（转）自然语言处理中的Attention Model：是什么及为什么

原文链接：http://blog.csdn.net/malefactor/article/details/50550211

要是关注深度学习在自然语言处理方面的研究进展，我相信你一定听说过Attention Model（后文有时会简称AM模型）这个词。AM模型应该说是过去一年来NLP领域中的重要进展之一，在很多场景被证明有效。听起来AM很高大上，其实它的基本思想是相当直观简洁的。本文作者可以对灯发誓：在你读完这篇啰里啰嗦的文章及其后续文章后，一定可以透彻了解AM到底是什么，以及轻易看懂任何有关论文看上去复杂的数学公式部分。怎么样，这广告打的挺有吸引力吧，尤其是对那些患有数学公式帕金森病的患者。

在正戏开演前，我们先来点题外话。

|引言及废话

你应该常常听到被捉奸在床的男性经常感叹地说一句话：女性的第六感通常都很准，当然这里的女性一般是特指这位男性的老婆或者女友，当然也可能是他的某位具有女性气质的男友。要我说，男人的第六感其实也不差（这里的“男人”特指本文作者本人，当然非上文所引用的“男性”，为避免混淆特做声明）。当我第一次看到机器学习领域中的Attention Model这个名字的时候，我的第一直觉就是：这是从认知心理学里面的人脑注意力模型引入的概念。若干年前，也就是在我年轻不懂事的花样年华里，曾有一阵子沉迷于人脑的工作机制，大量阅读了认知心理学方面的书籍和论文，而一般注意力模型会作为书籍的单独一章来讲。下面请允许我显摆一下鄙人渊博的知识。

注意力这东西其实挺有意思，但是很容易被人忽略。让我们来直观地体会一下什么是人脑中的注意力模型。首先，请您睁开眼并确认自己处于意识清醒状态；第二步，请找到本文最近出现的一个“Attention Model”字眼（就是“字眼”前面的两个英文单词，…^@@^）并盯住看三秒钟。好，假设此刻时间停止，在这三秒钟你眼中和脑中看到的是什么？对了，就是“Attention Model”这两个词，但是你应该意识到，其实你眼中是有除了这两个单词外的整个一副画面的，但是在你盯着看的这三秒钟，时间静止，万物无息，仿佛这个世界只有我和你…..对不起，串景了，仿佛这个世界只有“Attention Model”这两个单词。这是什么？这就是人脑的注意力模型，就是说你看到了整幅画面，但在特定的时刻t，你的意识和注意力的焦点是集中在画面中的某一个部分上，其它部分虽然还在你的眼中，但是你分配给它们的注意力资源是很少的。其实，只要你睁着眼，注意力模型就无时不刻在你身上发挥作用，比如你过马路，其实你的注意力会被更多地分配给红绿灯和来往的车辆上，虽然此时你看到了整个世界；比如你很精心地偶遇到了你心仪的异性，此刻你的注意力会更多的分配在此时神光四射的异性身上，虽然此刻你看到了整个世界，但是它们对你来说跟不存在是一样的…..

这就是人脑的注意力模型，说到底是一种资源分配模型，在某个特定时刻，你的注意力总是集中在画面中的某个焦点部分，而对其它部分视而不见。

其实吧，深度学习里面的注意力模型工作机制啊，它跟你看见心动异性时荷尔蒙驱动的注意力分配机制是一样一样的。

好，前戏结束，正戏开场。

|Encoder-Decoder框架

本文只谈谈文本处理领域的AM模型，在图片处理或者（图片-图片标题）生成等任务中也有很多场景会应用AM模型，但是我们此处只谈文本领域的AM模型，其实图片领域AM的机制也是相同的。

要提文本处理领域的AM模型，就不得不先谈Encoder-Decoder框架，因为目前绝大多数文献中出现的AM模型是附着在Encoder-Decoder框架下的，当然，其实AM模型可以看作一种通用的思想，本身并不依赖于Encoder-Decoder模型，这点需要注意。

Encoder-Decoder框架可以看作是一种文本处理领域的研究模式，应用场景异常广泛，本身就值得非常细致地谈一下，但是因为本文的注意力焦点在AM模型，所以此处我们就只谈一些不得不谈的内容，详细的Encoder-Decoder模型以后考虑专文介绍。下图是文本处理领域里常用的Encoder-Decoder框架最抽象的一种表示：

                                 图1. 抽象的Encoder-Decoder框架

Encoder-Decoder框架可以这么直观地去理解：可以把它看作适合处理由一个句子（或篇章）生成另外一个句子（或篇章）的通用处理模型。对于句子对