Sequence-to-sequence（Seq2Seq）
输入是一个句子，输出长度不定； 下面的第一个是语音辨识，第二个是机器翻译，第三个是语音翻译。这三个都是独立的任务。
第三个是语音翻译，就是语音输入一个国家的语音，最后输出另一个国家的文字； 为什么需要第三个，因为第三个貌似可以根据前两个表示出来，这是因为有些国家的语音是没有文字的，那么这时候就需要语音翻译。
硬train
我们以Hokkien（台语、闽南语）为例训练网络：
注意语音翻译和语音辨识是不一样的！
所以我们就做了一个实验，”硬train一发”，不管任何背景音乐、噪音等等因素
后面两个倒装句其实并没有考虑到，所以第三种完全是有可能做到的！
Text-to-Speech 语音合成
我们通过单词解析出kk音节，并将音节送到decoder中解析生成语音。
现在还不是end-to-end的网络。
Seq2seq for Chatbot
聊天语音机器人。
通过训练数据来教机器人学习回答！
大多数NLP都可以是QA问题
比如阅读理解； 比如摘要； 比如情感分析！而QA问题又可以转为seq2seq问题。
深度学习与人类语言处理
但是不是所有的模型都转化为seq2seq，就好像所有都用瑞士军刀一样，切菜、砍柴，它需要一个最合适的模型。
Seq2seq for Syntactic Parsing
文法剖析； 就是将一句话中某些词链接起来就是动词片语、名词片语等等。 名词片语加动词片语就是一个句子等。 模型的输出本来就是一个model tree，但是我们可以把它转化为一个seq2seq。
这篇文章就是这样做的，当时都是用seq2seq做的翻译，所以这篇文章题目才叫将语法作为外文语言这一说法！
Seq2Seq for Multi-label Classification
注意multi-label不是multi-class，前者是一个物体可以属于多个class，但是后者呢则是一个物体只能属于一个class；
我们设置一个阈值，如果预测的结果大于某个值，那么它就属于该类别，但是这样肯定效果不会好。
所以我们将该问题定义为一个seq2seq问题，让机器自己决定输出几个class
Seq2Seq for Object Detection
目标检测同样可以硬解！！
Seq2seq用途最广泛的就是Transformer！
Encoder
利用encoder输入一个向量，decoder输出一个向量，而Transformer中使用的是self-attention，右侧是原论文中的结构，不太好理解，我们换一个图；
这里不称一个Block是一个layer，是因为一个Block里面是有好几个layer在做的事情！
但是在Transformer中使用的是含有残差结构的输出！ 不明白残差结构的，建议看看用在图像处理中的Resnet结构，通过加入这个结构之后拯救了深度学习，使得层数再次堆叠！
除此之外，这里的norm并不是batch normalization（BN层），而是layer Normalization（LN层）！ 不需要考虑batch的资讯！ BN中是不同feature、不同Example、相同dimension来计算mean、standard deviation LN中是同一feature、同一Example、不同dimension来计算mean、standard deviation
所以再次经过右侧后的输出才是整个block的输出！
我们再次看这个网络！
位置信息需要添加； 里面有三个箭头指的是多个单词！ Multi-head Attention指的是self-attention的多头版； Add&Norm值的是残差和Layer Norm；最后再次经过我们上面的说的FC层+norm+残差结构！
结合上图的解释，这里就比较好理解了！
还是可以创造更多的encoder的！ 只需要调整中间的布局
Decoder
我们通过Encoder之后，将我们的语音转化为vector，并将该vector投入到decoder中产生一段话。
但是怎么产生这一段话呢？
BOS（begin of sentence）
就是在你的lexicon（词典）里面多加一个Token，本来Decoder可能产生的文字里面呢，多加一个特殊的符号，多加一个特殊的文字，这个字就代表了开始，代表了Begin。
对于NLP中的每一个token，都可以把它用一个One-Hot的Vector来表示，所以BOS也是用One-hot来表示。
第一次：
我们的Decoder吐出一个变量，这个变量的大小和vocabulary的大小是一样的，vocabulary是根据你输出的单位而不同的，你要先定义好自己要输出什么。比如我们要输出中文，我们以为它要输出某些常用的3000字的方块字，那么就是3000维度； 比如英文中我们可以是字母，但是字母太少了，我们可以用词汇，词汇太多了，我们使用subword，将英语的词根词尾切出来表示。
所以这里的就是我们要输出的经过softmax后的分布，根据哪个分数最高定义我们的输出得到哪个；
第二次：
这里我们将有两个输入，” begin + 机“
第三次：
这里我们将有三个输入： ” begin+机+器“
第四次：
这里我们将有三个输入： ” begin+机+器+学“
