保姆级解析！Attention Weights 和 Attention是啥？到底怎么算？
开篇碎碎念（大家直接跳过吧……博主只是写这篇文章的时候有点破防了）：
哈喽啊大家好，博主这个小菜鸡终于又开始写文章了。博主是AI专业大三的学生，主要是今晚科研开会学长们畅聊Attention相关的很多东西，然后主播听的是一头雾水啊……基础太薄弱了，这学期的神经网络与深度学习也跟白学了一样，脑子里现在一干二净啊……完🥚了……啊……。没事！振奋起来！不会了就慢慢补！主播可以的！你们也可以！
前言
首先了解一下Attention Weights 和 Attention 的概念吧：
- Attention Weights就是一组 “占比” ，它的作用是告诉模型：为了真正读懂当前这个词，我应该分别从句子里的其他每一个词身上采纳多少信息。
- Attention就是根据上面算出来的比例去执行 “拿取并融合” 的动作，它的作用是把那些重要的、相关的信息按比例吸取过来，让当前这个词不再孤立，而是变成一个理解了上下文的完整结果。
主播这个真的是保姆级教学，直接从embedding开始讲。可能一些用词不太专业，也欢迎大家在评论区给我指正、提建议！那我们就开始快乐的学习吧！
本文讲解Attention Weights的思路是：
人类可读的文字——>embedding后得到其向量表示——>q、k、v的获取——>Attention Weights和Attention的计算
一、人类可读的文字——>文字的向量表示
首先既然是数学计算，那肯定不能用人类的自然语言去计算对吧，这也没法算。我们需要把“人类可读的文字”转换为计算机可以计算的“向量”，并且这个向量是有意义的（比如可以表示词语之间的相似度），可以表示文字的含义。这个转换过程就叫做“Embedding”。
具体的转换过程（以“苹果”🍎这个词为例）：
第 1 步：查字典（Tokenization -> ID）
模型里有一个巨大的词表。
比如词表里有 50,000 个词。
“苹果”在词表里的 Index 是1024。
“香蕉”的 Index 是2048。
此时，“苹果”被变成了数字1024。但这还只是个整数 ID，不能用来做矩阵乘法。
第 2 步：查表（Lookup Table -> Vector）
这就是Embedding 层干的活。
想象有一个巨大的 Excel 表格（矩阵），名字叫Embedding Matrix。
这个表格有 50,000 行（对应 50,000 个词）。
每一行有 512 列（假设向量维度是 512）。
当输入 ID 是1024时，计算机会直接跑到这个表格的第 1024 行，把这一行那 512 个数字复制出来。
Row 1024 = [ 0.1, −0.5, 0.9, ..., 0.2 ]
这一串数字，就是苹果🍎的向量表示。
补充，你可能会问：“Embedding 表里的数字是哪来的？”
答：它们不是瞎写的，而是通过大量数据的训练得到的。举个通俗易懂的例子：
一开始，Embedding 表格里全是乱填的数字。
随着模型不断阅读海量文章，它慢慢学会了：为了让预测更准，我应该把“苹果”和“香蕉”的向量调整得比较像（因为它们经常出现在类似的上下文里），而把“苹果”和“卡车”的向量调整得差别很大。
二、文字的向量表示——>q、k、v的获取
有了“苹果🍎”的向量表示（下面写为“X苹果”）之后，我们就可以计算q、k、v了。
在计算之前，让我们先学习一下什么是q、k、v？
Q (Query)：一个向量，代表“我在寻找什么”。
K (Key)：一组向量，代表“数据库里的标签”。（也就是“键”）
V (Value)：一组向量，代表“数据库里标签对应的的实际内容”。（也就是键对应的“值”）
那么q、k、v要怎么算呢？（q、k、v的计算过程：
首先，q、k、v都是来源于同一个词，这个词（这里用于计算的是上一步得到的该词Embedding后的向量）要分别乘以三个权重矩阵（“乘法”是“矩阵乘法”）：
然后就得到了q、k、v：
补充：你可能又要问了，这三个权重矩阵WQ、WK、WV是怎么来的？
同样的道理，这也是模型通过大量的数据学来的结果。（具体怎么学的，如果感兴趣的话，大家可以查查相关的资料，欢迎把你查到的结果分享在评论区！我们一起学习呀！）
三、q、k、v的获取——>Attention Weights和Attention的计算
好了！终于终于到最后一步了，胜利就在眼前！我们马上就能揭开Attention Weights和Attention的神秘面纱了！激不激动！期不期待！
在Self-Attention（自注意力机制）中，它的核心是：大家互相看。
也就是：
我的Q，去和你的K、他的K、还有我自己的K进行计算。
算出来的权重，再去乘我对应的V、你对应的V、他对应的V……
以两个词“我”、“爱”为例讲解这个计算过程：
根据前两步我们的讲解，现在已经得到这两个词的q、k、v了：
此处借助一下亲爱的神经网络老师课件里的图哈（嘤嘤嘤老师如果侵权的话我会删除的）：
这张图里有四个词，我们这里只有两个词，分别是 1 和 2 。
先解释图中4个词的情况（这个懂了，2个词的你也就懂了）：可以看到图中是 1 发起查询（因为是1 的 q 与所有人的 k 相乘），分别得到4个 score（这个图中未直接写出），然后经过Softmax归一化之后就得到了图中的a（这 4 个 a 其实就是我们想要的 Attention Weights），然后a再分别与各自的v 相乘，求和得到b（这个叫Attention或者Attention Output）。
（一）计算流程示例：
假设我们只用两个词，还是“我”、“爱”。以“我”为例，计算 b1的过程：
1.首先计算scores（分数）：
score1,1 = q1 * k1
score1,2 = q1 * k2
2.经过softmax归一化后，得到Attention Weights（注意力权重）：
a1,1，a1,2 = Softmax（score1,1，score1,2）
3.最后计算 Attention（注意力）：
b1 = a1,1 * v1 + a1,2 * v2 ，计算结束。
（二）有了前面的这个示例，最后看——计算公式：
Attention Weights（上面的“a”）计算公式：
Attention Output（又称为“Attention”，上面的“b”）计算公式：
，即Weights * V
别被吓到了，我们把它拆解开，每一部分都对应刚才计算的步骤：
恭喜🎉👏看到这里！你已经完成全部内容的学习！！！
欢迎在评论区补充、指正！