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pytorch实现transformer_pytorch transformer

作者：很楠不爱3 | 2024-04-02 05:36:09

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pytorch transformer

过了两个月，代码能力不见提升。在此立誓，2月里剩下的日子每天都要敲代码。本文是Transformer的PyTorch实现（超详细）一文的学习转载。作者关于Transformer的讲解：Transformer详解。作者真的好强，评论里关于提升代码能力的建议：“多写少看”，也让我醍醐灌顶。

数据预处理

手动输入了两对德语→英语的句子，手动编码了每个字的索引。


import torch
sentences = [
        # enc_input                dec_input            dec_output
        ['ich mochte ein bier P', 'S i want a beer .', 'i want a beer . E'],
        ['ich mochte ein cola P', 'S i want a coke .', 'i want a coke . E']
]
 
# Padding Should be Zero
src_vocab = {'P' : 0, 'ich' : 1, 'mochte' : 2, 'ein' : 3, 'bier' : 4, 'cola' : 5}
src_vocab_size = len(src_vocab)
 
tgt_vocab = {'P' : 0, 'i' : 1, 'want' : 2, 'a' : 3, 'beer' : 4, 'coke' : 5, 'S' : 6, 'E' : 7, '.' : 8}
idx2word = {i: w for i, w in enumerate(tgt_vocab)}
# print(idx2word)
tgt_vocab_size = len(tgt_vocab)
 
src_len = 5 # enc_input max sequence length
tgt_len = 6 # dec_input(=dec_output) max sequence length
 
def make_data(sentences):
    enc_inputs, dec_inputs, dec_outputs = [], [], []
    for i in range(len(sentences)):
      enc_input = [[src_vocab[n] for n in sentences[i][0].split()]]
 # [[1, 2, 3, 4, 0], [1, 2, 3, 5, 0]]
      dec_input = [[tgt_vocab[n] for n in sentences[i][1].split()]] 
# [[6, 1, 2, 3, 4, 8], [6, 1, 2, 3, 5, 8]]
      dec_output = [[tgt_vocab[n] for n in sentences[i][2].split()]]
 # [[1, 2, 3, 4, 8, 7], [1, 2, 3, 5, 8, 7]]
 
      enc_inputs.extend(enc_input)
      dec_inputs.extend(dec_input)
      dec_outputs.extend(dec_output)
 
    return torch.LongTensor(enc_inputs), torch.LongTensor(dec_inputs), torch.LongTensor(dec_outputs)
 
enc_inputs, dec_inputs, dec_outputs = make_data(sentences)
 
from torch.utils import data
 
#定义MyDataset类继承Dataset，需要重写方法:__init__，__len__,__getitem__
class MyDataSet(data.Dataset):
    def __init__(self, enc_inputs, dec_inputs, dec_outputs):
        super(MyDataSet, self).__init__()
        self.enc_inputs = enc_inputs
        self.dec_inputs = dec_inputs
        self.dec_outputs = dec_outputs
 
    def __len__(self):
        return self.enc_inputs.shape[0]
 
    def __getitem__(self, idx):
        return self.enc_inputs[idx], self.dec_inputs[idx], self.dec_outputs[idx]
 
#封装到Dataloader中，利用迭代器每次训练时提供一个batch的数据
loader = data.DataLoader(MyDataSet(enc_inputs, dec_inputs, dec_outputs), batch_size=2, shuffle=True)
#打印
def show_batch():
    for step, batch in enumerate(loader):
        print("steop:{}, batch:{}".format(step, batch))
# show_batch()
# steop:0, batch:[tensor([[1, 2, 3, 5, 0],
#         [1, 2, 3, 4, 0]]), tensor([[6, 1, 2, 3, 5, 8],
#         [6, 1, 2, 3, 4, 8]]), tensor([[1, 2, 3, 5, 8, 7],
#         [1, 2, 3, 4, 8, 7]])]
#batch_size设置为2，数据被分为1组