所以Decoder的输入是上一次的输出；
所以Decoder还是有错误的可能的，一步错步步错 ，也就是Error Propogation！ 但是我们现在先无视这个问题！
我们可以看到Encoder和Decoder之间的差异基本在于中间红色框中；
其二呢是Self-attention –》 Masked self-attention
Self-attention 和 Masked self-attention的差距
只能考虑左边的资讯，不能考虑右边的资讯。
这里的自注意力是先有b 1 b^1 b 1再有b 2 b^2 b 2，是一个一个产生的，self-attention是多产生的；
所以我们并不知道输出的长度是多少，应该是seq2seq。 （语音识别，你是不知道啥时候停止）
所以这就像推文接龙了，需要有人冒险来给出”断”来终止继续往下接！！
所以我们只需要在”习”后面添加一个符号， 在我们学习到这个字后自己会输出一个”END”符号。
AT中我们假如要输出一个长度100的，那么AT Decoder需要运行100次； 但是NAT中只需要运行一次即可。但是也有问题，你怎么知道输出的长度呢？ 需要自定义一个预测器来预测他的长度。
相比于AT而言优点就是速度要快，可以控制输出长度。
比如在语音合成中，你如果想让视频加速，那么你可以将NAT Decoder中的预测器的输出结果乘以2，那么就会使得Decoder输出更多！使得语音更快。
NAT是一个热门主题，因为NAT的表现还不如AT的好，因为中间有Multi-Modality问题
Encoder和Decoder是如何传递资讯的
可以看到Encoder输入到Decoder中有两个！分别是下面的k和v。
我们以第二个字符作为例子来进行说明。
Decoder总是拿Encoder的最后一层的结果吗？ 原始论文是这样的，但是我们可以不这样，因为Encoder是有很多层的，Decoder也是很多不同的层，那么你可以任意的链接，采用不同层的Encoder的输出。
Training
以语义识别为准，首先准备数据集，让工具人来打标签； 其次我们将做GT标记。 把该任务当作分类任务，最小化交叉熵。
①要使得交叉熵的总和最小
②这里我们每次的输入都是Groundtruth（也就是说不用上一次的输出，而是GT）； 所以存在着MisMatch！ 怎么解决后面说！
训练的Tips
复制！ 没有必要都是产生新的词！
Chat-bot
Summarization
产生摘要。 但是需要上百万的文章，需要文章 + 摘要！更需要Copy功能
Guided Attention
当我们输出比较短的词汇的时候，结果就不会好的
上面中的前几句话都是抑扬顿挫的读！ 最后一个甚至直接读了一个字，而没有读”发”！
所以我们怎么让网络读所有的模型呢？ 需要用到引导attention！
对于语音识别而言，我们的attention的顺序应该是确定的，不应该是跳跃的获取的，所以我们要提前定义attention的顺序！ 这是强制性的！ 而不是根据Attention scores的分数来定义输入！
Monotonic Attention 和 Location-aware attention是两个相关的论文
红色的线： 贪婪算法，我们一直选择最好的
绿色的线： 短期内是不好的，但是长时间下去是好的！
相当于读博士，短时间内是难的，但是在长期来说的是好的！
但是我们怎么会预知后面的结果呢？ 这就需要我们先去预测，使用Beam Search！
Beam Search有时候有用 ，有时候没用！
但是Decoder是需要有随机性的！ 如果是语音识别这种一对一的结果，那么使用Beam Search是最好的！ 但是面对那种需要机器发挥点创造力的情况，我们是需要噪音的！
比如语音合成！
左边：训练的时候使用Cross Entropy
右边： 测试的时候使用的BLEU score，计算两个句子之间的距离
但是我们最后在Validation的时候，并不是选择的loss最小的model，而是使得BLEU分数最大的model；
所以问题是，我们可以不可以直接使用BLEU分数，给它加一个负号，使得它最小就可以了啊。
但是现实是， BLEU分数是不能微分的，你根本没办法算两个句子之间的！ 而使用Cross Entropy可以计算单个词之间的距离！
口诀： 遇到你无法用Optimization解决的问题时，用RL硬Train一发就对了；
你无法optimization无法解决的Loss Function时候，把它当作是RL的Reward，把你的Decoder当作Agent,当作RL问题！
如果我们只是喂正确的词，那么模型是没有处理错误输入的能力的！所以我们需要在训练的时候，给它添加噪音！ 这种技术叫做”Scheduled Sampling”。但是它会影响模型的平行化的能力
Original: https://blog.csdn.net/qq_35222729/article/details/119383329
Author: 追赶早晨
Title: 李宏毅机器学习（五）Transformer
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