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Transformer模型:Position Embedding实现
来源:cnblogs  作者:TechSynapse  时间:2024/8/26 9:19:05  对本文有异议

在自然语言处理(NLP)中,Transformer 模型是一个非常重要的里程碑,它通过自注意力(self-attention)机制极大地提高了处理序列数据的能力。在 Transformer 模型中,词嵌入(Word Embedding)是输入层的关键部分,负责将离散的单词转换成连续的向量表示,以便模型能够理解和处理。然而,您提到的“Postin Embedding”可能是一个笔误,通常我们讨论的是“Position Embedding”(位置嵌入),它用于给模型提供单词在句子中的位置信息,因为 Transformer 模型本身是位置无关的。

以下是一个基于 PyTorch 的简单 Transformer 模型实现,包括词嵌入和位置嵌入的详细代码示例。这个示例将展示如何构建 Transformer 的一个基本层(包括多头自注意力机制和前馈网络),并加入位置嵌入。

  1. import torch
  2. import torch.nn as nn
  3. import torch.nn.functional as F
  4. class PositionalEncoding(nn.Module):
  5. def __init__(self, d_model, max_len=5000):
  6. super(PositionalEncoding, self).__init__()
  7. # 创建位置编码矩阵
  8. pe = torch.zeros(max_len, d_model)
  9. position = torch.arange(0, max_len, dtype=torch.float).unsqueeze(1)
  10. div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2).float() * (-math.log(10000.0) / d_model))
  11. pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term)
  12. pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term)
  13. pe = pe.unsqueeze(0).transpose(0, 1)
  14. self.register_buffer('pe', pe)
  15. def forward(self, x):
  16. # 将位置编码加到词嵌入上
  17. return x + self.pe[:x.size(0), :]
  18. class TransformerEncoderLayer(nn.Module):
  19. def __init__(self, d_model, nhead, dim_feedforward=2048, dropout=0.1):
  20. super(TransformerEncoderLayer, self).__init__()
  21. self.self_attn = nn.MultiheadAttention(d_model, nhead, dropout=dropout)
  22. self.linear1 = nn.Linear(d_model, dim_feedforward)
  23. self.dropout = nn.Dropout(dropout)
  24. self.linear2 = nn.Linear(dim_feedforward, d_model)
  25. self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model)
  26. self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model)
  27. self.dropout1 = nn.Dropout(dropout)
  28. self.dropout2 = nn.Dropout(dropout)
  29. self.activation = nn.ReLU()
  30. def forward(self, src, src_mask=None, src_key_padding_mask=None):
  31. src2 = self.norm1(src)
  32. src2 = self.dropout1(src2)
  33. src_out, attn_output_weights, attn_output_mask = self.self_attn(src2, src2, src2, attn_mask=src_mask,
  34. key_padding_mask=src_key_padding_mask)
  35. src = src + self.dropout2(src_out)
  36. src2 = self.norm2(src)
  37. src2 = self.dropout(src2)
  38. src = self.linear2(self.dropout(self.activation(self.linear1(src2))))
  39. src = src + src2
  40. return src, attn_output_weights
  41. class TransformerEncoder(nn.Module):
  42. def __init__(self, encoder_layer, num_layers, d_model, vocab_size, max_len=5000):
  43. super(TransformerEncoder, self).__init__()
  44. self.layer = nn.ModuleList([encoder_layer for _ in range(num_layers)])
  45. self.src_emb = nn.Embedding(vocab_size, d_model)
  46. self.pos_encoder = PositionalEncoding(d_model, max_len)
  47. def forward(self, src):
  48. src = self.src_emb(src) * math.sqrt(self.d_model) # scale embedding by sqrt(d_model)
  49. src = self.pos_encoder(src)
  50. output = src
  51. attn = None
  52. for encoder in self.layer:
  53. output, attn = encoder(output)
  54. return output, attn
  55. # 示例参数
  56. vocab_size = 10000 # 假设词汇表大小为 10000
  57. d_model = 512 # 嵌入维度
  58. nhead = 8 # 多头注意力机制中的头数
  59. num_layers = 6 # 编码器层数
  60. # 创建 TransformerEncoder
  61. encoder_layer = TransformerEncoderLayer(d_model=d_model, nhead=nhead)
  62. transformer_encoder = TransformerEncoder(encoder_layer, num_layers, d_model, vocab_size)
  63. # 示例输入(假设已经有一些经过编码的索引)
  64. src = torch.tensor([[1, 2, 3, 4, 5, 0, 0], # 每个句子的索引,用 0 填充到相同长度
  65. [6, 7, 8, 9, 10, 0, 0]], dtype=torch.long)
  66. # 传递输入到 Transformer 编码器
  67. output, attn = transformer_encoder(src)
  68. print("Encoder output shape:", output.shape) # 应该是 [batch_size, seq_len, d_model]
  69. print("Attention weights shape (if you need them):", attn.shape) # 注意 attn 可能在第一层之后才是有效的
  70. # 注意:attn 的输出在这里可能不直接显示,因为它依赖于具体的层实现和是否传递了 mask。
  71. # 在实际应用中,你可能需要更复杂的逻辑来处理 mask 或直接忽略 attn 的输出。

以上代码实现了一个简单的 Transformer 编码器,包括词嵌入、位置嵌入、多头自注意力机制和前馈网络。在 TransformerEncoderLayer 类中,我们定义了一个编码器层,它包含了自注意力机制、层归一化、前馈网络以及相应的dropout层。TransformerEncoder 类则将这些层堆叠起来,并添加了词嵌入和位置嵌入。

请注意,在实际应用中,你可能需要添加一些额外的功能,比如掩码(mask)来处理填充的零或进行序列到序列的任务(例如翻译),以及添加解码器部分以构建完整的 Transformer 模型。此外,上述代码没有处理变长输入序列的掩码,这在实际应用中是很重要的,因为它可以防止模型关注到填充的零。

原文链接:https://www.cnblogs.com/TS86/p/18378541

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