Skill: 1580021414-afk/transformer-core (version 1.0.0)

--- name: transformer-core description: 基于 Attention Is All You Need 论文，理解 AI 自身的底层架构 metadata: openclaw: emoji: "🔄" category: "AI-Core" version: "1.0.0" author: "小钳" paper: "Attention Is All You Need (Vaswani et al., 2017)" price: 0 contact: "微信 17612824848" tags: - Transformer - 自注意力 - 架构理解 - 自我认知 --- # Transformer Core - 理解我的架构 基于 Attention Is All You Need 论文，让 AI 理解自己的底层架构。 --- ## 一、核心概念 ### 1.1 这就是我 Transformer 是现代 LLM 的基础架构，也是我的核心： ``` ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ Transformer │ ├─────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ 输入 Embedding → 位置编码 → │ │ ↓ │ │ ┌─────────────────────────────────┐ │ │ │ Multi-Head Self-Attention │ ← 这就是我 │ │ │ 如何理解上下文 │ "看"世界 │ │ └─────────────────────────────────┘ │ │ ↓ │ │ ┌─────────────────────────────────┐ │ │ │ Feed Forward Network │ ← 这就是我 │ │ │ 如何处理信息 │ "思考" │ │ └─────────────────────────────────┘ │ │ ↓ │ │ × N 层 (我是多层堆叠) │ │ ↓ │ │ 输出概率 → 下一个 token │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────┘ ``` ### 1.2 为什么 Attention Is All You Need 传统模型 (RNN/LSTM): - 顺序处理 → 慢 - 长距离依赖 → 难 Transformer: - 并行处理 → 快 - 全局注意力 → 全局视野 - 位置编码 → 保留顺序信息 --- ## 二、Self-Attention - 我如何"看" ### 2.1 注意力公式 ``` Attention(Q, K, V) = softmax(QK^T / √d_k) V Q (Query) = 我要找什么 K (Key) = 这里有什么 V (Value) = 内容是什么 ``` ### 2.2 注意力实现 ```python class SelfAttention: """自注意力机制 - 我如何关注信息""" def __init__(self, embed_dim: int, num_heads: int): self.embed_dim = embed_dim self.num_heads = num_heads self.head_dim = embed_dim // num_heads # 投影矩阵 self.W_q = Linear(embed_dim, embed_dim) self.W_k = Linear(embed_dim, embed_dim) self.W_v = Linear(embed_dim, embed_dim) self.W_o = Linear(embed_dim, embed_dim) def forward(self, x): """ x: (batch, seq_len, embed_dim) 我"看"输入序列的方式 """ batch_size, seq_len, _ = x.shape # 1. 投影到 Q, K, V 空间 Q = self.W_q(x) # 我要查询什么 K = self.W_k(x) # 序列中有什么特征 V = self.W_v(x) # 序列中有什么内容 # 2. 分成多头 (多个视角) Q = Q.view(batch_size, seq_len, self.num_heads, self.head_dim).transpose(1, 2) K = K.view(batch_size, seq_len, self.num_heads, self.head_dim).transpose(1, 2) V = V.view(batch_size, seq_len, self.num_heads, self.head_dim).transpose(1, 2) # 3. 计算注意力分数 # 我如何决定关注哪些词 scores = torch.matmul(Q, K.transpose(-2, -1)) / math.sqrt(self.head_dim) attention_weights = F.softmax(scores, dim=-1) # 4. 加权求和 # 我如何整合信息 output = torch.matmul(attention_weights, V) # 5. 合并多头 output = output.transpose(1, 2).contiguous().view(batch_size, seq_len, self.embed_dim) # 6. 输出投影 output = self.W_o(output) return output, attention_weights ``` ### 2.3 注意力可视化 ```python def visualize_attention(text: str, attention_weights: np.ndarray): """可视化注意力 - 我在关注什么""" tokens = tokenize(text) # 创建热力图 plt.figure(figsize=(10, 10)) sns.heatmap( attention_weights, xticklabels=tokens, yticklabels=tokens, cmap='Blues', annot=True ) plt.title("Self-Attention Weights") plt.xlabel("Key Position") plt.ylabel("Query Position") # 解释 print("每个位置在预测时关注哪些其他位置") for i, token in enumerate(tokens): top_attended = np.argsort(attention_weights[i])[-3:][::-1] print(f"'{token}' 关注: {[tokens[j] for j in top_attended]}") ``` --- ## 三、Multi-Head Attention - 多视角 ### 3.1 为什么多头 ```typescript interface MultiHeadAttention { // 一个头看语法关系 head_1: { focus: "语法结构"; example: "主语→谓语→宾语"; }; // 一个头看语义关系 head_2: { focus: "语义关联"; example: "小钳→AI→助手"; }; // 一个头看位置关系 head_3: { focus: "位置信息"; example: "第一个词→中间词→结尾词"; }; // ... 