模型参数

下面变量代表的含义依次是：

字嵌入&位置嵌入的维度，这俩值是相同的，因此用一个变量就行了

FeedForward层隐藏神经元个数

Q、K、V向量的维度，其中Q与K的维度必须相等，V的维度没有限制，不过为了方便起见，我都设为64

Encoder和Decoder的个数

多头注意力中head的数量


# Transformer Parameters
d_model = 512  # Embedding Size：字嵌入&位置嵌入的维度
d_ff = 2048 # FeedForward dimension，FeedForward层隐藏神经元的个数
d_k = d_v = 64  # dimension of K(=Q), V
n_layers = 6  # number of Encoder of Decoder Layer
n_heads = 8  # number of heads in Multi-Head Attention

上面都比较简单，下面开始涉及到模型就比较复杂了，因此我会将模型拆分成以下几个部分进行讲解：

Positional Encoding

Pad Mask（针对句子不够长，加了pad，因此需要对pad进行mask）

Subsequence Mask（Decoder input不能看到未来时刻单词信息，因此需要mask）

ScaledDotProductAttention（计算context vector）

Multi-Head Attention

FeedForward Layer

Encoder Layer

Encoder

Decoder Layer

Decoder

Transformer

关于代码中的注释，如果值为src_len或者tgt_len的，我一定会写清楚，但是有些函数或者类，Encoder和Decoder都有可能调用，因此就不能确定究竟是src_len还是tgt_len，对于不确定的，我会记作seq_len，

Positional Encoding

论文中使用了 sin 和 cos 函数的线性变换来提供给模型位置信息:

$\text{[math]}$

上式中 pos 指的是一句话中某个字的位置，取值范围是 [0,max_sequence_length)，i 指的是字向量的维度序号，取值范围是 [0,embedding_dimension/2)，dmodel 指的是 embedding_dimension的值


def get_sinusoid_encoding_table(n_position, d_model):
    #hid_idx是字向量的维度序号（字每个维度的计算公式）
    def cal_angle(position, hid_idx):
        return position / np.power(10000, 2 * (hid_idx // 2) / d_model)
    #某个字的位置编码维度为d_model，和字向量维度相同（遍历字的每个维度）
    def get_posi_angle_vec(position):
        return [cal_angle(position, hid_j) for hid_j in range(d_model)]
    
    #pos+i：一句话中某个字的位置（遍历每个字）
    sinusoid_table = np.array([get_posi_angle_vec(pos_i) for pos_i in range(n_position)])
    sinusoid_table[:, 0::2] = np.sin(sinusoid_table[:, 0::2])  # dim 2i
    sinusoid_table[:, 1::2] = np.cos(sinusoid_table[:, 1::2])  # dim 2i+1
    return torch.FloatTensor(sinusoid_table)

上述注释应该从下往上看。“所谓的看不懂代码，其实是对论文的不熟悉”。果真如此。对于上述代码我一直比较模糊，知道是和上述公式相关，但是对于每一行代码的意思，每一行代码为什么这么写，并不清楚。今天再结合公式，仔细一看，非常清楚明白。所以说到底还是对公式、对论文的不够熟悉。

Pad Mask


def get_attn_pad_mask(seq_q, seq_k):
    '''
    seq_q: [batch_size, seq_len]
    seq_k: [batch_size, seq_len]
    seq_len could be src_len or it could be tgt_len
    seq_len in seq_q and seq_len in seq_k maybe not equal
    '''
    batch_size, len_q = seq_q.size()
    batch_size, len_k = seq_k.size()
    # eq(zero) is PAD token
    pad_attn_mask = seq_k.data.eq(0).unsqueeze(1)  # [batch_size, 1, len_k], False is masked
    return pad_attn_mask.expand(batch_size, len_q, len_k)  # [batch_size, len_q, len_k]
# pad_attn_mask: tensor([[[False, False, False, False,  True]],
#         [[False, False, False, False,  True]]])
# pad_attn_mask.expand(batch_size, len_q, len_k): tensor([[[False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True]],
#
#         [[False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True],
#          [False, False, False, False,  True]]])

