直白揭秘:Transformer内部信息流动全图解,看完秒懂!

Transformer通过“残差流”垂直深化每个词的信息,同时用“键值流”在各层横向广播所有词的信息。注意力机制像“信息路由器”,让任意位置的词都能根据需求检索和融合上下文中的所有记忆,从而实现深度理解。

Transformer是一个巨大的信息加工厂,它的任务是把一句话(比如“今天天气真好”)理解透,然后猜出下一个字是什么。

这个工厂里有两条核心的“传送带”:

1.  主传送带(残差流)
    *   这条带子垂直的,从工厂一楼一直通到顶楼。
    *   每个词(“今”、“天”、“天”、“气”、“真”、“好”)都有一个自己的专属包裹,放在一楼的传送带上。
    *   传送带每上升一层(每一楼),就有工人往这个包裹里加一点新理解,但不会把原来的东西扔掉。包裹变得越来越重,信息越来越丰富。

2.  广播带(K/V流)
    *   这条带子是水平的,在每一层楼都有。
    *   每当主传送带把一个包裹送到某一层时,这一层的工人就会根据这个包裹里的内容,制作一个“信息简报”(Key)和一份“详细档案”(Value),然后扔到这一层的广播带上。
    *   关键来了:广播带是共享的! 在某一层,处理后面词的工人能看到前面所有词在这一层留下的“简报”和“档案”。



在每一层,每个词的位置上,具体发生三步:

第一步:做简报
工人打开主传送带送来的包裹(残差流),根据当前的理解,制作出本层的“查询问题”(Q)、“信息简报”(K)和“详细档案”(V),然后把K和V扔到本层的广播带上。

第二步:开大会(注意力计算)
工人拿起自己刚写好的“查询问题”(Q),然后扭头去看本层广播带上之前所有词(包括自己)留下的“信息简报”(K)
他会问:“在所有这些简报里,哪些跟我的问题最相关?” 然后根据相关程度,给每个简报打分(计算注意力权重)。
打完分后,他就按照这个分数比例,去汇总那些简报对应的“详细档案”(V)。这个汇总后的新档案,就是他开会的成果。

第三步:内部消化(MLP计算)
工人把开大会得到的新档案,和自己主传送带上的原始包裹混合在一起,送进一个“内部思考室”(MLP)进行深度加工。加工后的结果,再放回主传送带上的包裹里,传给楼上下一层的工人。



所以,Q, K, V 到底是啥?

*   Q (Query,查询):就是“我现在最关心什么?” 比如处理“好”这个词时,它可能最关心前面有没有出现“天气”或者“真”。
*   K (Key,键):就是“我这儿有什么样的信息,可以用来被查询?” 比如“天”这个词的K可能在广播带上大喊:“我这儿有关于‘天气’的信息!”
*   V (Value,值):就是“如果你关心我,这是我的全部家当,拿去看吧!” 这是真正被传递的详细信息。

简单比喻:
你在一个大型会议室(一层楼)里,每个人(每个词)面前都有一个麦克风(K)和一份详细的报告(V)。当轮到你发言时,你提出你的问题(Q)。所有人都会通过麦克风喊出自己报告的关键词(K),你的耳朵会自动锁定那些和你的问题最相关的关键词,然后你把那些人的详细报告(V)拿过来,按相关程度汇总成一份新报告。



最后,为什么这玩意儿这么厉害?

因为信息传递的路径多到爆炸!
一个在楼下很前面的词(比如“今”)的信息,可以通过广播带直接传给后面很远很远的词,也可以先被楼上几层的词读取,再通过主传送带向上传,最后又被其他词读取。

这就意味着,模型在生成最后一个词的时候,理论上它可以动用前面所有词、在所有加工阶段留下的所有信息。 它不是只傻傻地看着前一个词。它的“记忆”和“思考”是贯穿整个上下文的,方式非常复杂和精妙。

所以,说AI模型没有记忆、不能理解上下文是不对的。它的整个结构就是为了让信息(记忆)以极其灵活的方式流动和融合而设计的。