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| 本文作者： skura | 2020-02-25 09:18 |
歡迎來(lái)到「帶注釋的 GPT-2」。
我讀過(guò)的最精彩、解釋最清楚的文章之一是「The Annotated Transformer」https://nlp.seas.harvard.edu/2018/04/03/attention.html 。它引起了前所未有的關(guān)注，一個(gè)簡(jiǎn)單的想法就是用一個(gè)文件注釋你所需要的代碼。
我在機(jī)器學(xué)習(xí)方面的經(jīng)驗(yàn)讓我意識(shí)到，當(dāng)你將事情寫成代碼的時(shí)候，其實(shí)現(xiàn)和秘密會(huì)變得更清晰，而不再是魔法了。
魔法沒(méi)有什么神奇的。魔術(shù)師只是理解一些簡(jiǎn)單的東西，而這些東西對(duì)未經(jīng)訓(xùn)練的觀眾來(lái)說(shuō)似乎并不簡(jiǎn)單。一旦你學(xué)會(huì)了操作魔術(shù)卡片，你也可以變魔術(shù)。
——Jeffrey Friedl 在《Mastering Regular Expressions》一書中寫道
GPT-2 一開(kāi)始看起來(lái)像是魔術(shù)，它的看起來(lái)太美麗了，但希望我能為你解釋魔術(shù)，在你讀完這篇文章時(shí)揭示所有的技巧，這是我的目標(biāo)。使那些熱衷于理解 GPT-2 模型是如何工作的人更好理解。
注：幾乎所有代碼都是從Hugging Face（https://github.com/huggingface/transformers/blob/master/src/transformers/modeling_gpt2.py ）的 GPT-2 實(shí)現(xiàn)中復(fù)制、啟發(fā)和引用的，只保留了簡(jiǎn)單的基本要素。如果你想在并行 GPU 上訓(xùn)練 GPT-2 模型，在微調(diào)時(shí)保存檢查點(diǎn)，在多個(gè) CPU 上運(yùn)行推理任務(wù)等等，我建議你使用 Hugging Face API。最近，Hugging Face 發(fā)布了一個(gè)簡(jiǎn)單的教程，它教你如何做到這一點(diǎn)：https://huggingface.co/blog/how-to-train 。
在這篇文章中，我并不是在試圖重新發(fā)明輪子，而是僅僅把一系列已經(jīng)存在的優(yōu)秀資源放在一起，讓讀者更容易掌握 GPT-2。我讓讀者在他們所選擇的任何領(lǐng)域進(jìn)一步建立這些基礎(chǔ)。
你不能在弱小的基礎(chǔ)上建造一座偉大的建筑。如果你要有一個(gè)強(qiáng)大的上層建筑，你必須有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
——Gordon B. Hinckley
學(xué)習(xí)本教程的先決條件
本文假設(shè)讀者對(duì)注意力機(jī)制和 tansformers 有著扎實(shí)的理解。GPT-2 采用 12 層的，僅有解碼器的 transformer 架構(gòu)。如果你想復(fù)習(xí)一下或了解注意力機(jī)制和 transformers，這里有一個(gè)很好的資源列表：
Jay Alammar 的 The illustrated Transformer：http://jalammar.github.io/illustrated-transformer/
哈佛大學(xué) The Annotated Transformer：https://nlp.seas.harvard.edu/2018/04/03/attention.html
Rachel Thomas 和 Jeremy Howard的 Introduction to the Transformer：https://www.youtube.com/watch?v=AFkGPmU16QA&list=PLtmWHNX-gukKocXQOkQjuVxglSDYWsSh9&index=18&t=0s
如果你剛剛開(kāi)始你的 NLP 之旅，或者你是一個(gè)專家，我絕對(duì)會(huì)推薦 Rachel Thomas 和 Jeremy Howard 教授的 fast.ai NLP 課程（https://www.fast.ai/2019/07/08/fastai-nlp/ ）。本課程從基礎(chǔ)開(kāi)始，包括使用樸素貝葉斯和 Logistic 回歸進(jìn)行語(yǔ)義分類，接著是 RNN，后面還討論了遷移學(xué)習(xí)、ULMFiT、Seq2Seq 翻譯和 transformers 等。它是 fast.ai 團(tuán)隊(duì)免費(fèi)提供的優(yōu)秀資源。
另一個(gè)關(guān)于 GPT-2 本身的優(yōu)秀資源，是 Jay Alammar 的 The Illustrated GPT-2（http://jalammar.github.io/illustrated-gpt2/ ）。本文從語(yǔ)言模型的基本介紹開(kāi)始，以一種非常容易理解的方式逐步解釋 GPT-2 模型。我強(qiáng)烈建議讀者閱讀這篇文章。
哈佛大學(xué) The Annotated Transformer 使用 PyTorch 實(shí)現(xiàn)了完整的 transformer 架構(gòu)，是深入理解 transformer 的好方法。
