【AI】矩阵乘为什么是加权求和?

假设我们已经计算好了2x2的注意力权重矩阵 A 和 2x3 的值矩阵 V 。(我们用小一点的矩阵,这样方便手算)。

  • 注意力权重矩阵 A (Attention Weights) ,维度是 2x2 。

    • A 的第1行 0.8, 0.2 代表:计算第1个输出词时,给第1个输入词0.8的权重,给第2个输入词0.2的权重。
    • A 的第2行 0.1, 0.9 代表:计算第2个输出词时,给第1个输入词0.1的权重,给第2个输入词0.9的权重。
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A = [[0.8, 0.2],
     [0.1, 0.9]]

值矩阵 V (Value) ,维度是 2x3 。

  • V 的第1行 1, 10, 100 是第1个输入词的Value向量。
  • V 的第2行 2, 20, 200 是第2个输入词的Value向量。
bash 复制代码
V = [[1, 10, 100],
     [2, 20, 200]]

现在我们要计算输出矩阵 Z = A * V 。

角度一:标准的矩阵乘法计算

我们来计算输出 Z 的第1行,第1个元素 Z0, 0 : Z0, 0 = A 的第1行 * V 的第1列 = (0.8 * 1) + (0.2 * 2) = 0.8 + 0.4 = 1.2

再计算 Z 的第1行,第2个元素 Z0, 1 : Z0, 1 = A 的第1行 * V 的第2列 = (0.8 * 10) + (0.2 * 20) = 8 + 4 = 12

再计算 Z 的第1行,第3个元素 Z0, 2 : Z0, 2 = A 的第1行 * V 的第3列 = (0.8 * 100) + (0.2 * 200) = 80 + 40 = 120

所以,输出矩阵 Z 的第1行是 1.2, 12, 120 。

这个计算过程完全符合你说的"A的每一行乘以V的每一列"(这里应该是A,不是Z)。

角度二:加权求和的概念意义

现在我们换个方式来思考如何得到 Z 的第1行 1.2, 12, 120 。

根据我们的描述, Z 的第1行应该是 V 矩阵中所有行向量的加权求和,权重来自于 A 矩阵的第1行 0.8, 0.2 。

我们来算一下: Z 的第1行 = (0.8 * V 的第1行) + (0.2 * V 的第2行)

Z 的第1行 = 0.8 * 1, 10, 100 + 0.2 * 2, 20, 200

Z 的第1行 = 0.8*1, 0.8* 10, 0.8*100 + 0.2* 2, 0.2*20, 0.2*200

Z 的第1行 = 0.8, 8, 80 + 0.4, 4, 40

Z 的第1行 = 0.8 + 0.4, 8 + 4, 80 + 40

Z 的第1行 = 1.2, 12, 120

结论

两种不同角度的计算,得到了完全相同的结果 。

  • 角度一的理解是"如何算" :它描述了矩阵乘法在计算机或纸上一步步执行的机械过程(行乘以列)。
  • 角度二的描述是"算的是什么" :它描述了这个运算的最终效果和概念------用 A 矩阵的一行作为权重,去混合(加权求和) V 矩阵的所有行向量,从而得到输出 Z 的一行。

在解释算法时,我们更倾向于使用"加权求和"这种说法,因为它更直观地揭示了 注意力机制的本质 : 根据注意力权重,将所有输入词的"内容(Value)"以不同的比例融合起来,形成当前词的新的、包含上下文信息的表示 。

所以,"加权求和"是对这个步骤背后意义的诠释。两个角度并不矛盾,而是同一枚硬币的两面。

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