自注意力机制(Self-attention)

自注意力机制(Self-attention)

背景

最近，学了好多东西，今天看了一下李飞飞老师讲解的自注意力机制，因此在这记录一下，以供日后复习，同时自己学习消化知识也好。

综述

一般来说，模型的输入输出有三种：

• N个输入，经过模型计算后，输出N个结果，也就是对输入向量进行计算，从而得到每个向量对应的输出值。
• N个输入，送入模型进行计算，最终得到一个结果。这就是平时常见的比如，文本分类、情感分析等。
• 任意个输入，输出任意个输出。这种在生活中也较为常见，比如机器翻译，对于一句话，不同的语言会包含不同个词。

此文先讲讲第一种，也就是说N个输入，得出N个结果，这种模型一般形式如下图所示。

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在图中可以看到，a表示对输入数据进行处理之后，作为self-attention的输入，从而得到b。其中，在得到每个b的过程中，都会考虑到输入的每个元素，包括a1, a2, a3, a4。这样对于输出的结果更合理。

对于中间那一块深色的模块，就是自注意力机制的核心。在注意力机制中，首先需要计算注意力得分，比如：在进行计算第一元素时，需要考虑其他三个元素的情况，在计算第一个元素时，分别考虑其他每个元素的权重，给每个元素打分，重要性越大则分数越高。

其计算得分的流程如图下所示。

在上图中可以得到，自注意力机制在计算第一个元素时流程为：

1. 首先，给输入向量每个元素，分别乘以两个举证Wq和Wk，从而计算出q1和ki。
2. 然后，将q1和ki分别相乘，得到每个元素的分数。
3. 为了得到更好的结果，对每个分数进行一次soft-max。

最后，将每个分数按图上公式进行计算，得到输出在计算每个元素时，对应考虑其他元素的注意力分数。

在得到分数之后，可以通过以下图得到b，具体如下图所示。

在上图中，结合计算注意力得分的图，可以看出，在得出注意力分数之后，在将分数和vi进行相乘之后，再进行加权求和，即可得到b1。用同样的分数可以的b2,b3,b4。

矩阵形式

为了方便计算，一般会通过矩阵形式来计算，如图所示。

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在上图中可以清楚的看到，在进行自注意力中用矩阵形式进行计算过程。

其中I为输入向量进行拼接后的举证，Q、K、V矩阵为每个输入向量对应的q、k、v进行拼接后的矩阵。