然后，讓我們?cè)谶@些優(yōu)秀的現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，用代碼實(shí)現(xiàn) GPT-2 吧~
摘要
自然語(yǔ)言處理任務(wù)，如問(wèn)答、機(jī)器翻譯、閱讀理解等，通常是在特定任務(wù)的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行有監(jiān)督的學(xué)習(xí)。我們證明，當(dāng)語(yǔ)言模型在一個(gè)名為 WebText 的數(shù)百萬(wàn)網(wǎng)頁(yè)的新數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練時(shí)，它開(kāi)始學(xué)習(xí)這些任務(wù)，而不需要任何明確的監(jiān)督。我們最大的模型，GPT-2，是一個(gè) 1.5B 參數(shù)的 transformer，它可以獲得最先進(jìn)的語(yǔ)言建模成果，但仍然不適合 WebText。模型中的示例反映了這些改進(jìn)，并包含連貫的文本段落。這些發(fā)現(xiàn)為構(gòu)建語(yǔ)言處理系統(tǒng)提供了一條有希望的途徑，該系統(tǒng)可以從自然發(fā)生的演示中學(xué)習(xí)執(zhí)行任務(wù)。
Zero-shot 設(shè)置是不微調(diào)語(yǔ)言模型并直接在目標(biāo)數(shù)據(jù)集上運(yùn)行推理的設(shè)置。例如，在 WebText 上預(yù)覽一個(gè) LM，并直接嘗試預(yù)測(cè) Amazon 影評(píng)數(shù)據(jù)集的下一個(gè)單詞。
模型架構(gòu)（GPT-2）
我們的 LM 使用基于 transformer 的架構(gòu)。該模型主要遵循 OpenAI GPT 模型的細(xì)節(jié)，并進(jìn)行了一些修改。層規(guī)范化被移動(dòng)到每個(gè)子塊的輸入，類似于預(yù)激活剩余網(wǎng)絡(luò)，并且在最終的自關(guān)注塊之后添加了額外的層規(guī)范化。我們?cè)诔跏蓟瘯r(shí)將剩余層的權(quán)重按 1/√N(yùn) 的因子進(jìn)行縮放，其中 N 是剩余層的數(shù)量。詞匯量擴(kuò)大到 50257 個(gè)單詞。我們還將上下文大小從 512 增加到 1024 個(gè)，并使用更大的批大小——512。
模型規(guī)格（GPT）
我們的模型基本上遵循了最初 transformer 的工作原理。我們訓(xùn)練了一個(gè) 12 層的只解碼的 transformer，它有隱藏的自注意力頭（768 維狀態(tài)和 12 個(gè)注意力頭）。對(duì)于位置前饋網(wǎng)絡(luò)，我們使用了 3072 維的內(nèi)部狀態(tài)。我們使用 Adam 優(yōu)化方案，最大學(xué)習(xí)速率為 2.5e-4。學(xué)習(xí)速率在前 2000 次更新中從零線性增加，并使用余弦調(diào)度將其退火為 0。我們?cè)?64 個(gè)隨機(jī)抽樣的小批量、512 個(gè)令牌的連續(xù)序列上訓(xùn)練了 100 個(gè)階段。由于 layernorm 在整個(gè)模型中廣泛使用，簡(jiǎn)單的 N（0，0.02）權(quán)重初始化就足夠了。我們使用了一個(gè) bytepair 編碼（BPE）詞匯表。我們還采用了在中提出的 L2 正則化的改進(jìn)版本，在所有非偏倚或增益權(quán)重上的 w=0.01。對(duì)于激活函數(shù)，我們使用高斯誤差線性單位（GELU）。
導(dǎo)入
import torch
import copy
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from torch.nn.modules import ModuleList
from torch.nn.modules.normalization import LayerNorm
import numpy as np
import os
from tqdm import tqdm_notebook, trange
import logging
logging.basicConfig(level = logging.INFO)
logger = logging.getLogger()
GPT-2 內(nèi)部的 transformer 解碼器
要重用用于描述 transformer 的術(shù)語(yǔ)，注意是一個(gè)查詢（Q）和一組鍵（K）和值（V）對(duì)的函數(shù)。為了處理更長(zhǎng)的序列，我們修改了 transformer 的多頭自注意力機(jī)制，通過(guò)限制 Q 和 K 之間的點(diǎn)積來(lái)減少內(nèi)存使用：
注意力是查詢、鍵和值的組合
class Conv1D(nn.Module):
def __init__(self, nx, nf): super().__init__()
self.nf = nf
w = torch.empty(nx, nf)
nn.init.normal_(w, std=0.02)
self.weight = nn.Parameter(w)
self.bias = nn.Parameter(torch.zeros(nf))
def forward(self, x):
size_out = x.size()[:-1] + (self.nf,)
x = torch.addmm(self.bias, x.view(-1, x.size(-1)), self.weight)