由于在Encoder和Decoder中都需要进行mask操作，因此就无法确定这个函数的参数中seq_len的值，如果是在Encoder中调用的，seq_len就等于src_len；如果是在Decoder中调用的，seq_len就有可能等于src_len，也有可能等于tgt_len（因为Decoder有两次mask）

这个函数最核心的一句代码是seq_k.data.eq(0)，这句的作用是返回一个大小和seq_k一样的tensor，只不过里面的值只有True和False。如果seq_k某个位置的值等于0，那么对应位置就是True，否则即为False。举个例子，输入为seq_data = [1, 2, 3, 4, 0]，seq_data.data.eq(0)就会返回[False, False, False, False, True]

剩下的代码主要是扩展维度，强烈建议读者打印出来，看看最终返回的数据是什么样子。

Subsequence Mask


def get_attn_subsequence_mask(seq):
    '''
    seq: [batch_size, tgt_len]
    '''
    attn_shape = [seq.size(0), seq.size(1), seq.size(1)]
    subsequence_mask = np.triu(np.ones(attn_shape), k=1) # Upper triangular matrix
    subsequence_mask = torch.from_numpy(subsequence_mask).byte()
    return subsequence_mask

首先通过np.ones()生成一个全1的方阵，然后通过np.triu()生成一个上三角矩阵。下图是np.triu()用法

举个例子，Decoder 的 ground truth 为 "<start> I am fine"，我们将这个句子输入到 Decoder 中，经过 WordEmbedding 和 Positional Encoding 之后，将得到的矩阵做三次线性变换 $\text{[math]}$ 。然后进行 self-attention 操作，首先通过 $\text{[math]}$ 得到 Scaled Scores，接下来非常关键，我们要对 Scaled Scores 进行 Mask，举个例子，当我们输入 "I" 时，模型目前仅知道包括 "I" 在内之前所有字的信息，即 "<start>" 和 "I" 的信息，不应该让其知道 "I" 之后词的信息。Mask 非常简单，首先生成一个下三角全 0，上三角全为负无穷的矩阵，然后将其与 Scaled Scores 相加即可。

之后再做 softmax，就能将 - inf 变为 0，得到的这个矩阵即为每个字之间的权重。

Multi-Head Self-Attention 无非就是并行的对上述步骤多做几次，前面 Encoder 也介绍了，这里就不多赘述了

ScaledDotProductAttention


class ScaledDotProductAttention(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(ScaledDotProductAttention, self).__init__()
 
    def forward(self, Q, K, V, attn_mask):
        '''
        Q: [batch_size, n_heads, len_q, d_k]
        K: [batch_size, n_heads, len_k, d_k]
        V: [batch_size, n_heads, len_v(=len_k), d_v]
        attn_mask: [batch_size, n_heads, seq_len, seq_len]
        '''
        # scores : [batch_size, n_heads, len_q, len_k]
        scores = torch.matmul(Q, K.transpose(-1, -2)) / np.sqrt(d_k)
        #让pad为0的无效的区域不参与运算，给无效区域加一个很大的负数偏置
        scores.masked_fill_(attn_mask, -1e9)  # Fills elements of self tensor with value where mask is True.
 
        attn = nn.Softmax(dim=-1)(scores)
        context = torch.matmul(attn, V)  # [batch_size, n_heads, len_q, d_v]
        return context, attn

这里要做的是，通过Q和K计算出scores，然后将scores和V相乘，得到每个单词的context vector

第一步是将Q和K的转置相乘没什么好说的，相乘之后得到的scores还不能立刻进行softmax，需要和attn_mask相加，把一些需要屏蔽的信息屏蔽掉，attn_mask是一个仅由True和False组成的tensor，并且一定会保证attn_mask和scores的维度四个值相同（不然无法做对应位置相加）

mask完了之后，就可以对scores进行softmax了。然后再与V相乘，得到context。

 scores.masked_fill_(attn_mask, -1e9)

