查询(q

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查询(q_proj)、键(k_proj)和值(v_proj)投影，这些投影是自注意力机制的核心组件，特别是在Transformer架构中。

（图片来源网络，侵删）

让我们通过一个简化的例子来说明：

import numpy as np
# 假设输入维度是4，注意力头数是2
input_dim = 4
num_heads = 2
head_dim = input_dim // num_heads
# 模拟输入序列
x = np.random.randn(1, 3, input_dim)  # (batch_size, seq_len, input_dim)
# 初始化投影矩阵
W_q = np.random.randn(input_dim, input_dim)
W_k = np.random.randn(input_dim, input_dim)
W_v = np.random.randn(input_dim, input_dim)
# 执行投影
q = np.dot(x, W_q)  # 查询投影
k = np.dot(x, W_k)  # 键投影
v = np.dot(x, W_v)  # 值投影
# 重塑以分离注意力头
q = q.reshape(1, 3, num_heads, head_dim)
k = k.reshape(1, 3, num_heads, head_dim)
v = v.reshape(1, 3, num_heads, head_dim)
# 计算注意力分数
attention_scores = np.einsum('bhid,bhjd->bhij', q, k) / np.sqrt(head_dim)
# 应用softmax
attention_probs = np.exp(attention_scores) / np.sum(np.exp(attention_scores), axis=-1, keepdims=True)
# 计算输出
output = np.einsum('bhij,bhjd->bhid', attention_probs, v)
print("Query shape:", q.shape)
print("Key shape:", k.shape)
print("Value shape:", v.shape)
print("Output shape:", output.shape)

解释如下：

查询(q_proj)、键(k_proj)和值(v_proj)投影:
- 这些投影是线性变换，将输入向量映射到不同的表示空间。
- 在代码中，它们由W_q、W_k和W_v矩阵表示。
- 投影操作通过矩阵乘法实现：np.dot(x, W_q)等。
- 投影的作用:
  - 查询(q)：用于与键进行比较，确定关注哪些部分。
  - 键(k)：用于与查询匹配，帮助模型决定信息的重要性。
  - 值(v)：包含实际的信息内容，根据注意力权重进行聚合。
  - 多头注意力:
    - 投影后的向量被重塑为多个头，每个头独立计算注意力。
    - 这允许模型同时关注不同的表示子空间。
    - 注意力计算:
      - 使用查询和键计算注意力分数。
      - 应用softmax得到注意力概率。
      - 使用这些概率对值进行加权求和，得到最终输出。