x = x.view(*size_out)
return x
CONV1D 層解釋
CONV1D 層本身可以看作是一個(gè)線性層。本質(zhì)上，它是投射一個(gè)初始張量 x（最終尺寸為 x.size(-1)）并傳遞給它，最終尺寸為 self.nf。
下面是相同的輸出示例：
d_model = 768
conv1d = Conv1D(d_model, d_model*3)
x = torch.rand(1,4,d_model) #represents a sequence of batch_size=1, seq_len=4 and embedding_sz=768, something like "Hello how are you"
x = conv1d(x)
x.shape
>> torch.Size([1, 4, 2304])
如上例所示，CONV1D 返回的張量的最終維數(shù)是初始大小的 3 倍。我們這樣做是為了能夠?qū)⑤斎朕D(zhuǎn)換為查詢、鍵和值矩陣。
然后可以檢索查詢、鍵和值矩陣，如下所示：
query, key, value = x.split(d_model, dim=-1)
query.shape, key.shape, value.shape
>> (torch.Size([1, 4, 768]), torch.Size([1, 4, 768]), torch.Size([1, 4, 768]))
將輸入轉(zhuǎn)換為 Q、K 和 V 矩陣的另一種方法是必須有單獨(dú)的 Wq、Wk 和 Wv 矩陣。我已經(jīng)在這篇文章底部的附加部分解釋了這一點(diǎn)。我發(fā)現(xiàn)這種方法更直觀、更具相關(guān)性，但在本文中我們使用了 CONV1D 層，因?yàn)槲覀冎赜昧?Hugging Face 的 CONV1D 預(yù)訓(xùn)練權(quán)重。
前向?qū)咏忉?/strong>
class FeedForward(nn.Module):
def __init__(self, dropout, d_model=768, nx=768*4):
super().__init__()
self.c_fc = Conv1D(d_model, nx)
self.c_proj = Conv1D(nx, d_model)
self.act = F.gelu
self.dropout = nn.Dropout(dropout)
def forward(self, x):
return self.dropout(self.c_proj(self.act(self.c_fc(x))))
在 Jay Alammar 的文章中有一個(gè)很好的解釋，也就是上面提到的，輸入是如何先經(jīng)過(guò)注意力層，然后再進(jìn)入前向?qū)拥摹Ｇ梆伨W(wǎng)絡(luò)是一個(gè)正常的網(wǎng)絡(luò)，它接受來(lái)自注意力層（768）的輸出，將其投射到 nx(768×4)維，添加一個(gè)激活函數(shù) self.act(GELU)，將其投射回 d_model (768) 并添加 dropout(0.1)。
注意力層解釋
下面的摘錄是從論文上摘取的：https://arxiv.org/abs/1706.03762 。
標(biāo)度點(diǎn)產(chǎn)品注意力
我們稱我們的注意力為「標(biāo)度點(diǎn)產(chǎn)品注意力」。輸入包括維度 dk 的查詢和鍵以及維度 dv 的值。我們使用所有鍵計(jì)算查詢的點(diǎn)積，用√dk除以每個(gè)鍵，然后應(yīng)用 softmax 函數(shù)獲得值的權(quán)重。
在實(shí)際應(yīng)用中，我們同時(shí)計(jì)算一組查詢的注意力函數(shù)，將它們組合成一個(gè)矩陣 Q，并將鍵和值組合成矩陣 K 和 V。我們將輸出矩陣計(jì)算為：
輸出矩陣為 Q、K 和 V 的組合
最常用的兩個(gè)注意力函數(shù)是加性注意力函數(shù)和點(diǎn)積（乘法）力函數(shù)注意。除了比例因子 1/√dk 外，點(diǎn)積注意力與我們的算法相同。附加注意力使用具有單個(gè)隱藏層的前饋網(wǎng)絡(luò)計(jì)算兼容性函數(shù)。雖然二者在理論復(fù)雜度上相似，但在實(shí)際應(yīng)用中，點(diǎn)積注意力速度更快，空間效率更高，因?yàn)樗梢允褂酶叨葍?yōu)化的矩陣乘法碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng) dk 值較小時(shí)，兩種機(jī)制的表現(xiàn)相似，但在 dk 值較大時(shí)，加性注意力優(yōu)于點(diǎn)積注意力。我們懷疑，對(duì)于 dk 的較大值，點(diǎn)積在數(shù)量上增長(zhǎng)較大，將 softmax 函數(shù)推入具有極小梯度的區(qū)域。為了抵消這一影響，我們將網(wǎng)點(diǎn)產(chǎn)品縮放至 1/√dk。
為了在代碼中實(shí)現(xiàn)注意力層，我們首先利用 CONV1D 層，得到前面解釋的 Q、K 和 V 矩陣。
一旦我們有了 Q、K 和 V 矩陣，我們就可以使用函數(shù) _attn 來(lái)執(zhí)行注意力。此函數(shù)復(fù)制了上述注意力點(diǎn)積公式。
class Attention(nn.Module):
def __init__(self, d_model=768, n_head=12, n_ctx=1024, d_head=64, bias=True, scale=False):
super().__init__()
