神经网络Transformer架构中的多尺度上下文建模
字数 724 2025-12-01 04:54:04
神经网络Transformer架构中的多尺度上下文建模
多尺度上下文建模是指Transformer架构中捕获不同粒度或范围上下文信息的技术。在自然语言处理中,词汇、短语、句子和段落等不同层级都包含重要语义信息,传统Transformer的自注意力机制虽然能捕获全局依赖,但对局部和跨层级特征的显式建模存在局限。
核心实现方式包括:
- 分层注意力机制:通过设计不同大小的注意力窗口实现多尺度感知。例如局部注意力聚焦相邻词汇(短语级),全局注意力覆盖整个序列(文档级),二者输出通过门控机制融合
- 扩张注意力模式:类似扩张卷积的思想,在计算注意力时跳跃式连接位置,以指数增长方式扩大感受野。例如设置扩张因子为1,2,4的并行注意力头
- 金字塔网络结构:通过逐步下采样构造特征金字塔。在Transformer块间插入池化层,使深层网络处理压缩后的序列,同时保留跳跃连接保证不同尺度的特征融合
具体技术实例:
- Longformer的局部+全局注意力设计,将注意力计算复杂度从O(n²)降至O(n)
- BigBird的随机注意力、局部窗口注意力和全局令牌相结合,在长序列任务中实现多尺度上下文捕获
- Funnel Transformer的编码器-解码器结构,编码器逐步缩减序列长度,解码器通过上采样恢复细节
应用优势:
- 在机器翻译中更好处理长距离指代和语境一致性
- 文本分类任务可同时利用局部关键词和整体语义
- 代码理解时能协调函数级上下文与语句级逻辑
与普通Transformer的对比:
标准Transformer虽理论上能建模任意长度依赖,但实际受限于计算资源和训练数据,多尺度建模通过结构归纳偏置显式强化不同粒度特征的提取,在同等参数下获得更优的上下文表示能力。