一文彻底搞懂深度学习 - 注意力机制（Attention Mechanism） 原创

在深度学习中，注意力机制模仿了人类在处理信息时的选择性关注能力，允许模型在处理输入数据时动态地调整其注意力权重，从而突出重要信息并忽略不重要的信息。

注意力机制通过计算查询向量（Query）、键向量（Key）之间的相似度来确定注意力权重，然后对值向量（Value）进行加权求和，得到最终的输出。

Attention Mechanism

一、注意力机制

什么是注意力机制（Attention Mechanism）？注意力机制是一种允许模型在处理信息时专注于关键部分，忽略不相关信息，从而提高处理效率和准确性的机制。它模仿了人类视觉处理信息时选择性关注的特点。

当人类的视觉机制识别一个场景时，通常不会全面扫描整个场景，而是根据兴趣或需求集中关注特定的部分，如在这张图中，我们首先会注意到动物的脸部，正如注意力图所示，颜色更深的区域通常是我们最先注意到的部分，从而初步判断这可能是一只狼。

注意力机制解决了什么问题？在传统的序列处理模型中，如循环神经网络（RNN）和长短时记忆网络（LSTM），捕捉长距离依赖关系是一个难题。因为随着序列长度的增加，模型很容易丢失早期输入的信息。

注意力机制允许模型在序列的不同位置之间建立直接联系，无论这些位置相距多远，都能够有效地捕捉到它们之间的依赖关系。

​二、注意力分数

注意力分数是什么？注意力分数用来量化注意力机制中某一部分信息被关注的程度，反映了信息在注意力机制中的重要性。在注意力机制中，模型会根据注意力分数来决定对不同输入信息的关注程度。

如何计算注意力分数？在注意力机制中，Q（Query）、K（Key）、V（Value）通过映射矩阵得到相应的向量，通过计算Q与K的点积相似度并经过softmax归一化得到权重，最后使用这些权重对V进行加权求和得到输出。

Q、K、V计算过程是什么？对于输入序列的每个单词，通过计算其Query与所有单词Key的点积得到注意力分数，经Softmax归一化后得到注意力权重，再用这些权重对Value向量进行加权求和，以得到包含丰富上下文信息的新单词表示。

• 生成Q、K、V向量：对于输入序列中的每个单词，都会生成对应的Query（查询）、Key（键）和Value（值）向量。这些向量通常是通过将单词的嵌入向量（Embedding Vector）输入到一个线性变换层得到的。
• 计算Q、K的点积（注意力分数）：计算Query向量与序列中所有单词的Key向量之间的点积，得到一个分数。这个分数反映了Query向量与每个Key向量之间的相似度，即每个单词与当前位置单词的关联程度。
• Softmax函数归一化（注意力权重）：这些分数会经过一个Softmax函数进行归一化，得到每个单词的注意力权重。这些权重表示了在理解当前单词时，应该给予序列中其他单词多大的关注。​
• 注意力权重加权求和（加权和向量）：这些注意力权重与对应的Value向量进行加权求和，得到一个加权和向量。这个加权和向量会被用作当前单词的新表示，包含了更丰富的上下文信息。

本文转载自公众号架构师带你玩转AI 作者：AllenTang

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