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4.4 连接函数/衰减函数(Connection/Attenuation Function)

连接函数(Connection Function) 是一种被设计用来,在模型训练的每个单元数据输入位置,为输入进行筛选收减的特殊辅助函数。常被用在诸如:全链接层(Full Connected Layer)自注意力层(Self-Attention Layer)输出层(Output Layer)部分特殊隐藏层(Hidden Layer) 单元设计中。用来对经过激活(或纯输入)的当前层输入进行 特征提炼(Feature Extraction)。由于在当下占据主流的 Transformer 模型中,以自注意力层的注意力衰减机制存在,因而也被称为 衰减函数(Attenuation Function)

图 4-18 连接函数作用阶段(图中蓝色线条)示意图

连接函数,基本满足:单一输入输出、多层参数处理、可参与训练参数 > 1,的特点。其中,较为经典的主要有 3 个,分别是 Dropout 、Maxout 、Softmax 。

由于链接函数作用于层中各节点的串联,因此,为了便于说明。

统一的:

多个前置常为向量形式输入,这里我们统一记输入为 $$\vec{x}$$ ,各分量值都以 $$x$$ 代替。 以 $$i$$ 代表对应层输入通道,输入层输入设置为 $$n$$ ,则 $$i$$ 顺序取值 $$[ 1,\ n]$$ 。 以 $$j$$ 代表对应层激活节点,激活层节点设置为 $$k$$ ,则 $$j$$ 顺序取值 $$[ 1,\ k]$$ 。 以 $$W$$ 代表对应层激活节点权重,对应输入 $$i$$ 的激活节点 $$j$$ 的权重就为 $$W_{ij}$$ 。 以 $$b$$ 代表对应层激活节点偏移,对应输入 $$i$$ 的激活节点 $$j$$ 的偏移就为 $$b_{ij}$$ 。 以 $$z$$ 代表对应层计算后值,对应激活节点 $$j$$ 的算后值就为 $$z_j$$ 。 以 $$h_j(x)$$ 代表对应层,各节点计算值 $$z_j$$ 经过函数 $$f(z_j)$$ 处理后输出,对应下一层的输入。

则,未经过链接函数处理前后的网络情况,可以用 公式表示 为:

$$ {\displaystyle \begin{aligned} z_j &= {w_{ij}}^T \cdot x+b_{ij} \\ h_j(x) &= f(z) \end{aligned} } $$

其中,函数 $$f(x)$$ 的选择非常广泛,既可以是一些激活函数,如 ReLU,也可以是链接函数。而链接函数的作用位置往往有一些差异,部分作用于 $$z_j$$ 的计算过程,另一些则直接作用于结果的筛选。介于作用在多个节点范围,我们用 $$\Sigma(\vec{x})$$ 来代指整个 链接函数生效过程,它的输出即是下一层(即后一级,如果有)的输入向量。

则,经过链接函数处理前后的网络情况,就可以用公式表示,有:

$$ {\displaystyle \begin{aligned} \Sigma(\vec{x}) =\sum h_j(x) \end{aligned} } $$

在这些前提下,我们来看这三个经典链接函数。