self.n_head = n_head
self.d_model = d_model
self.c_attn = Conv1D(d_model, d_model*3)
self.scale = scale
self.softmax = nn.Softmax(dim=-1)
self.register_buffer("bias", torch.tril(torch.ones(n_ctx, n_ctx)).view(1, 1, n_ctx, n_ctx))
self.dropout = nn.Dropout(0.1)
self.c_proj = Conv1D(d_model, d_model)
def split_heads(self, x):
"return shape [`batch`, `head`, `sequence`, `features`]"
new_shape = x.size()[:-1] + (self.n_head, x.size(-1)//self.n_head)
x = x.view(*new_shape)
return x.permute(0, 2, 1, 3)
def _attn(self, q, k, v, attn_mask=None):
scores = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1))
if self.scale: scores = scores/math.sqrt(v.size(-1))
nd, ns = scores.size(-2), scores.size(-1)
if attn_mask is not None: scores = scores + attn_mask
scores = self.softmax(scores)
scores = self.dropout(scores)
outputs = torch.matmul(scores, v)
return outputs
def merge_heads(self, x):
x = x.permute(0, 2, 1, 3).contiguous()
new_shape = x.size()[:-2] + (x.size(-2)*x.size(-1),)
return x.view(*new_shape)
def forward(self, x):
x = self.c_attn(x) #new `x` shape - `[1,3,2304]`
q, k, v = x.split(self.d_model, dim=2)
q, k, v = self.split_heads(q), self.split_heads(k), self.split_heads(v)
out = self._attn(q, k, v)
out = self.merge_heads(out)
out = self.c_proj(out)
return out
另一種實(shí)現(xiàn)注意力的方法在本博客底部的附加部分進(jìn)行了說(shuō)明。我發(fā)現(xiàn)它更直觀，更容易與研究論文進(jìn)行比較。它利用線性層而不是 CONV1D 將輸入轉(zhuǎn)換為 Q、K 和 V 矩陣。我們之所以沒(méi)有使用它，是因?yàn)槲覀兪褂昧祟A(yù)訓(xùn)練的權(quán)重，從 Hugging Face 轉(zhuǎn)換為一維層。
多頭注意力
下面一段是從論文「Attention is all you need」上摘取的。
我們發(fā)現(xiàn)，使用不同的、學(xué)習(xí)到的線性映射將查詢、鍵和值分別線性映射到 dk、dk 和 dv 維度更好。然后，在這些查詢、鍵和值的隱射版本中，我們并行地執(zhí)行注意力函數(shù)，生成 dv 維輸出值。這些值被連接起來(lái)，然后再次進(jìn)行映射，得到最終值，如下圖所示：
多頭注意力機(jī)制允許模型在不同的位置共同關(guān)注來(lái)自不同表示子空間的信息。
多頭注意力等式
在這項(xiàng)工作中，我們使用了 h=8 個(gè)平行的注意力層，或者說(shuō)頭。其中，我們使用的都是 dk=dv=dmodel/h=64。由于每個(gè)頭的維數(shù)減少，總的計(jì)算成本與全維度的單頭部注意的計(jì)算成本相似。
不要被這個(gè)弄糊涂了，本質(zhì)上，我們所做的就是給 Q，K 和 V 矩陣增加一個(gè)維數(shù)。也就是說(shuō)，如果這些矩陣之前的大小是 [1, 4, 768]，表示 [bs, seq_len, d_model]，則這些矩陣被投影到[bs, n_head, seq_len, d_model//n_head]，大小為 [1, 12, 4, 64]。GPT-2 使用 12 個(gè)平行頭。我們將 Q，K，V 矩陣分解到 split_heads 函數(shù)中。最后，當(dāng)我們通過(guò)應(yīng)用并行注意力得到一個(gè)輸出時(shí)，我們將它連接到合并頭中，返回到維度矩陣 [bs，seq_len，d_model]。
代碼中的 GPT-2 模型體系結(jié)構(gòu)
到目前為止，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多頭注意和前饋層。如上圖所示，這兩層構(gòu)成 transformer 解碼器塊的構(gòu)建塊。GPT-2 由 12 個(gè) transformer 組組成。
這在 Jay Alammar 的文章中顯示如下：
由 12 個(gè)解碼塊組成的 GPT 體系結(jié)構(gòu)
transformer 解碼器塊說(shuō)明
class TransformerBlock(nn.Module):