Self Attention 的计算过程中，我们通常使用 mini-batch 来计算，也就是一次计算多句话，即 X 的维度是 [batch_size, sequence_length]，sequence_length是句长，而一个 mini-batch 是由多个不等长的句子组成的，我们需要按照这个 mini-batch 中最大的句长对剩余的句子进行补齐，一般用 0 进行填充，这个过程叫做 padding。

但这时在进行 softmax 就会产生问题。回顾 softmax 函数 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 是 1，是有值的，这样的话 softmax 中被 padding 的部分就参与了运算，相当于让无效的部分参与了运算，这可能会产生很大的隐患。因此需要做一个 mask 操作，让这些无效的区域不参与运算，一般是给无效区域加一个很大的负数偏置，即

$\text{[math]}$

MultiHeadAttention


#输入Q,K,V，得到z:context
class MultiHeadAttention(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MultiHeadAttention, self).__init__()
        self.W_Q = nn.Linear(d_model, d_k * n_heads, bias=False)
        self.W_K = nn.Linear(d_model, d_k * n_heads, bias=False)
        self.W_V = nn.Linear(d_model, d_v * n_heads, bias=False)
        self.fc = nn.Linear(n_heads * d_v, d_model, bias=False)
    def forward(self, input_Q, input_K, input_V, attn_mask):
        '''
        X_embedding: [batch_size,sequence_length,embedding dimension]
        input_Q: [batch_size, len_q(=len_k), d_model]
        input_K: [batch_size, len_k, d_model]
        input_V: [batch_size, len_v, d_model]
        attn_mask: [batch_size, seq_len, seq_len]
        '''
        residual, batch_size = input_Q, input_Q.size(0)
        # (B, L, D) -proj-> (B, L, D_new) -split-> (B, L, H, W) -trans-> (B, H, L, W)
        Q = self.W_Q(input_Q).view(batch_size, -1, n_heads, d_k).transpose(1,2)  # Q: [batch_size, n_heads, len_q, d_k]
        K = self.W_K(input_K).view(batch_size, -1, n_heads, d_k).transpose(1,2)  # K: [batch_size, n_heads, len_k, d_k]
        V = self.W_V(input_V).view(batch_size, -1, n_heads, d_v).transpose(1,2)  # V: [batch_size, n_heads, len_v, d_v]
 
        attn_mask = attn_mask.unsqueeze(1).repeat(1, n_heads, 1, 1) # attn_mask : [batch_size, n_heads, seq_len, seq_len]
 
        # context: [batch_size, n_heads, len_q, d_v], attn: [batch_size, n_heads, len_q, len_k]
        context, attn = ScaledDotProductAttention()(Q, K, V, attn_mask)
        context = context.transpose(1, 2).reshape(batch_size, -1, n_heads * d_v) # context: [batch_size, len_q, n_heads * d_v]
        output = self.fc(context) # [batch_size, len_q, d_model]
        return nn.LayerNorm(d_model)(output + residual), attn

nn.Linear定义一个神经网络的线性层:


torch.nn.Linear(in_features, # 输入的神经元个数
           out_features, # 输出神经元个数
           bias=True # 是否包含偏置)

nn.Linear其实就是对输入 $\text{[math]}$ 执行了一个线性变换。即：

$\text{[math]}$

其中W时模型要学的参数，维度为 $\text{[math]}$ ,b是o维的向量偏置。n 为输入向量的行数（例如，你想一次输入10个样本，即batch_size为10，则n = 10 ），i 为输入神经元的个数（例如你的样本特征数为5，则 i = 5），o为输出神经元的个数。

完整代码中一定会有三处地方调用MultiHeadAttention()，Encoder Layer调用一次，传入的input_Q、input_K、input_V全部都是enc_inputs；Decoder Layer中两次调用，第一次传入的全是dec_inputs，第二次传入的分别是dec_outputs，enc_outputs，enc_outputs。

