算法手撕面经系列(1)--手撕多头注意力机制

多头注意力机制

 一个简单的多头注意力模块可以分解为以下几个步骤：

1. 先不分多头，对输入张量分别做变换，得到$Q,K,V$
2. 对得到的$Q,K,V$按头的个数进行split；
3. 用$Q,K$计算向量点积
4. 考虑是否要添因果mask
5. 利softmax计算注意力得分矩阵atten
6. 对注意力得分矩阵施加Dropout
7. 将atten矩阵和$V$矩阵相乘
8. 再过一道最终的输出变换

代码

 给出一个$d_k=d_v=d_{model}$的多头注意力实现如下：

class MHA(nn.Module):
    def __init__(self,C_in,dmodel,num_head=8,p_drop=0.2):
        super(MHA, self).__init__()

        self.QW=nn.Linear(C_in,dmodel)
        self.KW=nn.Linear(C_in,dmodel)
        self.VW=nn.Linear(C_in,dmodel)

        self.dp=nn.Dropout(p_drop)

        self.W_concat=nn.Linear(dmodel,dmodel)

        self.n_head=num_head
        self.p_drop=p_drop
        self.depth=dmodel//num_head

    def forward(self,X,casual=True):
        B,L,C=X.shape
        Q=self.QW(X)
        K=self.KW(X)
        V=self.VW(X)

        Q=Q.reshape((B,L,self.n_head,-1)).permute(0,2,1,3)
        K=K.reshape((B,L,self.n_head,-1)).permute(0,2,1,3)
        V=V.reshape((B,L,self.n_head,-1)).permute(0,2,1,3)

        atten=Q.matmul(K.transpose(2,3))

        if casual:
            mask=torch.triu(torch.ones(L,L))
            atten=torch.where(mask==1,atten,torch.ones_like(atten)*(-2**32+1))
        atten=torch.softmax(atten,dim=-1)

        atten=self.dp(atten)

        out=torch.matmul(atten,V)/self.depth**(1/2)

        out=out.permute(0,2,1,3).reshape(B,L,-1)
        out=self.W_concat(out)

        return out


if __name__=="__main__":
    input=torch.rand(10,5,3)
    model=MHA(3,64,4)
    res=model(input)