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自然语言处理（26:（终章Attention 2.）带Attention的seq2seq的实现)

news 来源：原创 2025/6/28 6:17:25

系列文章目录

终章 1：Attention的结构

终章 2：带Attention的seq2seq的实现

终章 3：Attention的评价

终章 4：关于Attention的其他话题

终章 5：Attention的应用

系列文章目录

前言

一、编码器的实现

二、解码器的实现

三、seq2seq的实现

前言

上一节实现了Attention层（以及Time Attention层），现在我们使用这个层来实现“带Attention的seq2seq”。和上一章实现了3个类（Encoder、 Decoder 和 seq2seq）一样，这里我们也分别实现3个类（AttentionEncoder、 AttentionDecoder 和 AttentionSeq2seq）

一、编码器的实现

首先实现AttentionEncoder 类。这个类和上一章实现的Encoder类几乎一样，唯一的区别是，Encoder类的forward()方法仅返回LSTM层的最后的隐藏状态向量，而AttentionEncoder类则返回所有的隐藏状态向量。因此，这里我们继承上一章的Encoder类进行实现。AttentionEncoder类的实现如下所示

class AttentionEncoder(Encoder):def forward(self, xs):xs = self.embed.forward(xs)hs = self.lstm.forward(xs)return hsdef backward(self, dhs):dout = self.lstm.backward(dhs)dout = self.embed.backward(dout)return dout

二、解码器的实现

接着实现使用了Attention层的解码器。使用了Attention的解码器的层结构如下图所示

从上图中可以看出，和上一章的实现一样，Softmax层（更确切地说，是Time Softmax with Loss层）之前的层都作为解码器。另外，和上一章一样，除了正向传播forward()方法和反向出传播backward()方法之外，还实现了生成新单词序列（字符序列）的generate()方法。这里给出Attention Decoder层的初始化方法和forward()方法等的实现，如下所示

class AttentionDecoder:def __init__(self, vocab_size, wordvec_size, hidden_size):V, D, H = vocab_size, wordvec_size, hidden_sizern = np.random.randnembed_W = (rn(V, D) / 100).astype('f')lstm_Wx = (rn(D, 4 * H) / np.sqrt(D)).astype('f')lstm_Wh = (rn(H, 4 * H) / np.sqrt(H)).astype('f')lstm_b = np.zeros(4 * H).astype('f')affine_W = (rn(2*H, V) / np.sqrt(2*H)).astype('f')affine_b = np.zeros(V).astype('f')self.embed = TimeEmbedding(embed_W)self.lstm = TimeLSTM(lstm_Wx, lstm_Wh, lstm_b, stateful=True)self.attention = TimeAttention()self.affine = TimeAffine(affine_W, affine_b)layers = [self.embed, self.lstm, self.attention, self.affine]self.params, self.grads = [], []for layer in layers:self.params += layer.paramsself.grads += layer.gradsdef forward(self, xs, enc_hs):h = enc_hs[:,-1]self.lstm.set_state(h)out = self.embed.forward(xs)dec_hs = self.lstm.forward(out)c = self.attention.forward(enc_hs, dec_hs)out = np.concatenate((c, dec_hs), axis=2)score = self.affine.forward(out)return scoredef backward(self, dscore):dout = self.affine.backward(dscore)N, T, H2 = dout.shapeH = H2 // 2dc, ddec_hs0 = dout[:,:,:H], dout[:,:,H:]denc_hs, ddec_hs1 = self.attention.backward(dc)ddec_hs = ddec_hs0 + ddec_hs1dout = self.lstm.backward(ddec_hs)dh = self.lstm.dhdenc_hs[:, -1] += dhself.embed.backward(dout)return denc_hsdef generate(self, enc_hs, start_id, sample_size):sampled = []sample_id = start_idh = enc_hs[:, -1]self.lstm.set_state(h)for _ in range(sample_size):x = np.array([sample_id]).reshape((1, 1))out = self.embed.forward(x)dec_hs = self.lstm.forward(out)c = self.attention.forward(enc_hs, dec_hs)out = np.concatenate((c, dec_hs), axis=2)score = self.affine.forward(out)sample_id = np.argmax(score.flatten())sampled.append(sample_id)return sampled

这里的实现除使用了新的Time Attention层之外，和上一章的Decoder类没有什么太大的不同。需要注意的是，forward()方法中拼接了Time Attention 层的输出和LSTM层的输出。在上面的代码中，使用np.concatenate()方法进行拼接。这里省略对AttentionDecoder 类的backward() 和 generate() 方法的说明。最后，我们使用AttentionEncoder类和AttentionDecoder 类来实现 AttentionSeq2seq类

三、seq2seq的实现

AttentionSeq2seq 类的实现也和上一章实现的seq2seq几乎一样。区别仅在于，编码器使用AttentionEncoder类，解码器使用AttentionDecoder类。因此，只要继承上一章的Seq2seq类，并改一下初始化方法，就可以实现 AttentionSeq2seq 类

class AttentionSeq2seq(Seq2seq):def __init__(self, vocab_size, wordvec_size, hidden_size):args = vocab_size, wordvec_size, hidden_sizeself.encoder = AttentionEncoder(*args)self.decoder = AttentionDecoder(*args)self.softmax = TimeSoftmaxWithLoss()self.params = self.encoder.params + self.decoder.paramsself.grads = self.encoder.grads + self.decoder.grads

以上就是带Attention的seq2seq的实现。

系列文章目录

前言

一、编码器的实现

二、解码器的实现

三、seq2seq的实现

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