为何说Transformer是目前人工智能领域工程落地实践Bayesian理论的典型?

作者&投稿:史胖 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
Transformer是如何通过使用Bayesian理论中的marginal probability来完成信息更丰富和立体的表达的?~

模型的代码长度和模型及资的料代码长度则分别相当于Baysian 架构中的prior probability和marginal likelihood。这观点可用 David MacKay 的 Information Theory, Inference, and Learning Algorithms 中的例子来说明。

Transformer的架构、训练及推理等都是在Bayesian神经网络不确定性数学思维下来完成的。Encoder-Decoder架构、Multi-head注意力机制、Dropout和残差网络等都是Bayesian神经网络的具体实现;基于Transformer各种模型变种及实践也都是基于Bayesian思想指导下来应对数据的不确定性;混合使用各种类型的Embeddings来提供更好Prior信息其实是应用Bayesian思想来集成处理信息表达的不确定性、各种现代NLP比赛中高分的作品也大多是通过集成RoBERTa、GPT、ELECTRA、XLNET等Transformer模型等来尽力从最大程度来对抗模型信息表示和推理的不确定性。
从数学原理的角度来说,传统Machine Learning及Deep learning算法训练的目标函数一般是基于Naive Bayes数学原理下的最大似然估计MLE和最大后验概率MAP来实现,其核心是寻找出最佳的模型参数;而Bayesian的核心是通过计算后验概率Posterior的predictive distribution,其通过提供模型的不确定来更好的表达信息及应对不确定性。对于Bayesian架构而言,多视角的先验概率Prior知识是基础,在只有小数据甚至没有数据的时候是主要依赖模型Prior概率分布(例如经典的高斯分布)来进行模型推理,随着数据的增加,多个模型会不断更新每个模型的参数来更加趋近真实数据的模型概率分布;与此同时,由于(理论上)集成所有的模型参数来进行Inference,所以Bayesian神经网络能够基于概率对结果的提供基于置信度Confidence的分布区间,从而在各种推理任务中更好的掌握数据的不确定性。

贝叶斯神经网络(Bayesian Neural Network)通过提供不确定来回答“Why Should I Trust You?”这个问题。实现上讲,贝叶斯通过集成深度学习参数矩阵中参数的Uncertainty来驾驭数据的不确定性,提供给具体Task具有置信空间Confidence的推理结构。
一般的神经网络我们称为Point estimation neural networks,通过MLE最大似然估计的方式建立训练的目标函数,为神经网络中的每个参数寻找一个optimal最优值;而贝叶斯深度学习一种把概率分布作为权重的神经网络,通过真实数据来优化参数的概率分布,在训练的过程中会使用MAP最大后验概率集成众多的模型参数的概率分布来拟合各种不确定的情况,提供处理数据不确定性的信息表达框架。
Transformer是一个符合Bayesian深度学习网络的AI架构,尤其是其经典的multi-head self-attention机制,该机制其实采用模型集成的思想来从工程角度落地贝叶斯深度学习网络;基于Prior先验信息的正则化效果,multi-head机制所表达的信息多元化及不确定性能够提供具有高置信度区间的回答 “Why Should I Trust You?”
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贝叶斯Bayesian Transformer课程片段2:人工智能算法底层真相之MLE和MAP完整的数学推导过程概率、对数、求导等以及MLE和MAP关系详解
贝叶斯Bayesian Transformer课程片段3:语言模型Language Model原理机制、数学推导及神经网络实现
贝叶斯Bayesian Transformer课程片段4:图解Transformer精髓之架构设计、数据在训练、推理过程中的全生命周期、矩阵运算、多头注意力机制可视化等
贝叶斯Bayesian Transformer课程片段5:什么叫Bayesian Transformer,Bayesian Transformer和传统的Transformer的核心区别是什么?
贝叶斯Bayesian Transformer课程片段6:Bayesian Transformer这种新型思考模型在学术和工业界的意义是什么,为什么说Transformer中到处都是Bayesian的实现?
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