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Pytorch中 nn.Transformer的使用详解与Transformer的黑盒讲解

作者：盐析白兔 | 2024-04-04 16:25:24

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nn.transformer

文章目录

本文内容
将Transformer看成黑盒
Transformer的推理过程
Transformer的训练过程
Pytorch中的nn.Transformer
实战：使用nn.Transformer实现一个简单的Copy任务
参考资料：

本文内容

Transformer是个相对复杂的模型，可能有些人和我一样，学了也不会用，或者感觉自己懂了，但又不懂。本文将Transformer看做一个黑盒，然后讲解Pytorch中nn.Transformer的使用。

本文包含内容如下：

Transformer的训练过程讲解
Transformer的推理过程讲解
Transformer的入参和出参讲解
nn.Transformer的各个参数讲解
nn.Transformer的mask机制详解
实战：使用nn.Transformer训练一个copy任务。

你可以在该项目找到本文的源码

开始之前，我们先导入要用到的包：

import math
import random

import torch
import torch.nn as nn
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将Transformer看成黑盒

这是一张经典的Transformer模型图：

在这里插入图片描述

我们现在将其变成黑盒，将其盖住：

在这里插入图片描述

我们现在再来看下Transformer的输入和输出：

在这里插入图片描述

这里是一个翻译任务中transformer的输入和输出。transformer的输入包含两部分：

inputs: 原句子对应的tokens，且是完整句子。一般0表示句子开始(<bos>)，1表示句子结束(<eos>)，2为填充(<pad>)。填充的目的是为了让不同长度的句子变为同一个长度，这样才可以组成一个batch。在代码中，该变量一般取名src。
outputs(shifted right)：上一个阶段的输出。虽然名字叫outputs，但是它是输入。最开始为0（<bos>），然后本次预测出“我”后，下次调用Transformer的该输入就变成<bos> 我。在代码中，该变量一般取名tgt。

Transformer的输出是一个概率分布。

Transformer的推理过程

这里先讲Transformer的推理过程，因为这个简单。其实通过上面的讲解，你可能已经清楚了。上面是Transformer推理的第一步，紧接着第二步如图：

在这里插入图片描述

Transformer的推理过程就是这样一遍一遍调用Transformer，直到输出<eos>或达到句子最大长度为止。

通常真正在实战时，Transformer的Encoder部分只需要执行一遍就行了，这里为了简单起见，就整体重新执行。

Transformer的训练过程

在Transformer推理时，我们是一个词一个词的输出，但在训练时这样做效率太低了，所以我们会将target一次性给到Transformer（当然，你也可以按照推理过程做），如图所示：

在这里插入图片描述

从图上可以看出，Transformer的训练过程和推理过程主要有以下几点异同：

源输入src相同：对于Transformer的inputs部分(src参数)一样，都是要被翻译的句子。
目标输入tgt不同：在Transformer推理时，tgt是从<bos>开始，然后每次加入上一次的输出（第二次输入为<bos> 我）。但在训练时是一次将“完整”的结果给到Transformer，这样其实和一个一个给结果上一致（可参考该篇的Mask Attention部分）。这里还有一个细节，就是tgt比src少了一位，src是7个token，而tgt是6个token。这是因为我们在最后一次推理时，只会传入前n-1个token。举个例子：假设我们要预测<bos> 我爱你 <eos>（这里忽略pad），我们最后一次的输入tgt是<bos> 我爱你（没有<eos>），因此我们的输入tgt一定不会出现目标的最后一个token，所以一般tgt处理时会将目标句子删掉最后一个token。
输出数量变多：在训练时，transformer会一次输出多个概率分布。例如上图，我就的等价于是tgt为<bos>时的输出，爱就等价于tgt为<bos> 我时的输出，依次类推。当然在训练时，得到输出概率分布后就可以计算loss了，并不需要将概率分布再转成对应的文字。注意这里也有个细节，我们的输出数量是6，对应到token就是我爱你 <eos> <pad> <pad>，这里少的是<bos>，因为<bos>不需要预测。计算loss时，我们也是要和的这几个token进行计算，所以我们的label不包含<bos>。代码中通常命名为tgt_y