FeedForward Layer


#FeedForwardLayer:做两次线性变换，残差连接后再跟一个LayerNorm
class PoswiseFeedForwardNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(PoswiseFeedForwardNet, self).__init__()
        self.fc = nn.Sequential(
            nn.Linear(d_model, d_ff, bias=False),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(d_ff, d_model, bias=False)
        )
    def forward(self, inputs):
        '''
        inputs: [batch_size, seq_len, d_model]
        '''
        residual = inputs
        output = self.fc(inputs)
        return nn.LayerNorm(d_model)(output + residual) # [batch_size, seq_len, d_model]

Encoder Layer


class EncoderLayer(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(EncoderLayer, self).__init__()
        self.enc_self_attn = MultiHeadAttention()
        self.pos_ffn = PoswiseFeedForwardNet()
 
    def forward(self, enc_inputs, enc_self_attn_mask):
        '''
        enc_inputs: [batch_size, src_len, d_model]
        enc_self_attn_mask: [batch_size, src_len, src_len]
        '''
        # enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model], attn: [batch_size, n_heads, src_len, src_len]
        enc_outputs, attn = self.enc_self_attn(enc_inputs, enc_inputs, enc_inputs, enc_self_attn_mask) # enc_inputs to same Q,K,V
        enc_outputs = self.pos_ffn(enc_outputs) # enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model]
        return enc_outputs, attn

将上述组件拼起来，就是一个完整的Encoder Layer

Encoder


class Encoder(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Encoder, self).__init__()
        #对于嵌入层有两种方式初始化embedding向量，一种是直接随机初始化，另一种是使用预训练好的词向量初始化
        self.src_emb = nn.Embedding(src_vocab_size, d_model)
        self.pos_emb = nn.Embedding.from_pretrained(get_sinusoid_encoding_table(src_vocab_size, d_model),freeze=True) #freeze=True:训练过程中embedding权重不更新
        self.layers = nn.ModuleList([EncoderLayer() for _ in range(n_layers)])
 
    def forward(self, enc_inputs):
        '''
        enc_inputs: [batch_size, src_len]
        '''
        word_emb = self.src_emb(enc_inputs) # [batch_size, src_len, d_model]
        pos_emb = self.pos_emb(enc_inputs) # [batch_size, src_len, d_model]
        enc_outputs = word_emb + pos_emb
        enc_self_attn_mask = get_attn_pad_mask(enc_inputs, enc_inputs) # [batch_size, src_len, src_len]
        enc_self_attns = []
        for layer in self.layers:
            # enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model], enc_self_attn: [batch_size, n_heads, src_len, src_len]
            enc_outputs, enc_self_attn = layer(enc_outputs, enc_self_attn_mask)
            enc_self_attns.append(enc_self_attn)
        return enc_outputs, enc_self_attns

使用nn.ModuleList()里面的参数是列表，列表里面存了n_layers个Encoder Layer

由于我们控制好了Encoder Layer的输入和输出维度相同，所以可以直接用个for循环以嵌套的方式，将上一次Encoder Layer的输出作为下一次Encoder Layer的输入。

Decoder Layer


class DecoderLayer(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(DecoderLayer, self).__init__()
        self.dec_self_attn = MultiHeadAttention()
        self.dec_enc_attn = MultiHeadAttention()
        self.pos_ffn = PoswiseFeedForwardNet()
 
    def forward(self, dec_inputs, enc_outputs, dec_self_attn_mask, dec_enc_attn_mask):
        '''
        dec_inputs: [batch_size, tgt_len, d_model]
        enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model]
        dec_self_attn_mask: [batch_size, tgt_len, tgt_len]
        dec_enc_attn_mask: [batch_size, tgt_len, src_len]
        '''
        # dec_outputs: [batch_size, tgt_len, d_model], dec_self_attn: [batch_size, n_heads, tgt_len, tgt_len]
        dec_outputs, dec_self_attn = self.dec_self_attn(dec_inputs, dec_inputs, dec_inputs, dec_self_attn_mask)
        # dec_outputs: [batch_size, tgt_len, d_model], dec_enc_attn: [batch_size, h_heads, tgt_len, src_len]
        dec_outputs, dec_enc_attn = self.dec_enc_attn(dec_outputs, enc_outputs, enc_outputs, dec_enc_attn_mask)
        dec_outputs = self.pos_ffn(dec_outputs) # [batch_size, tgt_len, d_model]
        return dec_outputs, dec_self_attn, dec_enc_attn

