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      Transformer模型:Position Embedding实现

      首页 知识中心 物联网 文章详情页

      Transformer模型:Position Embedding实现

      2025-05-14 09:51:21 阅读次数:3

      位置,序列,模型

      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。

      import torch  
      import torch.nn as nn  
      import torch.nn.functional as F  
        
      class PositionalEncoding(nn.Module):  
          def __init__(self, d_model, max_len=5000):  
              super(PositionalEncoding, self).__init__()  
              # 创建位置编码矩阵  
              pe = torch.zeros(max_len, d_model)  
              position = torch.arange(0, max_len, dtype=torch.float).unsqueeze(1)  
              div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2).float() * (-math.log(10000.0) / d_model))  
              pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term)  
              pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term)  
              pe = pe.unsqueeze(0).transpose(0, 1)  
              self.register_buffer('pe', pe)  
        
          def forward(self, x):  
              # 将位置编码加到词嵌入上  
              return x + self.pe[:x.size(0), :]  
        
      class TransformerEncoderLayer(nn.Module):  
          def __init__(self, d_model, nhead, dim_feedforward=2048, dropout=0.1):  
              super(TransformerEncoderLayer, self).__init__()  
              self.self_attn = nn.MultiheadAttention(d_model, nhead, dropout=dropout)  
              self.linear1 = nn.Linear(d_model, dim_feedforward)  
              self.dropout = nn.Dropout(dropout)  
              self.linear2 = nn.Linear(dim_feedforward, d_model)  
        
              self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model)  
              self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model)  
              self.dropout1 = nn.Dropout(dropout)  
              self.dropout2 = nn.Dropout(dropout)  
        
              self.activation = nn.ReLU()  
        
          def forward(self, src, src_mask=None, src_key_padding_mask=None):  
              src2 = self.norm1(src)  
              src2 = self.dropout1(src2)  
              src_out, attn_output_weights, attn_output_mask = self.self_attn(src2, src2, src2, attn_mask=src_mask,  
                                                                            key_padding_mask=src_key_padding_mask)  
              src = src + self.dropout2(src_out)  
              src2 = self.norm2(src)  
              src2 = self.dropout(src2)  
              src = self.linear2(self.dropout(self.activation(self.linear1(src2))))  
              src = src + src2  
              return src, attn_output_weights  
        
      class TransformerEncoder(nn.Module):  
          def __init__(self, encoder_layer, num_layers, d_model, vocab_size, max_len=5000):  
              super(TransformerEncoder, self).__init__()  
              self.layer = nn.ModuleList([encoder_layer for _ in range(num_layers)])  
              self.src_emb = nn.Embedding(vocab_size, d_model)  
              self.pos_encoder = PositionalEncoding(d_model, max_len)  
        
          def forward(self, src):  
              src = self.src_emb(src) * math.sqrt(self.d_model)  # scale embedding by sqrt(d_model)  
              src = self.pos_encoder(src)  
              output = src  
              attn = None  
        
              for encoder in self.layer:  
                  output, attn = encoder(output)  
        
              return output, attn  
        
      # 示例参数  
      vocab_size = 10000  # 假设词汇表大小为 10000  
      d_model = 512        # 嵌入维度  
      nhead = 8            # 多头注意力机制中的头数  
      num_layers = 6       # 编码器层数  
        
      # 创建 TransformerEncoder  
      encoder_layer = TransformerEncoderLayer(d_model=d_model, nhead=nhead)  
      transformer_encoder = TransformerEncoder(encoder_layer, num_layers, d_model, vocab_size)  
        
      # 示例输入(假设已经有一些经过编码的索引)  
      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  
                           [6, 7, 8, 9, 10, 0, 0]], dtype=torch.long)  
        
      # 传递输入到 Transformer 编码器  
      output, attn = transformer_encoder(src)  
        
      print("Encoder output shape:", output.shape)  # 应该是 [batch_size, seq_len, d_model]  
      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  
        
      # 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。  
      # 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。

      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:https://blog.51cto.com/u_16777940/11831701,作者:TechSynapse,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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