当得到transformer的输出后，我们就可以计算loss了，计算过程如图：

在这里插入图片描述

Pytorch中的nn.Transformer

nn.Transformer简介

在Pytorch中已经为我们实现了Transformer，我们可以直接拿来用，但nn.Transformer和我们上图的还是有点区别，具体如图：

在这里插入图片描述

Transformer并没有实现Embedding和Positional Encoding和最后的Linear+Softmax部分，这里我简单对这几部分进行说明：

Embedding: 负责将token映射成高维向量。例如将123映射成[0.34, 0.45, 0.123, ..., 0.33]。通常使用nn.Embedding来实现。但nn.Embedding的参数并不是一成不变的，也是会参与梯度下降。关于nn.Embedding可参考文章Pytorch nn.Embedding的基本使用
Positional Encoding：位置编码。用于为token编码增加位置信息，例如I love you这三个token编码后的向量并不包含其位置信息(love左边是I，右边是you这个信息)。这个位置信息还挺重要的，有和没有真的是天差地别。
Linear+Softmax：一个线性层加一个Softmax，用于对nn.Transformer输出的结果进行token预测。如果把Transformer比作CNN，那么nn.Transformer实现的就是卷积层，而Linear+Softmax就是卷积层后面的线性层。

这里我先简单的演示一下nn.Transformer的使用：

# 定义编码器，词典大小为10，要把token编码成128维的向量
embedding = nn.Embedding(10, 128)
# 定义transformer，模型维度为128（也就是词向量的维度）
transformer = nn.Transformer(d_model=128, batch_first=True) # batch_first一定不要忘记
# 定义源句子，可以想想成是 <bos> 我 爱 吃 肉 和 菜 <eos> <pad> <pad>
src = torch.LongTensor([[0, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2, 2]])
# 定义目标句子，可以想想是 <bos> I like eat meat and vegetables <eos> <pad>
tgt = torch.LongTensor([[0, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2]])
# 将token编码后送给transformer（这里暂时不加Positional Encoding）
outputs = transformer(embedding(src), embedding(tgt))
outputs.size()
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torch.Size([1, 9, 128])
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Transformer输出的Shape和tgt编码后的Shape一致。在训练时，我们会把transformer的所有输出送给Linear，而在推理时，只需要将最后一个输出送给Linear即可，即outputs[:, -1]。

nn.Transformer的构造参数详解

Transformer构造参数众多，所以我们还需要将黑盒稍微打开一下：

nn.Transformer主要由两部分构成：nn.TransformerEncoder和nn.TransformerDecoder。而nn.TransformerEncoder又是由多个nn.TransformerEncoderLayer堆叠而成的，图中的Nx就是要堆叠多少层。nn.TransformerDecoder同理。

下面是nn.Transformer的构造参数：

d_model: Encoder和Decoder输入参数的特征维度。也就是词向量的维度。默认为512
nhead: 多头注意力机制中，head的数量。关于Attention机制，可以参考这篇文章。注意该值并不影响网络的深度和参数数量。默认值为8。
num_encoder_layers: TransformerEncoderLayer的数量。该值越大，网络越深，网络参数量越多，计算量越大。默认值为6
num_decoder_layers：TransformerDecoderLayer的数量。该值越大，网络越深，网络参数量越多，计算量越大。默认值为6
dim_feedforward：Feed Forward层（Attention后面的全连接网络）的隐藏层的神经元数量。该值越大，网络参数量越多，计算量越大。默认值为2048
dropout：dropout值。默认值为0.1
activation： Feed Forward层的激活函数。取值可以是string(“relu” or “gelu”)或者一个一元可调用的函数。默认值是relu
custom_encoder：自定义Encoder。若你不想用官方实现的TransformerEncoder，你可以自己实现一个。默认值为None
custom_decoder: 自定义Decoder。若你不想用官方实现的TransformerDecoder，你可以自己实现一个。
layer_norm_eps: Add&Norm层中，BatchNorm的eps参数值。默认为1e-5
batch_first：batch维度是否是第一个。如果为True，则输入的shape应为(batch_size, 词数，词向量维度)，否则应为(词数, batch_size, 词向量维度)。默认为False。这个要特别注意，因为大部分人的习惯都是将batch_size放在最前面，而这个参数的默认值又是False，所以会报错。
norm_first – 是否要先执行norm。例如，在图中的执行顺序为 Attention -> Add -> Norm。若该值为True，则执行顺序变为：Norm -> Attention -> Add。