在Decoder Layer中会调用两次MultiHeadAttention，第一次是计算Decoder Input的self-attention，得到输出dec_outputs。然后将dec_outputs作为生成Q的元素，enc_outputs作为生成K和V的元素，再调用一次MultiHeadAttention，得到的是Encoder和Decoder Layer之间的context vector。最后将dec_outptus做一次维度变换，然后返回。

Decoder


class Decoder(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Decoder, self).__init__()
        self.tgt_emb = nn.Embedding(tgt_vocab_size, d_model)
        self.pos_emb = nn.Embedding.from_pretrained(get_sinusoid_encoding_table(tgt_vocab_size, d_model),freeze=True)
        self.layers = nn.ModuleList([DecoderLayer() for _ in range(n_layers)])
 
    def forward(self, dec_inputs, enc_inputs, enc_outputs):
        '''
        dec_inputs: [batch_size, tgt_len]
        enc_intpus: [batch_size, src_len]
        enc_outputs: [batsh_size, src_len, d_model]
        '''
        word_emb = self.tgt_emb(dec_inputs) # [batch_size, tgt_len, d_model]
        pos_emb = self.pos_emb(dec_inputs) # [batch_size, tgt_len, d_model]
        dec_outputs = word_emb + pos_emb
 
        #Decoder中不仅要把"pad"mask掉，还要mask未来时刻的信息，因此有了以下三行代码。
        #torch.gt(a,value)的意思是，将a中各位置上的元素与value比较，若大于value，则该位置取1，否则取0
        dec_self_attn_pad_mask = get_attn_pad_mask(dec_inputs, dec_inputs) # [batch_size, tgt_len, tgt_len]
        dec_self_attn_subsequent_mask = get_attn_subsequence_mask(dec_inputs) # [batch_size, tgt_len]
        dec_self_attn_mask = torch.gt((dec_self_attn_pad_mask + dec_self_attn_subsequent_mask), 0) # [batch_size, tgt_len, tgt_len]
 
        dec_enc_attn_mask = get_attn_pad_mask(dec_inputs, enc_inputs) # [batc_size, tgt_len, src_len]
 
        dec_self_attns, dec_enc_attns = [], []
        for layer in self.layers:
            # dec_outputs: [batch_size, tgt_len, d_model], dec_self_attn: [batch_size, n_heads, tgt_len, tgt_len], dec_enc_attn: [batch_size, h_heads, tgt_len, src_len]
            dec_outputs, dec_self_attn, dec_enc_attn = layer(dec_outputs, enc_outputs, dec_self_attn_mask, dec_enc_attn_mask)
            dec_self_attns.append(dec_self_attn)
            dec_enc_attns.append(dec_enc_attn)
        return dec_outputs, dec_self_attns, dec_enc_attns

Decoder中不仅要把"pad"mask掉，还要mask未来时刻的信息，因此就有了下面这三行代码，其中torch.gt(a, value)的意思是，将a中各个位置上的元素和value比较，若大于value，则该位置取1，否则取0。


dec_self_attn_pad_mask = get_attn_pad_mask(dec_inputs, dec_inputs) 
# [batch_size, tgt_len, tgt_len]
dec_self_attn_subsequence_mask = get_attn_subsequence_mask(dec_inputs) 
# [batch_size, tgt_len, tgt_len]
dec_self_attn_mask = torch.gt((dec_self_attn_pad_mask + dec_self_attn_subsequence_mask), 0) # [batch_size, tgt_len, tgt_len]

