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Transformer 架构与 Attention 机制深度细节

Source: Google Research "Attention is All You Need" Target: AI Engineers & Data Scientists Estimated Time: 35 mins

什么是 Transformer?

在 2017 年之前,AI 处理语言主要靠 RNN (循环神经网络),它处理得很慢,而且容易忘掉长句子的开头。Google 的研究员提出了 Transformer,它彻底抛弃了循环结构,改用 Self-Attention 来并行处理所有数据。

这是现代 LLM(如 GPT, Claude, Gemini)共同的祖先。


Transformer 内部构造

Transformer Architecture

Transformer 主要由两部分组成:

  1. Encoder (编码器 - 左侧): 负责理解输入的内容。它把文字转换成包含丰富语义的向量。
  2. Decoder (解码器 - 右侧): 负责根据编码器的信息,一个词一个词地生成输出内容。

Fun Fact: 原版的 Transformer 是为了翻译设计的(Encoder 读英文,Decoder 生成中文)。而现在的 GPT 系列其实只有 Decoder 部分。


核心魔法:Self-Attention (自注意力)

Self-Attention 解决了一个核心问题:上下文理解

想象这句话:“银行里的钱被取走了,因为银行倒闭了。” 当 AI 处理第二个“银行”时,Attention 机制会让它重点关注“钱”和“取走”,从而理解这里的“银行”是指金融机构,而不是河岸。

Multi-Head Attention (多头注意力)

模型不是只看一次,而是分成了多个 "Heads" 同时去看。有的 Head 关注语法,有的 Head 关注代词关联,有的 Head 关注情感。最后把这些观察结果汇总在一起。


Feed-Forward Neural Networks (前馈神经网络)

在 Attention 之后,每个位置的向量都会经过一个普通的神经网络进行非线性变换,进一步提取深层特征。


为什么它改变了世界?

  1. 并行化 (Parallelization): 不再像 RNN 那样排队,计算速度飞快。
  2. 长程依赖: 无论一本书有多长,Attention 理论上都能直接关联第一页和最后一页的关键词。

Summary: 如果把 LLM 比作一个大脑,那么 Transformer 就是这个大脑的解剖结构,而 Attention 就是它的注意力分配系统。理解这个结构,你才能真正明白 AI 为什么能表现得如此智能。

Google AI 官方精华
AI Engineer

Google AI 官方精华

由 Google 官方出品的 AI 核心系列课程,由 JR Academy 深度汉化并永久保存。

Google AI 官方精华Transformer 架构深度细节

Transformer 架构与 Attention 机制深度细节

Source: Google Research "Attention is All You Need" Target: AI Engineers & Data Scientists Estimated Time: 35 mins

#什么是 Transformer?

在 2017 年之前,AI 处理语言主要靠 RNN (循环神经网络),它处理得很慢,而且容易忘掉长句子的开头。Google 的研究员提出了 Transformer,它彻底抛弃了循环结构,改用 Self-Attention 来并行处理所有数据。

这是现代 LLM(如 GPT, Claude, Gemini)共同的祖先。


#Transformer 内部构造

Transformer Architecture
Transformer Architecture

Transformer 主要由两部分组成:

  1. Encoder (编码器 - 左侧): 负责理解输入的内容。它把文字转换成包含丰富语义的向量。
  2. Decoder (解码器 - 右侧): 负责根据编码器的信息,一个词一个词地生成输出内容。

Fun Fact: 原版的 Transformer 是为了翻译设计的(Encoder 读英文,Decoder 生成中文)。而现在的 GPT 系列其实只有 Decoder 部分。


#核心魔法:Self-Attention (自注意力)

Self-Attention 解决了一个核心问题:上下文理解

想象这句话:“银行里的钱被取走了,因为银行倒闭了。” 当 AI 处理第二个“银行”时,Attention 机制会让它重点关注“钱”和“取走”,从而理解这里的“银行”是指金融机构,而不是河岸。

#Multi-Head Attention (多头注意力)

模型不是只看一次,而是分成了多个 "Heads" 同时去看。有的 Head 关注语法,有的 Head 关注代词关联,有的 Head 关注情感。最后把这些观察结果汇总在一起。


#Feed-Forward Neural Networks (前馈神经网络)

在 Attention 之后,每个位置的向量都会经过一个普通的神经网络进行非线性变换,进一步提取深层特征。


#为什么它改变了世界?

  1. 并行化 (Parallelization): 不再像 RNN 那样排队,计算速度飞快。
  2. 长程依赖: 无论一本书有多长,Attention 理论上都能直接关联第一页和最后一页的关键词。

Summary: 如果把 LLM 比作一个大脑,那么 Transformer 就是这个大脑的解剖结构,而 Attention 就是它的注意力分配系统。理解这个结构,你才能真正明白 AI 为什么能表现得如此智能。