Transformer的forward参数详解

Transformer的forward参数需要详细解释，这里我先将其列出来，进行粗略解释，然后再逐个进行详细解释：

src: Encoder的输入。也就是将token进行Embedding并Positional Encoding之后的tensor。必填参数。Shape为(batch_size, 词数, 词向量维度)
tgt: 与src同理，Decoder的输入。 必填参数。Shape为(词数, 词向量维度)
src_mask: 对src进行mask。不常用。Shape为(词数, 词数)
tgt_mask：对tgt进行mask。常用。Shape为(词数, 词数)
memory_mask – 对Encoder的输出memory进行mask。 不常用。Shape为(batch_size, 词数, 词数)
src_key_padding_mask：对src的token进行mask. 常用。Shape为(batch_size, 词数)
tgt_key_padding_mask：对tgt的token进行mask。常用。Shape为(batch_size, 词数)
memory_key_padding_mask：对tgt的token进行mask。不常用。Shape为(batch_size, 词数)

上面的所有mask都是0代表不遮掩，-inf代表遮掩。另外，src_mask、tgt_mask和memory_mask是不需要传batch的。

补充：上面的说法是pytorch1.11版本。我发现1.11版本key_padding_mask可以用True/False，但1.12版本key_padding_mask好像只能是True/False，其中True表示遮掩，而False表示不遮掩（这个可不要弄混了，这个和Transformer原论文实现正好相反，如果弄反了，会造成结果为nan）。

上面说了和没说其实差不多，重要的是每个参数的是否常用和其对应的Shape（这里我默认batch_first=True）。接下来对各个参数进行详细解释。

src和tgt

src参数和tgt参数分别为Encoder和Decoder的输入参数。它们是对token进行编码后，再经过Positional Encoding之后的结果。

例如：我们一开始的输入为：[[0, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2, 2]]，Shape为(1, 10)，表示batch_size为1, 每句10个词。

在经过Embedding后，Shape就变成了(1, 10, 128)，表示batch_size为1, 每句10个词，每个词被编码为了128维的向量。

src就是这个(1, 10, 128)的向量。tgt同理

src_mask、tgt_mask和memory_mask

要真正理解mask，需要学习Attention机制，可参考该篇。这里只做一个简要的说明。

在经过Attention层时，会让每个词具有上下文关系，也就是每个词除了自己的信息外，还包含其他词的信息。例如：苹果很好吃和苹果手机很好玩，这两个苹果显然指的不是同一个意思。但让苹果这个词具备了后面好吃或手机这两个词的信息后，那就可以区分这两个苹果的含义了。

在Attention中，我们有这么一个“方阵”，描述着词与词之间的关系，例如：

       苹果  很  好吃
苹果 [[0.5, 0.1, 0.4],
很    [0.1, 0.8, 0.1],
好吃  [0.3, 0.1, 0.6],]
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在上述矩阵中，苹果这个词与自身, 很和好吃三个词的关系权重就是[0.5, 0.1, 0.4]，通过该矩阵，我们就可以得到包含上下文的苹果了，即

$\text{苹果}' = \text{苹果}\times 0.5 + \text{很} \times 0.1 + \text{好吃} \times 0.4$

但在实际推理时，词是一个一个输出的。若苹果很好吃是tgt的话，那么苹果是不应该包含很和好吃的上下文信息的，所以我们希望为：

$\text{苹果}' = \text{苹果}\times 0.5$

同理，很字可以包含苹果的上下信息，但不能包含好吃，所以为：

$\text{很}' = \text{苹果}\times 0.1 + \text{很} \times 0.8$

那要完成这个事情，那只需要改变方阵即可：

       苹果  很  好吃
苹果 [[0.5, 0,   0],
很    [0.1, 0.8, 0],
好吃  [0.3, 0.1, 0.6],]
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而这个事情我们就可以使用mask掩码来完成，即：

       苹果   很    好吃
苹果 [[ 0,  -inf, -inf],
很    [ 0,   0,   -inf],
好吃  [ 0,   0,    0]]
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其中0表示不遮掩，而-inf表示遮掩。（之所以这么定是因为这个方阵还要过softmax，所以会使-inf变为0）。

