transformer学习笔记（台大李宏毅）_为什么decoder的输入输出长度相同

self-attention

• 输入为：
  一排向量–word embedding
  可以是一段声音讯号、一个图（一个节点）、一个分子（一个原子）

• 输出为：
  ① 每个向量都有一个对应的label，输入长度=输出长度
  例：词性标注（每一个单词都有一个对应的磁性）、社交网络
  ② 一整个sequence需要一个label
  例：机器判断一段话是正面的还是负面的、根据一段语音判断讲话人是谁
  ③ 模型自己决定输出的label个数
  例：翻译

• 输入个数=输出个数，称为Sequence Labeling（sequence的每一个向量都要输出一个Label）
  fully-connected（全连接）
  

• 考虑更多的信息，比如上下文。可以给全连接层一整个window的信息，来考虑上下文
  
  如果考虑一个window不能解决，需要考虑整个sequence，window的长度不能无限大来盖住整个sequence？利用自注意力机制。

• self_attention可以考虑一整个sequence
  self-attention可以叠加。
  

• 根据a1找出sequence中跟a1的相关性，用α表示两个向量关联的程度

• α的计算方法：
  
  

• 其中α1,2为attention score
  注意，q1也会跟自己计算关联性（很重要）。

• 接下来，会做一个softmax，α得到一排α’

• 不一定用softmax，比较常见。

• 根据α，已经得出向量之间的关联性。

• 下一步，要根据α’提取出其中重要的信息
  
• 以上做的事情就是实现下图，从a得到b
  
• 然后，从矩阵乘法的角度理解
  
• 最后，输入是I，输出是O
  需要学习的矩阵只有Wq、Wk、Wv
  

multi-head self-attention

• 下图为两个head的情况
  
  
• 但是，所有位置的距离都是一样的，self-attention中就缺少了相对位置的信息，所以需要位置编码。
• 给每个位置一个专属的vector ei，将其加到ai上面。
  
• self-attention vs CNN
  CNN是一种简化的特殊的self-attention，receptive filed是人工决定的
  self-attention中是学习得到的

transformer

• 输入一个sequence，输出一个sequence，输出的长度由模型决定。
  
• 硬解：QA、语法剖析、多标签分类

encoder

• 给一排向量，输出另一排向量
  
• residual connection（残差连接）
• layer normalization
  二维中，列表示特征，行表示样本
  layer normalization：行归一化，样本归一化
  batch normalization：列归一化，特征归一化
• fully connection（全连接）、mlp（多层感知器）
  

decoder

1. autoregressive decoder

• 先给decoder一个begin，经过一个softmax得到一个输出，之后将begin和上一个输出作为decoder的输入，以此循环。encoder也会给decoder一个输入。（所以有可能会一步错步步错）
  

• encoder中的b1是根据a1跟其他所有ai的信息共同决定的。decoder中的mask，在产生b1的时候只能考虑a1的信息，产生b2的时候只能考虑a1和a2的信息，产生b3的时候只能考虑a1、a2、a3的信息。
  

• 为什么要masked？
  decoder运行的时候是一个一个的输入和输出，结果是先输入a1，再输入a2，所以在求b2的时候还没有输入b3和b4的信息。

• 怎样决定decoder输出的长度？什么时候停止？
  要有一个特殊的符号end来表示结束（也可以跟begin用一个）
  

2. non-autoregressive(NAT)

• 怎么确定NAT的输入长度
  ①用一个分类器，读入encoder，输出decoder的长度
  ②输出长度上限，寻找end符号，后面的舍掉
• NAT的优点：NAT比AT速度更快，可以控制输出长度，但是效果差

cross attention

• 连接decoder和encoder
  
• k、v来自于encoder，q来自于decoder
  

training

• 希望每次训练得到的ground truth跟distribution越接近越好
  
• 每个输出都有cross entropy，希望cross entropy的总和越小越好。
• teacher forcing：在训练的时候，会给decoder输入正确答案。
  
• tips

1. copy mechanism
   ① chat-bot
   ② summarization
2. guided attention
3. beam search
   
4. exposure bias
   训练的时候decoder输入都是正确的，在测试的时候可能结果很离谱，所以在训练的时候就给decoder一些错误的输入，称为scheduled sampling。