def __init__(self, d_model=768, n_head=12, dropout=0.1):
super(TransformerBlock, self).__init__()
self.attn = Attention(d_model=768, n_head=12, d_head=64, n_ctx=1024, bias=True, scale=False)
self.feedforward = FeedForward(dropout=0.1, d_model=768, nx=768*4)
self.ln_1 = LayerNorm(d_model)
self.ln_2 = LayerNorm(d_model)
def forward(self, x):
x = x + self.attn(self.ln_1(x))
x = x + self.feedforward(self.ln_2(x))
return x
transformer 組由注意力層和前饋層組成，如 GPT-2 架構(gòu)模型規(guī)范所述：層規(guī)范化被移動(dòng)到每個(gè)子塊的輸入，這里的子塊是注意力和前饋。
因此，在 transformer 解碼器塊中，我們首先將輸入傳遞給一個(gè) LayerNorm，然后是第一個(gè)子注意力塊。接下來(lái)，我們將這個(gè)子塊的輸出再次傳遞給 LayerNorm，最后傳遞給前饋層。
GPT-2架構(gòu)說(shuō)明
如 GPT 論文所述：我們訓(xùn)練了一個(gè) 12 層的只解碼的 transformer，它有隱藏的自注意力頭（768 個(gè)維度和 12 個(gè)注意力頭）。
因此，完整的 GPT-2 體系結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò) 12 次復(fù)制的 TransformerBlock。
def _get_clones(module, n):
return ModuleList([copy.deepcopy(module) for i in range(n)])class GPT2(nn.Module):
def __init__(self, nlayers=12, n_ctx=1024, d_model=768, vcb_sz=50257):
super(GPT2, self).__init__()
self.nlayers = nlayers
block = TransformerBlock(d_model=768, n_head=12, dropout=0.1)
self.h = _get_clones(block, 12)
self.wte = nn.Embedding(vcb_sz, d_model)
self.wpe = nn.Embedding(n_ctx, d_model)
self.drop = nn.Dropout(0.1)
self.ln_f = LayerNorm(d_model)
self.out = nn.Linear(d_model, vcb_sz, bias=False)
self.loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
self.init_weights()
def init_weights(self):
self.out.weight = self.wte.weight
self.apply(self._init_weights)
def _init_weights(self, module):
if isinstance(module, (nn.Linear, nn.Embedding, Conv1D)):
module.weight.data.normal_(mean=0.0, std=0.02)
if isinstance(module, (nn.Linear, Conv1D)) and module.bias is not None:
module.bias.data.zero_()
elif isinstance(module, nn.LayerNorm):
module.bias.data.zero_()
module.weight.data.fill_(1.0)
def forward(self, src, labels=None, pos_ids=None):
if pos_ids is None: pos_ids = torch.arange(0, src.size(-1)).unsqueeze(0)
inp = self.drop((self.wte(src)+self.wpe(pos_ids)))
for i in range(self.nlayers): inp = self.h[i](inp)
inp = self.ln_f(inp)
logits = self.out(inp)
outputs = (logits,) + (inp,)
if labels is not None:
shift_logits = logits[..., :-1, :].contiguous()
shift_labels = labels[..., 1:].contiguous()
loss = self.loss_fn(shift_logits.view(-1, shift_logits.size(-1)), shift_labels.view(-1))
outputs = (loss,) + outputs
return outputs
return logits