所以，对于tgt_mask，我们只需要生成一个斜着覆盖的方阵即可，我们可以利用nn.Transformer.generate_square_subsequent_mask来完成，例如：

nn.Transformer.generate_square_subsequent_mask(5) # 这个5指的是tgt的token的数量
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tensor([[0., -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0.]])
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通过上面的分析，src和memory一般是不需要进行mask的，所以不常用。

key_padding_mask

在我们的src和tgt语句中，除了本身的词外，还包含了三种token: <bos>, <eos> 和 <pad>。这里面的<pad>只是为了改变句子长度，方便将不同长度的句子组成batch而进行填充的。该token没有任何意义，所以在计算Attention时，也不想让它们参与，所以也要mask。而对于这种mask就需要用到key_padding_mask这个参数了。

例如，我们的src为[[0, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2, 2]]，其中2是<pad>，所以我们的src_key_padding_mask就应为[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -inf, -inf]]，即将最后两个2给掩盖住。

tgt_key_padding_mask同理。但memory_key_padding_mask就没有必要用了。

在Transformer的源码中或其他实现中，tgt_mask和tgt_key_padding_mask是合在一起的，例如：

[[0., -inf, -inf, -inf],  # tgt_mask
 [0., 0., -inf, -inf],
 [0., 0., 0., -inf],
 [0., 0., 0., 0.]]
 +
 [[0., 0., 0., -inf]]  # tgt_key_padding_mask
 =
[[0., -inf, -inf, -inf],  # 合并之后的
 [0., 0., -inf, -inf],
 [0., 0., 0., -inf],
 [0., 0., 0., -inf]]
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nn.Transformer的使用

接下来我们来简单的使用一下nn.Transformer:

首先我们定义src和tgt:

src = torch.LongTensor([
    [0, 8, 3, 5, 5, 9, 6, 1, 2, 2, 2],
    [0, 6, 6, 8, 9, 1 ,2, 2, 2, 2, 2],
])
tgt = torch.LongTensor([
    [0, 8, 3, 5, 5, 9, 6, 1, 2, 2],
    [0, 6, 6, 8, 9, 1 ,2, 2, 2, 2],
])
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接下来定义一个辅助函数来生成src_key_padding_mask和tgt_key_padding_mask:

def get_key_padding_mask(tokens):
    key_padding_mask = torch.zeros(tokens.size())
    key_padding_mask[tokens == 2] = -torch.inf
    return key_padding_mask

src_key_padding_mask = get_key_padding_mask(src)
tgt_key_padding_mask = get_key_padding_mask(tgt)
print(tgt_key_padding_mask)
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tensor([[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., 0., -inf, -inf, -inf, -inf]])
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然后通过Transformer内容方法生成tgt_mask：

tgt_mask = nn.Transformer.generate_square_subsequent_mask(tgt.size(-1))
print(tgt_mask)
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tensor([[0., -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., -inf, -inf, -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., -inf, -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., 0., -inf, -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., -inf, -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., -inf, -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., -inf],
        [0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
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之后就可以定义Embedding和Transformer进行调用了：

# 定义编码器，词典大小为10，要把token编码成128维的向量
embedding = nn.Embedding(10, 128)
# 定义transformer，模型维度为128（也就是词向量的维度）
transformer = nn.Transformer(d_model=128, batch_first=True) # batch_first一定不要忘记
# 将token编码后送给transformer（这里暂时不加Positional Encoding）
outputs = transformer(embedding(src), embedding(tgt),
                      tgt_mask=tgt_mask,
                      src_key_padding_mask=src_key_padding_mask,
                      tgt_key_padding_mask=tgt_key_padding_mask)
print(outputs.size())
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torch.Size([2, 10, 128])
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实战：使用nn.Transformer实现一个简单的Copy任务

任务描述：让Transformer预测输入。例如，输入为[0, 3, 4, 6, 7, 1, 2, 2]，则期望的输出为[0, 3, 4, 6, 7, 1]。

首先，我们定义一下句子的最大长度：

max_length=16
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定义PositionEncoding类，不需要知道具体什么意思，直接拿过来用即可。

class PositionalEncoding(nn.Module):
    "Implement the PE function."

