【大模型学习】Transformer（学习笔记）-编程知识

Transformer介绍

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word2vec

Word2Vec是一种用于将词语映射到连续向量空间的技术，它是由Google的Tomas Mikolov等人开发的。Word2Vec模型通过学习大量文本数据中的词语上下文信息，将每个词语表示为高维空间中的向量。在这个向量空间中，具有相似语境的词语通常被映射到彼此附近的位置，从而使得词语之间的语义关系得以保留。

Word2Vec有两种主要的模型结构：连续词袋模型（CBOW）和Skip-gram模型。CBOW模型试图根据上下文词语预测目标词语，而Skip-gram模型则相反，它试图根据目标词语预测上下文词语。这两种模型都使用了神经网络结构，通常是浅层的前馈神经网络。

通过Word2Vec技术，可以实现词语之间的语义相似度计算、词语之间的关系推断、词语的聚类和分类等任务，是自然语言处理领域中一个重要的基础工具。

RNN不足

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串行，无法并行，不能加速

词向量的建模

Transformer是一种基于注意力机制的模型，最初用于机器翻译任务，但后来被证明在各种自然语言处理任务中都取得了巨大成功。在Transformer模型中，词向量的建模是通过自注意力机制（Self-Attention Mechanism）来实现的。

在Transformer中，输入的词语首先被转换成词向量（Word Embeddings），然后这些词向量被传递到多个Transformer层中进行处理。在每个Transformer层中，自注意力机制被用来捕捉输入序列中词语之间的关系。通过自注意力机制，模型可以计算每个词语在上下文中的重要性，并将这些重要性作为权重，对每个词语的表示进行加权求和，从而得到更丰富的上下文表示。

在自注意力机制中，每个词语的表示都会考虑到整个输入序列中的所有词语，这使得模型能够在不同位置之间进行信息交互，从而更好地捕捉上下文信息。通过多个Transformer层的堆叠，模型可以逐层地提炼和组织输入序列中的信息，最终得到更具有丰富语义信息的词向量表示。

总的来说，Transformer通过自注意力机制实现了对输入序列中词语的建模，使得模型能够更好地理解和处理自然语言文本。

Transformer网络架构

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基本组件：seq2seq网络
核心架构是中间的网络设计

输入如何编码？

输出结果是什么？

self-attention

自注意力机制进行并行计算，输入和输入都相同。

计算方法

attention是什么？
让计算机关注到有价值的信息。
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self-attention是什么？
关注到与自身相关的信息，融入上下文语境。

本质就是提取特征。（获取权重值）

用内积计算两个向量的关系。内积的结果为相关度分数。内积越大，相关度越高。

softmax用于归一化求概率。

multi-headed

多头，提取多个特征。
通过不同的head得到多个特征表达。
将所有特征拼接在一起。
通过一层全连接来降维。
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位置信息表达

position encoding
加入位置编码

以下结果针对分类任务，其他任务需要而外考虑。
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层归一化和残差连接

层归一化加速模型收敛，使得训练更稳定。
残差网络使得网络可以深层叠加。不同特征的融合（浅层特征和深层特征），防止模型退化。
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mask机制

解决训练和测试的信息不对称。
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softmax 和 linear

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模型梳理

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BERT

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Transformer发家史

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ViT（Vision Transformer）

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对图像数据构建patch序列

图像有空间位置信息，需要添加位置信息。
patch + position embedding

CNN缺陷

为了获得更大的感受野（获取全局信息），需要堆叠很深的卷积核（不断的卷积+池化）。

Transformer

对于训练数据要求很高（数据量大）。
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TNT

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Swin Transformer

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解决问题

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Transformer Blocks

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整体网络架构

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窗口和滑动窗口

W-MSA（Window Multi-head Self Attention）
学习窗口内部的信息

SW-MSA（Shift Window Multi-head Self Attention）
学习窗口之间的信息

Patch Merging

下采样，类似但不同于池化。
把不同维度进行间隔采样后拼接在一起。

DETR

DETR（DEtection TRansformer）是一种基于Transformer架构的目标检测模型，它将目标检测任务转换为一个端到端的Transformer网络。这种方法消除了传统目标检测模型中需要使用特定的子网络（如R-CNN系列中的区域建议网络）的需求，取得了很好的性能。

以往的目标检测算法

Faster R-CNN

Faster R-CNN是一种流行的目标检测算法，它基于区域建议网络（RPN）生成区域建议，并对这些建议中的对象进行分类。它以在图像中检测对象的准确性和效率而闻名。
"proposal"的中文意思是“建议”或者“提议”，在Faster R-CNN中，指的是由Region Proposal Network (RPN) 生成的候选目标区域。

YOLO

YOLO（You Only Look Once）是一种流行的实时目标检测算法，它将目标检测任务视为一个回归问题，通过在单个神经网络中同时预测边界框和类别概率来实现目标检测。与传统的目标检测方法相比，YOLO具有更快的处理速度，因为它只需要在图像上运行一次网络，而不需要使用滑动窗口或区域提议。这使得它非常适合需要实时检测的应用场景，如视频分析和自动驾驶。
“Anchor”（锚点）在目标检测中通常指的是一种预定义的边界框形状和尺寸，在训练过程中用来作为参考，用于生成候选区域或者预测目标边界框的偏移量。在一些目标检测算法中，比如Faster R-CNN和YOLO，锚点被用来定义可能包含目标的区域。这些锚点可以根据数据集和目标的大小进行调整，以提高模型的准确性。

NMS

NMS是非极大值抑制（Non-Maximum Suppression）的缩写，它是一种常用的技术，在目标检测和边界框回归中用于过滤重叠的边界框。该技术通过保留具有最高置信度的边界框，并消除与其高度重叠的其他边界框来优化结果。这样可以确保在输出中每个检测到的目标只有一个边界框与之对应，从而提高检测结果的准确性和可靠性。