2026_DesignAI/04-transformer/03.2-transformer.md

### 学习目标

理解Transformer的Encoder-Decoder结构

掌握各组件的作用和连接方式

了解Token处理流程

### 整体架构

`输入``Token``序列`` → Encoder → ``编码表示`\
`                                    ↓`\
`输出``Token``序列`` ← Decoder ← ``编码表示`

### Encoder层

单层结构

`输入``X`\
`    ↓`\
`Multi-Head Self-Attention`\
`    ↓`\
`Add & Norm (``残差连接`` + ``层归一化``)`\
`    ↓`\
`Feed-Forward Network (FFN)`\
`    ↓`\
`Add & Norm`\
`    ↓`\
`输出``H`

#### 残差连接

`输出`` = F(x) + x`

作用： - 缓解梯度消失 - 便于训练深层网络

#### 层归一化

`输出`` = ``LayerNorm``(x + F(x))`

作用： - 稳定训练 - 加速收敛

#### FFN (前馈网络)

`FFN(x) = ``ReLU``(``xW``₁ + b₁)W₂ + b₂`

本质：两层全连接网络，非线性变换

### Decoder层

#### 结构

`输入``X`\
`    ↓`\
`Masked Self-Attention (``只能看之前的位置``)`\
`    ↓`\
`Add & Norm`\
`    ↓`\
`Cross-Attention (Query``来自``Decoder, Key/Value``来自``Encoder)`\
`    ↓`\
`Add & Norm`\
`    ↓`\
`FFN`\
`    ↓`\
`Add & Norm`\
`    ↓`\
`输出`` (``接``Softmax``预测概率``)`

#### Cross-Attention

`Q: Decoder``的隐藏状态`\
`K, V: Encoder``的输出`

作用：让Decoder关注Encoder的相关部分

## Token处理流程

### 输入处理

`文本`` → Tokenize → Token IDs`\
`                         ↓`\
`                    Embedding``层`\
`                         ↓`\
`                 ``位置编码相加`\
`                         ↓`\
`                    Encoder/Decoder`

### 输出处理

`Decoder``输出`` → ``线性层`` → ``Softmax`` → ``概率分布`\
`                                           ↓`\
`                                      ``选择最大值`

## 训练与推理

训练阶段

`教师强制`` (Teacher Forcing)``：`\
`    ``真实标签作为``Decoder``输入`\
`    ``可以并行计算`

推理阶段

`自回归生成`` (Autoregressive)``：`\
`    ``生成一个``Token → ``加入输入`` → ``生成下一个`\
`    ``串行计算`

## Transformer变体

BERT (Encoder-only)

`输入`` → Encoder → [CLS]``表示`` / ``每个``Token``表示`

应用：分类、NER、问答

GPT (Decoder-only)

`输入`` → Decoder → ``下一个``Token``预测`

应用：文本生成

T5 (Encoder-Decoder)

`输入`` → Encoder → ``表示`` → Decoder → ``输出`

应用：翻译、摘要

## 思考与练习

1.  为什么Decoder需要Masked Attention？

2.  Encoder-only和Decoder-only模型各有什么优势？

3.  Transformer如何处理超长序列？

## 关键术语

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  中文            英文                  说明
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  残差连接        Residual Connection   跨层连接

  层归一化        Layer Normalization   归一化层

  教师强制        Teacher Forcing       训练时使用真实标签

  自回归          Autoregressive        基于前序生成后续

  编码器-解码器   Encoder-Decoder       Seq2Seq架构
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## 延伸阅读

1.  [The Annotated Transformer](https://nlp.seas.harvard.edu/2018/04/03/attention.html)

    [Visualizing A Machine Learning Model](https://poloclub.github.io/transformer-explainer/) \# 03.3 大语言模型应用