相对位置编码和绝对位置编码

最新推荐文章于 2025-05-21 07:30:00 发布

木禾DING

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分类专栏： Deep Learning 文章标签：深度学习 pytorch 人工智能

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位置编码的区别：

相对位置编码和绝对位置编码是两种不同的位置编码方法。

绝对位置编码是一种基于位置嵌入的方法，其中每个位置都被分配了一个唯一的位置向量。这些向量是固定的，与输入序列的内容无关。这种编码方式对于处理较短的序列效果较好，但在处理长序列时可能会存在问题，因为序列的长度超过了模型能够处理的位置编码的范围。

相对位置编码是一种基于相对位置的方法，其中每个位置被编码为一个偏移量，表示该位置与其他位置之间的相对距离。相对位置编码可以通过在输入嵌入中添加额外的信息来实现。这种编码方式可以处理长序列，并且能够在不同的上下文中保持一定的一致性。

Transformers使用Position Encoding，使用sinusoidal函数

BERT和BART都换成了可学习的绝对位置嵌入 (absolute position embeddings)

T5改成了相对位置嵌入(relative position embeddings)

sinusoidal函数

在这里插入图片描述

代码也就是：

class PositionalEncoding(nn.Module):
    def __init__(self, d_model, dropout, max_len=5000):
        super(PositionalEncoding, self).__init__()
        self.dropout = nn.Dropout(p=dropout)
        pe = torch.zeros(max_len, d_model)
        position = torch.arange(0, max_len).unsqueeze(1)
        div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2) *
                             -(math.log(10000.0) / d_model))
        pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term)
        pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term)
        pe = pe.unsqueeze(0)
        self.register_buffer('pe', pe)

    def forward(self, x):
        x = x + Variable(self.pe[:, :x.size(1)], requires_grad=False)
        return self.dropout(x)

绝对位置编码

代码层面

class BertEmbeddings(nn.Module):
    """Construct the embeddings from word, position and token_type embeddings.
    """
    def __init__(self, config):
        super(BertEmbeddings, self).__init__()
        self.word_embeddings = nn.Embedding(config.vocab_size, config.hidden_size, padding_idx=0)
        self.position_embeddings = nn.Embedding(config.max_position_embeddings, config.hidden_size)
        self.token_type_embeddings = nn.Embedding(config.type_vocab_size, config.hidden_size)

        # self.LayerNorm is not snake-cased to stick with TensorFlow model variable name and be able to load
        # any TensorFlow checkpoint file
        self.LayerNorm = BertLayerNorm(config.hidden_size, eps=1e-12)
        self.dropout = nn.Dropout(config.hidden_dropout_prob)

    def forward(self, input_ids, token_type_ids=None):
        seq_length = input_ids.size(1)
        position_ids = torch.arange(seq_length, dtype=torch.long, device=input_ids.device)
        position_ids = position_ids.unsqueeze(0).expand_as(input_ids)
        if token_type_ids is None:
            token_type_ids = torch.zeros_like(input_ids)

        words_embeddings = self.word_embeddings(input_ids)
        position_embeddings = self.position_embeddings(position_ids)
        token_type_embeddings = self.token_type_embeddings(token_type_ids)

        embeddings = words_embeddings + position_embeddings + token_type_embeddings
        embeddings = self.LayerNorm(embeddings)
        embeddings = self.dropout(embeddings)
        return embeddings

都是随机初始化的 nn.Embedding 词在神经网络中的向量表示。

介绍：

一个简单的查找表（lookup table），存储固定字典和大小的词嵌入。
此模块通常用于存储单词嵌入并使用索引检索它们(类似数组)。模块的输入是一个索引列表，输出是相应的词嵌入。
参数：
num_embeddings - 词嵌入字典大小，即一个字典里要有多少个词。
embedding_dim - 每个词嵌入向量的大小。
变量：
Embedding.weight（Tensor）–形状模块（num_embeddings，Embedding_dim）的可学习权重，初始化自（0，1）。
也就是说，pytorch的nn.Embedding()是可以自动学习每个词向量对应的w权重的。

class Embedding(Module):
    def __init__(self, num_embeddings, embedding_dim, padding_idx=None):
        super(Embedding, self).__init__()
        self.num_embeddings = num_embeddings
        self.embedding_dim = embedding_dim
        self.padding_idx = padding_idx
        
        # 构造一个num_embeddings x embedding_dim的可学习的权重矩阵
        self.weight = Parameter(torch.Tensor(num_embeddings, embedding_dim))
        self.reset_parameters()

    def reset_parameters(self):
        # 初始化权重矩阵
        nn.init.xavier_uniform_(self.weight)

    def forward(self, input):
        # 如果存在padding_idx，则将其嵌入向量设为0
        if self.padding_idx is not None:
            self.weight[self.padding_idx].zero_()
        
        # 将输入张量中的每个整数标记替换为对应的向量嵌入
        return F.embedding(input, self.weight, self.padding_idx, self.max_norm, self.norm_type, self.scale_grad_by_freq, self.sparse)