1. BN的优势总结
- 通过解决ICS的问题，使得每一层神经网络的输入分布稳定，在这个基础上可以使用较大的学习率，加速了模型的训练速度
- 起到一定的正则作用，进而减少了dropout的使用。当我们通过BN规整数据的分布以后，就可以尽量避免一些极端值造成的overfitting的问题
- 使得数据不落入饱和性激活函数（如sigmoid，tanh等）饱和区间，避免梯度消失的问题
2. LN优势总结
在Transformer模型中，Layer Normalization（LN，层归一化）是一种常用的归一化技术。Pre - LN（Pre - Layer Normalization）是对传统LN使用方式的一种改进，以下是关于Pre - LN的介绍及其原因： ### 1. Pre - LN的定义 在传统的Transformer架构中，Layer Normalization通常应用在残差连接之后，即"先计算注意力机制和前馈神经网络，再进行层归一化"，其计算流程可以表示为： \\begin{align\*} \\text{Attention Output}\&=\\text{Attention}(\\text{Input})\\ \\text{FFN Output}\&=\\text{FFN}(\\text{Attention Output})\\ \\text{Output}\&=\\text{LN}(\\text{Attention Output}+\\text{Input}+\\text{FFN Output}) \\end{align\*} 而Pre - LN则是将Layer Normalization应用在每个子层（注意力子层和前馈神经网络子层）之前，计算流程变为： \\begin{align\*} \\text{LN - Input - Attention}\&=\\text{LN}(\\text{Input})\\ \\text{Attention Output}\&=\\text{Attention}(\\text{LN - Input - Attention})\\ \\text{LN - Input - FFN}\&=\\text{LN}(\\text{Input}+\\text{Attention Output})\\ \\text{Output}\&=\\text{FFN}(\\text{LN - Input - FFN}) \\end{align\*} ### 2. 使用Pre - LN的原因
- 在learning rate schedular上，Pre-LN不需要采用warm-up策略，而Post-LN必须要使用warm-up策略才可以在数据集上取得较好的Loss和BLEU结果。
- 在收敛速度上，由于Pre-LN不采用warm-up，其一开始的learning rate较Post-LN更高，因此它的收敛速度更快。
- 在超参调整上，warm-up策略带来了两个需要调整的参数： （最大学习率）和 (warmup过程的总步数）。这两个参数的调整将会影响到模型最终的效果。而由于transformer模型的训练代价是昂贵的，因此多引入超参，也给模型训练带来了一定难度。
- 缓解梯度消失问题：在传统的Transformer中，随着网络层数的增加，深层网络的梯度在反向传播过程中容易逐渐变小，导致模型难以训练。Pre - LN使得每层的输入都被归一化到相近的分布，使得梯度在反向传播时更加稳定，避免了梯度消失， 从而使得模型能够训练更深的网络结构。
- 加快训练收敛速度：归一化后的输入数据能让神经网络中的参数更容易学习，因为数据分布的稳定性减少了参数更新时的波动，使得模型能够更快地找到最优解。实验表明，使用Pre - LN的Transformer模型在训练过程中收敛速度更快， 可以减少训练所需的时间和计算资源。
- 增强模型的泛化能力：Pre - LN使得模型在训练过程中更加稳定，不容易出现过拟合现象。因为它对输入数据的分布进行了约束，使得模型在不同的训练样本上表现更加一致，从而提高了模型在未见数据上的泛化能力。
- 降低训练过程中的不稳定性：传统的Transformer架构中，当输入数据的规模较大或者变化较剧烈时，经过多个子层的计算后，可能会导致数值不稳定，比如某些层的输出值过大或过小。Pre - LN通过在每个子层前对输入进行归一化，有效降低了这种不稳定性，让模型训练过程更加平稳。 总的来说，Pre - LN通过改变Layer Normalization的应用位置，在训练效率、模型稳定性和泛化能力等方面对Transformer模型进行了优化。