自然语言推断：注意力之注意（Attending）

注意（Attending）

第一步是将一个文本序列中的词元与另一个序列中的每个词元对齐。假设前提是“我确实需要睡眠”，假设是“我累了”。由于语义上的相似性，我们不妨将假设中的“我”与前提中的“我”对齐，将假设中的“累”与前提中的“睡眠”对齐。同样，我们可能希望将前提中的“我”与假设中的“我”对齐，将前提中的“需要”和“睡眠”与假设中的“累”对齐。请注意，这种对齐是使用加权平均的“软”对齐，其中理想情况下较大的权重与要对齐的词元相关联。为了便于演示，下图以“硬”对齐的方式显示了这种对齐方式。

现在，我们更详细地描述使用注意力机制的软对齐。

其中函数 $f$ 是在下面的mlp函数中定义的多层感知机。输出维度 $f$ 由mlp的num_hiddens参数指定。

def mlp(num_inputs, num_hiddens, flatten):
    net = []
    net.append(nn.Dropout(0.2))
    net.append(nn.Linear(num_inputs, num_hiddens))
    net.append(nn.ReLU())
    if flatten:
        net.append(nn.Flatten(start_dim=1))
    net.append(nn.Dropout(0.2))
    net.append(nn.Linear(num_hiddens, num_hiddens))
    net.append(nn.ReLU())
    if flatten:
        net.append(nn.Flatten(start_dim=1))
    return nn.Sequential(*net)

值得注意的是， $f$ 分别输入 $a_{i}$ 和 $b_{i}$ ，而不是将它们一对放在一起作为输入。这种分解技巧导致 $f$ 只有 $m+n$ 个次计算（线性复杂度），而不是 $mn$ 次计算（二次复杂度）。

我们计算假设中所有词元向量的加权平均值，以获得假设的表示，该假设与前提中索引 $i$ 的词元进行软对齐：

同样，我们计算假设中索引为 $j$ 的每个词元与前提词元的软对齐：

下面，我们定义Attend类来计算假设（beta）与输入前提A的软对齐以及前提（alpha）与输入假设B的软对齐。

class Attend(nn.Module):
    def __init__(self, num_inputs, num_hiddens, **kwargs):
        super(Attend, self).__init__(**kwargs)
        self.f = mlp(num_inputs, num_hiddens, flatten=False)

    def forward(self, A, B):
        # A/B的形状：（批量大小，序列A/B的词元数，embed_size）
        # f_A/f_B的形状：（批量大小，序列A/B的词元数，num_hiddens）
        f_A = self.f(A)
        f_B = self.f(B)
        # e的形状：（批量大小，序列A的词元数，序列B的词元数）
        e = torch.bmm(f_A, f_B.permute(0, 2, 1))
        # beta的形状：（批量大小，序列A的词元数，embed_size），
        # 意味着序列B被软对齐到序列A的每个词元(beta的第1个维度)
        beta = torch.bmm(F.softmax(e, dim=-1), B)
        # beta的形状：（批量大小，序列B的词元数，embed_size），
        # 意味着序列A被软对齐到序列B的每个词元(alpha的第1个维度)
        alpha = torch.bmm(F.softmax(e.permute(0, 2, 1), dim=-1), A)
        return beta, alpha

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