Transformer 是一种深度学习模型,其最初是作为机器翻译的序列到序列模型被提出
的。然而,随着研究的深入,基于 Transformer 的预训练模型已经在各种任务上实现
了最优性能,成为自然语言处理(NLP)中的主流架构,并被广泛应用于多个领域。
以下是对 Transformer 的详细解析:
一、Transformer 的架构
Transformer 主要由以下四大部分组成:
1. 输入部分:包括输入嵌入与位置编码。输入嵌入层将文本中的词汇数字表示转换为向
量表示,以捕捉词汇间的关系。位置编码层则为输入序列的每个位置生成位置向量,
以便模型能够理解序列中的位置信息。
2. 多层编码器:由多个相同的编码器层堆叠而成,每个编码器层包含两个子层:多头自
注意力层和逐位置的前馈神经网络。这些层通过残差连接和层归一化来提高训练的稳
定性和效果。
3. 多层解码器:与编码器类似,解码器也由多个相同的解码器层堆叠而成,但每个解码
器层包含三个子层:掩码自注意力层、Encoder-Decoder 自注意力层和逐位置的前馈
神经网络。解码器部分用于生成输出序列。
4. 输出部分:包括输出线性层和 Softmax 层。输出线性层将解码器的输出转换为词汇表
大小的向量,Softmax 层则将这个向量转换为概率分布,以便进行最终的预测。
二、Transformer 的原理
Transformer 的核心是自注意力机制(Self-Attention Mechanism),其主要包括以下
几个关键组件:
1. 多头自注意力(Multi-Head Attention):允许模型同时关注来自不同位置的信息。
通过将输入向量分割到多个头,每个头都能独立地学习不同的注意力权重,从而增强
模型对输入序列中不同部分的关注能力。
2. 缩放点积注意力(Scaled Dot-Product Attention):是多头注意力机制的具体实现方
式之一。它使用查询(Query)、键(Key)和值(Value)三个矩阵来计算注意力权
重,并通过缩放因子来避免 softmax 函数在计算高维输入时的梯度消失问题。
三、Transformer 的应用领域
由于 Transformer 模型在处理长序列数据和并行计算方面的优势,它已经被广泛应用
于多个领域:
1. 自然语言处理(NLP):包括文本分类、机器翻译、命名实体识别和情感分析等任务。
Transformer 模型能够捕捉序列中的长距离依赖关系,并并行处理整个序列,从而提
高了处理速度和效率。
2. 语音识别:Transformer 模型在语音识别领域也取得了显著成果。它可以将语音信号
转换为文本,或者将文本转换为语音信号,实现语音到文本和文本到语音的转换。
3. 计算机视觉:虽然 Transformer 最初是为 NLP 任务设计的,但它在计算机视觉领域也
展现出了巨大的潜力。例如,Vision Transformer(ViT)用于图像分类任务,能够捕
捉图像中的全局依赖性。
4. 强化学习:Transformer 模型在强化学习领域的应用主要是策略学习和值函数近似。
通过多头注意力机制,Transformer 可以处理多个输入序列,并将它们融合成一个输
出序列,从而帮助模型更好地学习状态转移概率和值函数。
四、Transformer 的优缺点
优点:
� 处理长距离依赖关系能力强:通过自注意力机制,Transformer 能够捕捉序列中的长
距离依赖关系。
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算
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