    def __init__(self, d_model, dropout, max_len=5000):
        super(PositionalEncoding, self).__init__()
        self.dropout = nn.Dropout(p=dropout)

        # 初始化Shape为(max_len, d_model)的PE (positional encoding)
        pe = torch.zeros(max_len, d_model)
        # 初始化一个tensor [[0, 1, 2, 3, ...]]
        position = torch.arange(0, max_len).unsqueeze(1)
        # 这里就是sin和cos括号中的内容，通过e和ln进行了变换
        div_term = torch.exp(
            torch.arange(0, d_model, 2) * -(math.log(10000.0) / d_model)
        )
        # 计算PE(pos, 2i)
        pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term)
        # 计算PE(pos, 2i+1)
        pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term)
        # 为了方便计算，在最外面在unsqueeze出一个batch
        pe = pe.unsqueeze(0)
        # 如果一个参数不参与梯度下降，但又希望保存model的时候将其保存下来
        # 这个时候就可以用register_buffer
        self.register_buffer("pe", pe)

    def forward(self, x):
        """
        x 为embedding后的inputs，例如(1,7, 128)，batch size为1,7个单词，单词维度为128
        """
        # 将x和positional encoding相加。
        x = x + self.pe[:, : x.size(1)].requires_grad_(False)
        return self.dropout(x)
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定义我们的Copy模型：

class CopyTaskModel(nn.Module):

    def __init__(self, d_model=128):
        super(CopyTaskModel, self).__init__()

        # 定义词向量，词典数为10。我们不预测两位小数。
        self.embedding = nn.Embedding(num_embeddings=10, embedding_dim=128)
        # 定义Transformer。超参是我拍脑袋想的
        self.transformer = nn.Transformer(d_model=128, num_encoder_layers=2, num_decoder_layers=2, dim_feedforward=512, batch_first=True)

        # 定义位置编码器
        self.positional_encoding = PositionalEncoding(d_model, dropout=0)

        # 定义最后的线性层，这里并没有用Softmax，因为没必要。
        # 因为后面的CrossEntropyLoss中自带了
        self.predictor = nn.Linear(128, 10)

    def forward(self, src, tgt):
        # 生成mask
        tgt_mask = nn.Transformer.generate_square_subsequent_mask(tgt.size()[-1])
        src_key_padding_mask = CopyTaskModel.get_key_padding_mask(src)
        tgt_key_padding_mask = CopyTaskModel.get_key_padding_mask(tgt)

        # 对src和tgt进行编码
        src = self.embedding(src)
        tgt = self.embedding(tgt)
        # 给src和tgt的token增加位置信息
        src = self.positional_encoding(src)
        tgt = self.positional_encoding(tgt)

        # 将准备好的数据送给transformer
        out = self.transformer(src, tgt,
                               tgt_mask=tgt_mask,
                               src_key_padding_mask=src_key_padding_mask,
                               tgt_key_padding_mask=tgt_key_padding_mask)

        """
        这里直接返回transformer的结果。因为训练和推理时的行为不一样，
        所以在该模型外再进行线性层的预测。
        """
        return out

    @staticmethod
    def get_key_padding_mask(tokens):
        """
        用于key_padding_mask
        """
        key_padding_mask = torch.zeros(tokens.size())
        key_padding_mask[tokens == 2] = -torch.inf
        return key_padding_mask
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model = CopyTaskModel()
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这里简单的尝试下我们定义的模型：

src = torch.LongTensor([[0, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 2]])
tgt = torch.LongTensor([[3, 4, 5, 6, 1, 2, 2]])
out = model(src, tgt)
print(out.size())
print(out)
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torch.Size([1, 7, 128])
tensor([[[ 2.1870e-01,  1.3451e-01,  7.4523e-01, -1.1865e+00, -9.1054e-01,
           6.0285e-01,  8.3666e-02,  5.3425e-01,  2.2247e-01, -3.6559e-01,
      	  .... 
          -9.1266e-01,  1.7342e-01, -5.7250e-02,  7.1583e-02,  7.0782e-01,
          -3.5137e-01,  5.1000e-01, -4.7047e-01]]],
       grad_fn=<NativeLayerNormBackward0>)
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没什么问题，那就接着定义损失函数和优化器，因为是多分类问题，所以用CrossEntropyLoss:

