Encoder Deep Dive

编码器（Encoder）

1. 编码器的输入是什么？

编码器的输入是一个序列，比如一句话："I love machine learning." 它会被拆分成一个个单词或子单词（token）： $x_1, x_2, \cdots, x_T$ 这些 token 会被转换为向量表示（embedding），即： $\text{vectors } x_1, x_2, \dots, x_T$

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2. 编码器如何处理输入？

编码器的核心是一个RNN（或 LSTM、GRU）。 它按照时间步 ( t ) 依次读取输入，并维护一个隐藏状态（hidden state）：

$h_t = f(h_{t-1}, x_t)$

其中：

• $h_t$：第 $t$ 个时间步的隐藏状态（可以看作“记忆”）

• $x_t$：第 $t$ 个时间步的输入（即当前单词的向量表示）

• $h_{t-1}$：上一个时间步的隐藏状态（携带了前面单词的信息）

• $f$：一个 RNN 变换函数，比如 LSTM、GRU 等

直观理解：

• 每次编码器处理一个输入单词 $x_t$ 时，它结合了之前的信息 $h_{t-1}$，然后更新自己的记忆状态 $h_t$。

  • 这里的x是一个单词，而h是一整段话

• 最终，编码器把整个输入序列的信息压缩到最后一个隐藏状态 $h_T$，用来代表整句话的意义。

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3. 上下文向量（Context Vector）

编码器的最终隐藏状态 $h_T$ 叫做 context vector，它是整个输入序列的信息摘要：

$c = m(h_1, \cdots, h_T) = h_T$

在最简单的情况下，$m$ 只是直接取最后的隐藏状态 $h_T$，用于后续解码（Decoder）。

直观理解：

• 你把一整句话输入编码器，它会一步步处理，每个步骤都会更新记忆状态。

• 最终，编码器会输出一个总结性的信息向量（上下文向量 $c$），这个向量包含了整个句子的主要信息。

• 这个信息向量接下来可以传递给 解码器（Decoder），用于生成翻译、摘要等任务。

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4. 为什么需要双向编码器（Bidirectional Encoder）？

传统的 RNN 是单向的，即它只能从前往后读取输入。因此，它的隐藏状态 $h_t$ 只能依赖于之前的单词，无法看到后面的单词。

双向（Bidirectional）编码器 解决了这个问题。 它的隐藏状态不仅依赖于前一个单词，还会看后面的单词：

$h_t = f(h_{t-1}, x_t, h_{t+1})$

直观理解：

• 例如，在翻译句子 "He is ..." 时，单向编码器只能看到 "He is"，但不知道后面要说什么。

• 双向编码器 能同时看到 "He is" 和 后面的词，从而更好地理解上下文。

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5. 总结

1. 编码器（Encoder） 处理输入序列，并将信息存储到隐藏状态（hidden state）。

2. 最终隐藏状态（context vector） 可以看作是整个输入序列的“总结”。

3. 单向编码器 只利用过去的信息，而双向编码器 还能利用未来的信息，从而更全面地理解句子。