Transformer


class Transformer(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Transformer, self).__init__()
        self.encoder = Encoder()
        self.decoder = Decoder()
        self.projection = nn.Linear(d_model, tgt_vocab_size, bias=False)
 
    def forward(self, enc_inputs, dec_inputs):
        '''
        enc_inputs: [batch_size, src_len]
        dec_inputs: [batch_size, tgt_len]
        '''
        # tensor to store decoder outputs
        # outputs = torch.zeros(batch_size, tgt_len, tgt_vocab_size).to(self.device)
 
        # enc_outputs: [batch_size, src_len, d_model], enc_self_attns: [n_layers, batch_size, n_heads, src_len, src_len]
        enc_outputs, enc_self_attns = self.encoder(enc_inputs)
        # dec_outpus: [batch_size, tgt_len, d_model], dec_self_attns: [n_layers, batch_size, n_heads, tgt_len, tgt_len], dec_enc_attn: [n_layers, batch_size, tgt_len, src_len]
        dec_outputs, dec_self_attns, dec_enc_attns = self.decoder(dec_inputs, enc_inputs, enc_outputs)
        dec_logits = self.projection(dec_outputs)  # dec_logits: [batch_size, tgt_len, tgt_vocab_size]
        return dec_logits.view(-1, dec_logits.size(-1)), enc_self_attns, dec_self_attns, dec_enc_attns

Transformer主要就是调用Encoder和Decoder。最后返回dec_logits的维度是[batch_size * tgt_len, tgt_vocab_size]，可以理解为，一个句子，这个句子有batch_size*tgt_len个单词，每个单词有tgt_vocab_size种情况，取概率最大者


model = Transformer()
criterion = nn.CrossEntropyLoss(ignore_index=0)
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=1e-3, momentum=0.99)

这里的损失函数里面我设置了一个参数ignore_index=0，因为"pad"这个单词的索引为0，这样设置以后，就不会计算"pad"的损失（因为本来"pad"也没有意义，不需要计算），关于这个参数更详细的说明，可以看我这篇文章的最下面，稍微提了一下。

训练


for epoch in range(30):
    for enc_inputs, dec_inputs, dec_outputs in loader:
      '''
      enc_inputs: [batch_size, src_len]
      dec_inputs: [batch_size, tgt_len]
      dec_outputs: [batch_size, tgt_len]
      '''
      # enc_inputs, dec_inputs, dec_outputs = enc_inputs.to(device), dec_inputs.to(device), dec_outputs.to(device)
      # outputs: [batch_size * tgt_len, tgt_vocab_size]
      outputs, enc_self_attns, dec_self_attns, dec_enc_attns = model(enc_inputs, dec_inputs)
      loss = criterion(outputs, dec_outputs.view(-1))
      print('Epoch:', '%04d' % (epoch + 1), 'loss =', '{:.6f}'.format(loss))
 
      optimizer.zero_grad()
      loss.backward()
      optimizer.step()

测试


enc_inputs, dec_inputs, _ = next(iter(loader))
predict, _, _, _ = model(enc_inputs[0].view(1, -1), dec_inputs[0].view(1, -1))
# model(enc_inputs[0].view(1, -1), greedy_dec_input)
# enc_inputs[0]: tensor([1, 2, 3, 5, 0])
# enc_inputs[0].view(1, -1): tensor([[1, 2, 3, 5, 0]])
#沿第1维选择最大值的下标 tensor([[1],[2],[3],[5],[8],[7]])
predict = predict.data.max(1, keepdim=True)[1]
#predict.squeeze() :减少一个维度，由二维变为列表 tensor([1, 2, 3, 5, 8, 7])
print(enc_inputs[0], '->', [idx2word[n.item()] for n in predict.squeeze()])

最后给出完整代码链接（需要科学的力量）

Github 项目地址：nlp-tutorial

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