很多課程都會(huì)通過公式來說明Transformer，但是沒有給你算過數(shù)，也沒讓你明白一件更重要的事：

“自注意力給出來的輸出，實(shí)際上表示了什么？”

            本文就想用一個(gè)質(zhì)化、好懂、可實(shí)際運(yùn)算的例子，帶你真正看懂 Self-Attention 是怎么工作的，并解釋它的輸出真正意義!

1. 讓我們?cè)賮砘仡櫹率裁词恰白⒁饬C(jī)制”？

你看一段文字時(shí)，總會(huì)下意識(shí)的想：我要看哪些詞？哪些字是我目前理解這句話的關(guān)鍵？

注意力機(jī)制就是這樣一種方法，它允許模型根據(jù)“當(dāng)前信息”，自動(dòng)地從全文里找到最關(guān)鍵的部分來作為參考，并給他們分配權(quán)重。

不是每個(gè)詞均分重，而是“重要的看一眼，不重要的算個(gè)數(shù)”。

但是“自注意力”比較特殊：

每個(gè)輸入，都在想“我該看誰？” 每個(gè)輸出，都是它看完周圍后，自己新生出的表示

2.自注意機(jī)制是怎么計(jì)算的？

    我們用 3 個(gè) 2D 向量（比如詞嵌入）作為輸入序列：

            x? = [1, 0]    # 可能是詞“我”

            x? = [0, 1]    # 可能是詞“愛”

            x? = [1, 1]     # 可能是詞“你”

    把它組成矩陣

            X = [[1, 0],

                 [0, 1],

                 [1, 1]]

    我們手動(dòng)設(shè)定 Q、K、V 的權(quán)重矩陣：

            W_Q = [[1, 0],

                   [1, 1]]

            W_K = [[1, 2],

                   [0, 1]]

            W_V = [[2, 0],

                   [0, 1]]

    接下來計(jì)算QKT：

            Q = X · W_Q

            K = X · W_K

            V = X · W_V

    比如計(jì)算Q

Q = 

[[1, 0],  => [1*1 + 0*1, 1*0 + 0*1] =  [1, 0]

[0, 1],       [0*1 + 1*1, 0*0 + 1*1]   = [1, 1]

[1, 1]]       [1*1 + 1*1, 1*0 + 1*1]    = [2, 1]

    由此可得K和V：

K = [[1, 2],    V = [[2, 0],

     [0, 1],           [0, 1],

     [1, 3]]           [2, 1]]

接下來計(jì)算計(jì)算 Attention Score（Q·K?）

計(jì)算 Q·K?（點(diǎn)積）再除以 √2（d=2）：

我們用 Q? 和所有 K 做 dot product，Q? 和所有 K 做 dot product，依此類推：

縮放除以 √2 ≈ 1.414：

S_scaled ≈ [[0.71, 0, 0.71],

            [2.12, 0.71, 2.83],

            [2.83, 0.71, 3.54]]

計(jì)算每一行的 softmax：

softmax([0.71, 0, 0.71]) = [0.401, 0.198, 0.401]

softmax([2.12, 0.71, 2.83]) ≈ [0.289, 0.075, 0.636]

softmax([2.83, 0.71, 3.54]) ≈ [0.288, 0.057, 0.655]

Attention Weight × V：

output? = 0.401*[2,0] + 0.198*[0,1] + 0.401*[2,1]

        = [0.802 + 0.802, 0 + 0.198 + 0.401] = [1.604, 0.599]

output? = 0.289*[2,0] + 0.075*[0,1] + 0.636*[2,1]

        = [0.578 + 1.272, 0.075 + 0.636] = [1.85, 0.711]

output? = 0.288*[2,0] + 0.057*[0,1] + 0.655*[2,1]

        = [0.576 + 1.31, 0.057 + 0.655] = [1.886, 0.712]

我們可以得到最后的輸出：

Output =

[[1.604, 0.599],

 [1.85,  0.711],

 [1.886, 0.712]]

3. 輸出到底表示啥？（熱點(diǎn)論壇）

它已經(jīng)不僅僅是原始的詞向量了，而是：

1. 考慮了當(dāng)前詞的內(nèi)容（通過 Query）

2. 也考慮了它和所有其他詞的關(guān)系（通過與 Key 的點(diǎn)積）

3. 最后通過注意力權(quán)重，把相關(guān)的詞信息從 Value 中“加權(quán)融合”了進(jìn)來

比如：

第一個(gè)詞“我”，原來是 [1, 0]，輸出是 [1.604, 0.599]

它在融合了“愛”“你”的信息后，變成了一個(gè)更富語義的表示

總結(jié)一句話：自注意力輸出 = 原詞向量 + 上下文理解 = 更聰明的表示！

這就是為什么 Transformer 模型可以強(qiáng)大到理解復(fù)雜語義、做翻譯、對(duì)話、生成等任務(wù)。

本文轉(zhuǎn)載自??人工智能訓(xùn)練營??，作者：人工智能訓(xùn)練營