Multi-Head Self-Attention

Transformer-Modelle mit PyTorch

James Chapman

Curriculum Manager, DataCamp

Multi-Head Attention in Transformern

Die Transformer-Architektur aus dem Paper „Attention Is All You Need".

Transformer-Modelle mit PyTorch

Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

Transformer-Modelle mit PyTorch

Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

  • Q: Zeigt, wonach jedes Token in anderen Tokens „sucht"
  • K: Repräsentiert den Inhalt jedes Tokens
  • V: Tatsächlicher Inhalt zum Aggregieren/Gewichten
Transformer-Modelle mit PyTorch

Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

  • Q: Zeigt, wonach jedes Token in anderen Tokens „sucht"
  • K: Repräsentiert den Inhalt jedes Tokens
  • V: Tatsächlicher Inhalt zum Aggregieren/Gewichten

 

  • Attention Scores: Q–K-Ähnlichkeit → Skalarprodukt
Transformer-Modelle mit PyTorch

Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

  • Q: Zeigt, wonach jedes Token in anderen Tokens „sucht"
  • K: Repräsentiert den Inhalt jedes Tokens
  • V: Tatsächlicher Inhalt zum Aggregieren/Gewichten

 

  • Attention Scores: Q–K-Ähnlichkeit → Skalarprodukt
  • Attention Weights: softmax-Skalierung
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Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

  • Attention Scores: Q–K-Ähnlichkeit → Skalarprodukt
  • Attention Weights: softmax-Skalierung

 

Orange is my favorite fruit
Query: Orange
Attention weights: .21 .03 .05 .31 .40
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Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

  • Attention Scores: Q–K-Ähnlichkeit → Skalarprodukt
  • Attention Weights: softmax-Skalierung

 

Orange is my favorite fruit
Query: Orange
Attention weights: .21 .03 .05 .31 .40
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Self-Attention-Mechanismus

Anatomie des Self-Attention-Mechanismus

  • Attention Scores: Q–K-Ähnlichkeit → Skalarprodukt
  • Attention Weights: softmax-Skalierung

 

Orange is my favorite fruit
Query: Orange
Attention weights: .21 .03 .05 .31 .40
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Multi-Head Attention

Multi-Headed Self-Attention

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Multi-Head Attention

Multi-Headed Self-Attention

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Multi-Head Attention

Multi-Headed Self-Attention

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import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class MultiHeadAttention(nn.Module):

def __init__(self, d_model, num_heads): super().__init__()
assert d_model % num_heads == 0, "d_model must be divisible by num_heads."
self.num_heads = num_heads self.d_model = d_model self.head_dim = d_model // num_heads
self.query_linear = nn.Linear(d_model, d_model, bias=False) self.key_linear = nn.Linear(d_model, d_model, bias=False) self.value_linear = nn.Linear(d_model, d_model, bias=False)
self.output_linear = nn.Linear(d_model, d_model)
  • num_heads: Anzahl der Attention-Heads, jeder verarbeitet Embeddings der Größe head_dim
  • bias=False: keine Performanceauswirkung bei geringerer Komplexität (nur für Inputs)
Transformer-Modelle mit PyTorch
    def split_heads(self, x, batch_size):

seq_length = x.size(1) x = x.reshape(batch_size, seq_length, self.num_heads, self.head_dim) return x.permute(0, 2, 1, 3)
def compute_attention(self, query, key, value, mask=None):
scores = torch.matmul(query, key.transpose(-2, -1)) / (self.head_dim ** 0.5)
if mask is not None: scores = scores.masked_fill(mask == 0, float('-inf'))
attention_weights = F.softmax(scores, dim=-1) return torch.matmul(attention_weights, value)
def combine_heads(self, x, batch_size):
x = x.permute(0, 2, 1, 3).contiguous() return x.view(batch_size, -1, self.d_model)
  • compute_attention(): berechnet Attention-Gewichte mit F.softmax()
  • torch.matmul(attention_weights, value): gewichtete Summe der Werte
Transformer-Modelle mit PyTorch
    def forward(self, query, key, value, mask=None):
        batch_size = query.size(0)

        query = self.split_heads(self.query_linear(query), batch_size)
        key = self.split_heads(self.key_linear(key), batch_size)
        value = self.split_heads(self.value_linear(value), batch_size)

        attention_weights = self.compute_attention(query, key, value, mask)


output = self.combine_heads(attention_weights, batch_size)
return self.output_linear(output)
  • self.output_linear(): Head-Ausgaben konkatenieren und projizieren
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