keras-attention

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Keras 兼容的注意力层,支持 Luong 和 Bahdanau 评分函数

Keras Attention Layer 支持 Luong 和 Bahdanau 的评分函数,与 Tensorflow 2.8 至 2.14 兼容。该层易于安装和使用,可根据需求调整参数,广泛应用于提高深度学习模型精度。提供丰富的实例和详细文档,包括在 LSTM 网络中的注意力机制实现,以及 IMDB 数据集和加数任务的实验数据。

KerasAttention LayerTensorflowBahdanauLuongGithub开源项目

Keras 注意力层

下载 下载 许可证 依赖

适用于 Keras 的注意力层。支持 Luong 和 Bahdanau 的评分函数。

已通过 Tensorflow 2.8, 2.9, 2.10, 2.11, 2.12, 2.13 和 2.14 测试(2023 年 9 月 26 日)。

<p align="center"> <img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/35dd4d3f/bab1a461-01a9-4734-9551-83a6412c150c.png" width="600"> </p>

安装

PyPI

pip install attention

注意力层

Attention( units=128, score='luong', **kwargs )

参数

  • units:整数。注意力向量 ($a_t$) 中的(输出)单元数量。

  • score:字符串。评分函数 $score(h_t, \bar{h_s})$。可能的值是 luongbahdanau

    • Luong 的乘法风格。链接到 论文
    • Bahdanau 的加法风格。链接到 论文

输入形状

形状为 (batch_size, timesteps, input_dim) 的 3D 张量。

输出形状

  • 形状为 (batch_size, num_units) ($a_t$) 的 2D 张量。

如果你想查看注意力权重,可以参考这个例子 examples/add_two_numbers.py

示例

import numpy as np from tensorflow.keras import Input from tensorflow.keras.layers import Dense, LSTM from tensorflow.keras.models import load_model, Model from attention import Attention def main(): # 虚拟数据。在此示例中没有任何需要学习的内容。 num_samples, time_steps, input_dim, output_dim = 100, 10, 1, 1 data_x = np.random.uniform(size=(num_samples, time_steps, input_dim)) data_y = np.random.uniform(size=(num_samples, output_dim)) # 定义/编译模型。 model_input = Input(shape=(time_steps, input_dim)) x = LSTM(64, return_sequences=True)(model_input) x = Attention(units=32)(x) x = Dense(1)(x) model = Model(model_input, x) model.compile(loss='mae', optimizer='adam') model.summary() # 训练。 model.fit(data_x, data_y, epochs=10) # 测试保存/重新加载模型。 pred1 = model.predict(data_x) model.save('test_model.h5') model_h5 = load_model('test_model.h5', custom_objects={'Attention': Attention}) pred2 = model_h5.predict(data_x) np.testing.assert_almost_equal(pred1, pred2) print('成功。') if __name__ == '__main__': main()

其他示例

浏览 examples

在运行示例之前安装依赖项:pip install -r examples/examples-requirements.txt

IMDB 数据集

在此实验中,我们展示了使用注意力在 IMDB 数据集上可以获得更高的准确性。我们考虑两个 LSTM 网络:一个有此注意力层,另一个有全连接层。这两个模型具有相同数量的参数 (250K),以进行公平的比较。

以下是 10 次运行的结果。对于每次运行,我们记录为期 10 轮训练中测试集上的最大准确率。

测量无注意力 (250K 参数)注意力 (250K 参数)
最大准确率88.2288.76
平均准确率87.0287.62
标准差准确率0.180.14

正如预期的那样,使用注意力的模型准确性有所提升。它还减少了运行之间的变异性,这是一个很好的特性。

计算两个数的和

让我们考虑一个任务:将一些分隔符 (此处为 0) 之后出现的两个数字相加:

x = [1, 2, 3, 0, 4, 5, 6, 0, 7, 8]。结果是 y = 4 + 7 = 11

我们期望在分隔符之后注意力最高。下面展示了训练的概述,其中顶部代表注意力图,底部代表真实值。随着训练的进行,模型学习任务并且注意力图接近真实值。

<p align="center"> <img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/35dd4d3f/b116fe52-f183-4e4f-bd99-f3c3392026c7.gif" width="320"> </p>

查找序列的最大值

我们考虑多个等长的一维序列。任务是找到每个序列的最大值。

我们将由 RNN 层处理的完整序列传递给注意力层。我们期望注意力层聚焦于每个序列的最大值。

经过几轮训练后,注意力层完美地收敛到我们期望的结果。

<p align="center"> <img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/35dd4d3f/d864f354-ba7d-4776-8d41-89b2877cfba0.png" width="320"> </p>

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