我還沒(méi)有提到的是位置編碼和標(biāo)記嵌入。因?yàn)椋覀儾荒軐⒅T如「hey」或「hello」之類的詞直接傳遞給模型，所以我們首先將輸入標(biāo)記化。接下來(lái)，我們使用嵌入將標(biāo)記表示為數(shù)字。Jay Alammar 的這篇文章（http://jalammar.github.io/illustrated-word2vec/ ）很好地解釋了嵌入。
此外，與按順序傳遞輸入詞的 RNN 不同，transformer 并行地接受輸入矩陣，從而失去了被輸入詞的位置感。為了彌補(bǔ)這一損失，在將標(biāo)記嵌入處理到模型之前，我們添加了 Positional Encoding——一種指示序列中單詞順序的信號(hào)。如前所述，由于 GPT-2 的上下文大小是 1024，因此位置編碼的維度是 [1024, 768]。
從[The Illustrated GPT-2]引用的位置編碼（http://jalammar.github.io/Illustrated-gpt2/）
因此，GPT-2 體系結(jié)構(gòu)的輸入是通過(guò)一個(gè) Dropout 的標(biāo)記嵌入和位置編碼的總和。一旦我們有了輸入矩陣，我們就讓其通過(guò) GPT-2 架構(gòu)的 12 層中的每一層，其中每一層都是一個(gè)由兩個(gè)子層組成的 transformer 譯碼器塊——注意力和前饋網(wǎng)絡(luò)。
語(yǔ)言建模或分類
當(dāng)使用 GPT-2 作為語(yǔ)言模型時(shí)，我們將輸入傳遞到最終層形式，并通過(guò)最終大小為[768, vocab_sz]（50257）的線性層，得到大小為[1，4，50257]的輸出。這個(gè)輸出表示下一個(gè)詞匯輸入，我們現(xiàn)在可以很容易地通過(guò)一個(gè) softmax 層，并使用 argmax 以最大的概率獲得單詞在詞匯表中的位置。
對(duì)于分類任務(wù)，我們可以通過(guò)大小為 [768, n] 的線性層來(lái)傳遞從 GPT-2 架構(gòu)接收到的輸出，以獲得每個(gè)類別的概率（其中 n 表示類別的數(shù)量），然后通過(guò) softmax 傳遞，得到最高的預(yù)測(cè)類別，并使用 CrossEntropyLoss 來(lái)訓(xùn)練架構(gòu)進(jìn)行分類。
這就是 GPT-2 背后的全部魔法。它是一種基于解碼器的 transformer 式結(jié)構(gòu)，與 RNN 不同，它采用與位置編碼并行的輸入，通過(guò) 12 個(gè) transformer 解碼器層（由多頭注意力和前饋網(wǎng)絡(luò)組成）中的每一層來(lái)返回最終輸出。
讓我們?cè)谡Z(yǔ)言模型任務(wù)中看看這個(gè)模型的實(shí)際作用。
使用 Hugging Face 預(yù)訓(xùn)練權(quán)重生成示例文本
首先，讓我們用 Hugging Face 提供的預(yù)訓(xùn)練權(quán)重初始化模型。
model = GPT2()
# load pretrained_weights from hugging face
# download file https://s3.amazonaws.com/models.huggingface.co/bert/gpt2-pytorch_model.bin to `.`model_dict = model.state_dict() #currently with random initialization
state_dict = torch.load("./gpt2-pytorch_model.bin") #pretrained weightsold_keys = []
new_keys = []
for key in state_dict.keys():
if "mlp" in key: #The hugging face state dict references the feedforward network as mlp, need to replace to `feedforward` be able to reuse these weights
new_key = key.replace("mlp", "feedforward")
new_keys.append(new_key)
old_keys.append(key)for old_key, new_key in zip(old_keys, new_keys):
state_dict[new_key]=state_dict.pop(old_key)pretrained_dict = {k: v for k, v in state_dict.items() if k in model_dict}
model_dict.update(pretrained_dict)
model.load_state_dict(model_dict)
model.eval() #model in inference mode as it's now initialized with pretrained weights
現(xiàn)在讓我們生成文本。我們將使用 Hugging Face 的預(yù)訓(xùn)練標(biāo)記器將單詞轉(zhuǎn)換為輸入嵌入。
from transformers import GPT2Tokenizer
tokenizer = GPT2Tokenizer.from_pretrained("gpt2")
context = torch.tensor([tokenizer.encode("The planet earth")])
def generate(context, ntok=20):
for _ in range(ntok):
out = model(context)