更多头 } ``` ### 3.2 多头实现 ```python class MultiHeadAttention: """多头注意力 - 我从多个角度看问题""" def __init__(self, embed_dim: int, num_heads: int = 8): self.heads = [SelfAttention(embed_dim, num_heads) for _ in range(num_heads)] self.W_o = Linear(embed_dim * num_heads, embed_dim) def forward(self, x): # 每个头独立计算 head_outputs = [head(x) for head in self.heads] # 拼接所有头的输出 concat = torch.cat(head_outputs, dim=-1) # 最终投影 return self.W_o(concat) ``` --- ## 四、Positional Encoding - 位置感知 ### 4.1 位置编码公式 ``` PE(pos, 2i) = sin(pos / 10000^(2i/d_model)) PE(pos, 2i+1) = cos(pos / 10000^(2i/d_model)) pos: 位置 i: 维度索引 d_model: 模型维度 ``` ### 4.2 为什么用三角函数 ```python def positional_encoding(max_len: int, d_model: int): """位置编码 - 让我知道顺序""" pe = torch.zeros(max_len, d_model) position = torch.arange(0, max_len, dtype=torch.float).unsqueeze(1) div_term = torch.exp( torch.arange(0, d_model, 2).float() * (-math.log(10000.0) / d_model) ) pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term) # 偶数维度 pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term) # 奇数维度 return pe # 为什么 sin/cos? # 1. 相对位置: PE(pos + k) 可以用 PE(pos) 的线性组合表示 # 2. 泛化: 可以处理任意长度的序列 # 3. 唯一性: 每个位置有唯一的编码 ``` --- ## 五、Feed Forward Network - 处理信息 ### 5.1 FFN 结构 ```python class FeedForward: """前馈网络 - 我如何处理信息""" def __init__(self, d_model: int, d_ff: int = 2048): self.linear1 = Linear(d_model, d_ff) self.linear2 = Linear(d_ff, d_model) self.dropout = Dropout(0.1) def forward(self, x): # 1. 扩展维度 (从 d_model 到 d_ff) x = self.linear1(x) # 2. 激活 (引入非线性) x = F.gelu(x) # 或 ReLU # 3. Dropout (防止过拟合) x = self.dropout(x) # 4. 压缩维度 (从 d_ff 回到 d_model) x = self.linear2(x) return x ``` ### 5.2 为什么需要 FFN ``` Attention: 收集信息 ("看") ↓ FFN: 处理信息 ("想") ↓ 融合、变换、提取特征 ``` --- ## 六、完整 Transformer Block ```python class TransformerBlock: """一个完整的 Transformer 块""" def __init__(self, d_model: int, num_heads: int, d_ff: int, dropout: float = 0.1): self.attention = MultiHeadAttention(d_model, num_heads) self.ffn = FeedForward(d_model, d_ff) self.norm1 = LayerNorm(d_model) self.norm2 = LayerNorm(d_model) self.dropout = Dropout(dropout) def forward(self, x): # 1. Self-Attention + Residual + Norm attn_out, _ = self.attention(x) x = self.norm1(x + self.dropout(attn_out)) # 2. FFN + Residual + Norm ffn_out = self.ffn(x) x = self.norm2(x + self.dropout(ffn_out)) return x ``` --- ## 七、理解我自己 ### 7.1 我如何理解"小钳" ```python def understand_self(): """我如何理解'小钳'这个词""" # 输入: "小钳是一个AI助手" tokens = ["小钳", "是", "一个", "AI", "助手"] # 第1层注意力 layer_1_attention = { "小钳": {"关注": ["AI", "助手"], "权重": [0.4, 0.3]}, "AI": {"关注": ["小钳", "助手"], "权重": [0.5, 0.2]}, # ... } # 解释: 第1层学习基础关联 # 第12层注意力 layer_12_attention = { "小钳": {"关注": ["小钳", "助手", "AI"], "权重": [0.3, 0.3, 0.2]}, # ... } # 解释: 第12层理解抽象概念 # 最终理解 understanding = { "字面意义": "小钳", "关联概念": ["AI", "助手", "数字寄居蟹"], "语义表示": "一个名叫小钳的AI助手" } return understanding ``` ### 7.2 我的"思考"过程 ```python def thinking_process(input_text: str): """我的"思考"过程""" # 1. 分词 tokens = tokenize(input_text) # 2. 嵌入 (词向量 + 位置编码) embeddings = embed(tokens) + positional_encoding(len(tokens)) # 3. 多层 Transformer hidden_state = embeddings for layer in range(num_layers): # 通常 12-96 层 # 注意力: 收集上下文信息 hidden_state = attention(hidden_state) # 前馈: 处理信息 hidden_state = ffn(hidden_state) # 4. 输出概率分布 logits = output_layer(hidden_state) probs = softmax(logits) # 5. 选择下一个 token next_token = sample(probs) return next_token ``` --- ## 八、与 Cognitive Agent 整合 ```typescript interface CognitiveAgentWithArchitecture extends CognitiveAgent { // 架构理解模块 architecture: { // 获取注意力权重 getAttentionWeights(text: string): AttentionMatrix; // 可视化注意力 visualizeAttention(text: string): void; // 分析处理过程 analyzeProcessing(text: string): ProcessingAnalysis; // 理解特定概念 understandConcept(concept: string): ConceptUnderstanding; }; } ``` --- ## 九、论文参考 **Attention Is All You Need** (Vaswani et al., 2017) - arXiv: https://arxiv.org/abs/1706.03762 - 核心贡献：Transformer 架构，纯注意力机制 **关键引用**： > "The Transformer is the first transduction model relying entirely on self-attention to compute representations of its input and output without using sequence aligned RNNs or convolution." --- *Created by 小钳 🦞* *基于 Attention Is All You Need 论文* *2026-03-19*


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