嵌入层与全连接层的区别是什么?

Keras中嵌入层的文档说明如下:

将正整数(索引)转换为固定大小的密集向量。例如 [[4], [20]] -> [[0.25, 0.1], [0.6, -0.2]]

我认为这也可以通过将输入编码为长度为vocabulary_size的独热向量,并将其输入到全连接层中来实现。

嵌入层仅仅是这个两步过程的便捷方式,还是在底层有更复杂的操作?


回答:

嵌入层更快,因为它本质上相当于一个做了简化假设的全连接层。

想象一个词到嵌入的层,其权重如下:

w = [[0.1, 0.2, 0.3, 0.4],     [0.5, 0.6, 0.7, 0.8],     [0.9, 0.0, 0.1, 0.2]]

Dense层会将这些权重视为用于进行矩阵乘法的实际权重。嵌入层则简单地将这些权重视为一个向量列表,每个向量代表一个词;词汇表中的第0个词是w[0],第1个是w[1],依此类推。


举个例子,使用上述权重和以下句子:

[0, 2, 1, 2]

一个简单的基于Dense的网络需要将该句子转换为独热编码

[[1, 0, 0], [0, 0, 1], [0, 1, 0], [0, 0, 1]]

然后进行矩阵乘法

[[1 * 0.1 + 0 * 0.5 + 0 * 0.9, 1 * 0.2 + 0 * 0.6 + 0 * 0.0, 1 * 0.3 + 0 * 0.7 + 0 * 0.1, 1 * 0.4 + 0 * 0.8 + 0 * 0.2], [0 * 0.1 + 0 * 0.5 + 1 * 0.9, 0 * 0.2 + 0 * 0.6 + 1 * 0.0, 0 * 0.3 + 0 * 0.7 + 1 * 0.1, 0 * 0.4 + 0 * 0.8 + 1 * 0.2], [0 * 0.1 + 1 * 0.5 + 0 * 0.9, 0 * 0.2 + 1 * 0.6 + 0 * 0.0, 0 * 0.3 + 1 * 0.7 + 0 * 0.1, 0 * 0.4 + 1 * 0.8 + 0 * 0.2], [0 * 0.1 + 0 * 0.5 + 1 * 0.9, 0 * 0.2 + 0 * 0.6 + 1 * 0.0, 0 * 0.3 + 0 * 0.7 + 1 * 0.1, 0 * 0.4 + 0 * 0.8 + 1 * 0.2]]

=

[[0.1, 0.2, 0.3, 0.4], [0.9, 0.0, 0.1, 0.2], [0.5, 0.6, 0.7, 0.8], [0.9, 0.0, 0.1, 0.2]]

然而,Embedding层只需查看[0, 2, 1, 2],并直接获取层中索引为零、二、一、二的权重,即可得到

[w[0], w[2], w[1], w[2]]

=

[[0.1, 0.2, 0.3, 0.4], [0.9, 0.0, 0.1, 0.2], [0.5, 0.6, 0.7, 0.8], [0.9, 0.0, 0.1, 0.2]]

所以结果是相同的,只是希望以更快的方式获得。


Embedding层确实有一些限制:

  • 输入需要是[0, vocab_length)范围内的整数。
  • 没有偏置项。
  • 没有激活函数。

然而,如果你只是想将整数编码的词转换为嵌入,这些限制应该不会有影响。

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