criteria = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=3e-4)
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接着再定义一个生成随时数据的工具函数：

def generate_random_batch(batch_size, max_length=16):
    src = []
    for i in range(batch_size):
        # 随机生成句子长度
        random_len = random.randint(1, max_length - 2)
        # 随机生成句子词汇，并在开头和结尾增加<bos>和<eos>
        random_nums = [0] + [random.randint(3, 9) for _ in range(random_len)] + [1]
        # 如果句子长度不足max_length，进行填充
        random_nums = random_nums + [2] * (max_length - random_len - 2)
        src.append(random_nums)
    src = torch.LongTensor(src)
    # tgt不要最后一个token
    tgt = src[:, :-1]
    # tgt_y不要第一个的token
    tgt_y = src[:, 1:]
    # 计算tgt_y，即要预测的有效token的数量
    n_tokens = (tgt_y != 2).sum()

    # 这里的n_tokens指的是我们要预测的tgt_y中有多少有效的token，后面计算loss要用
    return src, tgt, tgt_y, n_tokens
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20

generate_random_batch(batch_size=2, max_length=6)
1

(tensor([[0, 7, 6, 8, 7, 1],
         [0, 9, 4, 1, 2, 2]]),
 tensor([[0, 7, 6, 8, 7],
         [0, 9, 4, 1, 2]]),
 tensor([[7, 6, 8, 7, 1],
         [9, 4, 1, 2, 2]]),
 tensor(8))
1
2
3
4
5
6
7

开始进行训练：

total_loss = 0

for step in range(2000):
    # 生成数据
    src, tgt, tgt_y, n_tokens = generate_random_batch(batch_size=2, max_length=max_length)

    # 清空梯度
    optimizer.zero_grad()
    # 进行transformer的计算
    out = model(src, tgt)
    # 将结果送给最后的线性层进行预测
    out = model.predictor(out)
    """
    计算损失。由于训练时我们的是对所有的输出都进行预测，所以需要对out进行reshape一下。
            我们的out的Shape为(batch_size, 词数, 词典大小)，view之后变为：
            (batch_size*词数, 词典大小)。
            而在这些预测结果中，我们只需要对非<pad>部分进行，所以需要进行正则化。也就是
            除以n_tokens。
    """
    loss = criteria(out.contiguous().view(-1, out.size(-1)), tgt_y.contiguous().view(-1)) / n_tokens
    # 计算梯度
    loss.backward()
    # 更新参数
    optimizer.step()

    total_loss += loss

    # 每40次打印一下loss
    if step != 0 and step % 40 == 0:
        print("Step {}, total_loss: {}".format(step, total_loss))
        total_loss = 0
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31

Step 40, total_loss: 3.570814609527588
Step 80, total_loss: 2.4842987060546875
...略
Step 1920, total_loss: 0.4518987536430359
Step 1960, total_loss: 0.37290623784065247
1
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4
5

在完成模型训练后，我们来使用一下我们的模型：

model = model.eval()
# 随便定义一个src
src = torch.LongTensor([[0, 4, 3, 4, 6, 8, 9, 9, 8, 1, 2, 2]])
# tgt从<bos>开始，看看能不能重新输出src中的值
tgt = torch.LongTensor([[0]])
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4
5

# 一个一个词预测，直到预测为<eos>，或者达到句子最大长度
for i in range(max_length):
    # 进行transformer计算
    out = model(src, tgt)
    # 预测结果，因为只需要看最后一个词，所以取`out[:, -1]`
    predict = model.predictor(out[:, -1])
    # 找出最大值的index
    y = torch.argmax(predict, dim=1)
    # 和之前的预测结果拼接到一起
    tgt = torch.concat([tgt, y.unsqueeze(0)], dim=1)

    # 如果为<eos>，说明预测结束，跳出循环
    if y == 1:
        break
print(tgt)
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tensor([[0, 4, 3, 4, 6, 8, 9, 9, 8, 1]])
1

可以看到，我们的模型成功预测了src的输入。

参考资料：

nn.Transformer官方文档: https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.Transformer.html

层层剖析，让你彻底搞懂Self-Attention、MultiHead-Attention和Masked-Attention的机制和原理: https://blog.csdn.net/zhaohongfei_358/article/details/122861751

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