unity 编辑器项目模式分类工程

Nginx添加内置模块过程

《Nginx添加内置模块过程》文章指导如何检查并添加Nginx的with-http_gzip_static模块:确认该模块未默认安装后,需下载同版本源码重新编译,备份替换原有二进制文件,最后重启服务验... 目录1、查看Nginx已编辑的模块2、Nginx官网查看内置模块3、停止Nginx服务4、Nginx

Java 中编码与解码的具体实现方法

《Java中编码与解码的具体实现方法》在Java中,字符编码与解码是处理数据的重要组成部分,正确的编码和解码可以确保字符数据在存储、传输、读取时不会出现乱码,本文将详细介绍Java中字符编码与解码的... 目录Java 中编码与解码的实现详解1. 什么是字符编码与解码?1.1 字符编码(Encoding)1

Python学习笔记之getattr和hasattr用法示例详解

《Python学习笔记之getattr和hasattr用法示例详解》在Python中,hasattr()、getattr()和setattr()是一组内置函数,用于对对象的属性进行操作和查询,这篇文章... 目录1.getattr用法详解1.1 基本作用1.2 示例1.3 原理2.hasattr用法详解2.

python urllib模块使用操作方法

《pythonurllib模块使用操作方法》Python提供了多个库用于处理URL,常用的有urllib、requests和urlparse(Python3中为urllib.parse),下面是这些... 目录URL 处理库urllib 模块requests 库urlparse 和 urljoin编码和解码

创建springBoot模块没有目录结构的解决方案

《创建springBoot模块没有目录结构的解决方案》2023版IntelliJIDEA创建模块时可能出现目录结构识别错误,导致文件显示异常,解决方法为选择模块后点击确认,重新校准项目结构设置,确保源... 目录创建spChina编程ringBoot模块没有目录结构解决方案总结创建springBoot模块没有目录

idea Maven Springboot多模块项目打包时90%的问题及解决方案

《ideaMavenSpringboot多模块项目打包时90%的问题及解决方案》:本文主要介绍ideaMavenSpringboot多模块项目打包时90%的问题及解决方案,具有很好的参考价值,... 目录1. 前言2. 问题3. 解决办法4. jar 包冲突总结1. 前言之所以写这篇文章是因为在使用Mav