logits = out[:, -1, :]
indices_to_remove = logits < torch.topk(logits, 10)[0][..., -1, None]
logits[indices_to_remove] = np.NINF
next_tok = torch.multinomial(F.softmax(logits, dim=-1), num_samples=1).squeeze(1)
context = torch.cat([context, next_tok.unsqueeze(-1)], dim=-1)
return contextout = generate(context, ntok=20)
tokenizer.decode(out[0])>> 'The planet earth is the source of all of all the light," says the study that the government will'
附加內(nèi)容
另一種實(shí)現(xiàn)注意力的方法，在 fast.ai 的 NLP 課程（https://github.com/fastai/course-nlp/blob/master/8-translation-transformer.ipynb ）中有，我發(fā)現(xiàn)更直觀的方法如下：
class Attention_FASTAI(nn.Module):
def __init__(self, d_model=768, n_head=12, d_head=64, n_ctx=1024, bias=True, scale=False):
super().__init__()
self.n_head = n_head
self.d_head = d_head
self.softmax = nn.Softmax(dim=-1)
self.scale = scale
self.atn_drop = nn.Dropout(0.1)
self.wq, self.wk, self.wv = [nn.Linear(d_model, n_head*d_head,
bias=bias) for o in range(3)]
def split_heads(self, x, layer, bs):
x = layer(x)
return x.view(bs, x.size(1), self.n_head, self.d_head).permute(0,2,1,3)
def _attn(self, q, k, v, attn_mask=None):
scores = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1))
if self.scale: scores = scores/math.sqrt(v.size(-1))
if attn_mask is not None:
scores = scores.float().masked_fill(attn_mask, -float('inf')).type_as(scores)
attn_prob = self.atn_drop(self.softmax(scores))
attn_vec = attn_prob @ v
return attn_vec
def merge_heads(self, x, bs, seq_len):
x = x.permute(0, 2, 1, 3).contiguous()
return x.view(bs, seq_len, -1)
def forward(self, q, k, v, mask=None):
bs, seq_len = q.size(0), q.size(1)
wq, wk, wv = map(lambda o:self.split_heads(*o, bs),
zip((q,k,v), (self.wq, self.wk, self.wv)))
attn_vec = self._attn(wq, wk, wv)
attn_vec = self.merge_heads(attn_vec, bs, seq_len)
return attn_vec
上面的實(shí)現(xiàn)與我們采用的實(shí)現(xiàn)方法的關(guān)鍵區(qū)別在于，這個(gè)實(shí)現(xiàn)沒(méi)有使用 CONV1D，而是先將輸入 x 傳遞給 self.wq、self.wk 和 self.wv 線性層，得到 wq、wk 和 wv 矩陣，然后接下來(lái)和前面一樣。
寫在最后
特別感謝 Hugging Face 創(chuàng)建了一個(gè)開(kāi)源的 NLP 庫(kù)，并提供了許多可使用的預(yù)訓(xùn)練模型。如前所述，本文中的代碼直接來(lái)自 Hugging Face 庫(kù)。The Illustrated GPT-2（http://jalammar.github.io/illustrated-gpt2/ ）是關(guān)于 GPT-2 知識(shí)最全的博客之一。最后，Harvard NLP 的 The Annotated Transformer（https://nlp.seas.harvard.edu/2018/04/03/attention.html ）完成了一個(gè)很棒且易于學(xué)習(xí)的 PyTorch 中 Transformers 的實(shí)現(xiàn)。
via：https://amaarora.github.io/2020/02/18/annotatedGPT2.html
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