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Kausale (maskierte) Self-Attention

Implementiere die maskierte Attention von GPT-Modellen, bei der jedes Token nur sich selbst und frühere Tokens sehen kann.

Das lernst du

  • Zukünftige Tokens mit einer kausalen Maske verbergen
  • Softmax nur über erlaubte Positionen anwenden
  • Verstehen, wie Sprachmodelle Text erzeugen

Problem

Ein Sprachmodell darf nicht in zukünftige Wörter schauen. Kausale Attention maskiert die Zukunft: Query-Zeile i darf nur auf die Key-Zeilen 0 bis i achten.

Für jede Zeile i (queries, keys und values haben alle n Zeilen):

  1. Bewerte jeden erlaubten Key j ≤ i: score = (queries[i] · keys[j]) / √d, wobei d die Anzahl der Spalten von keys ist.
  2. Wende Softmax nur auf diese erlaubten Scores an (ziehe den größten ab, bevor du e^x berechnest).
  3. Ausgabezeile i = Σ weight_j × values[j] über j ≤ i.

Implementiere causal_attention(queries, keys, values).

Eingabe

queries, keys: n Zeilen mit je d Zahlen.

values: n Zeilen mit je v Zahlen.

Ausgabe

Gib die n × v-Ausgabematrix zurück.

Einschränkungen

1 ≤ n ≤ 50, 1 ≤ d, v ≤ 32

-10 ≤ jeder Wert ≤ 10

Beispiele

Beispiel 1
Eingabe:
keys = [
    [1.0],
    [2.0],
    [3.0]
]
values = [
    [3.0],
    [6.0],
    [9.0]
]
queries = [
    [0.0],
    [0.0],
    [0.0]
]

Erwartete Ausgabe:
expected = [
    [3.0],
    [4.5],
    [6.0]
]
Eingabe:
std::vector<std::vector<double>> keys = {
    {1.0},
    {2.0},
    {3.0}
};
std::vector<std::vector<double>> values = {
    {3.0},
    {6.0},
    {9.0}
};
std::vector<std::vector<double>> queries = {
    {0.0},
    {0.0},
    {0.0}
};

Erwartete Ausgabe:
std::vector<std::vector<double>> expected = {
    {3.0},
    {4.5},
    {6.0}
};
Eingabe:
double[][] keys = new double[][] {
    new double[] {1.0},
    new double[] {2.0},
    new double[] {3.0}
};
double[][] values = new double[][] {
    new double[] {3.0},
    new double[] {6.0},
    new double[] {9.0}
};
double[][] queries = new double[][] {
    new double[] {0.0},
    new double[] {0.0},
    new double[] {0.0}
};

Erwartete Ausgabe:
double[][] expected = new double[][] {
    new double[] {3.0},
    new double[] {4.5},
    new double[] {6.0}
};

Erläuterung

Alle Scores sind 0, also mittelt jede Zeile die Werte, die sie sehen darf: Zeile 0 sieht nur 3, Zeile 1 mittelt 3 und 6 (4.5), Zeile 2 mittelt alle drei (6).

Beispiel 2
Eingabe:
keys = [
    [1.0, 0.0],
    [1.0, 0.0]
]
values = [
    [1.0, 2.0],
    [3.0, 4.0]
]
queries = [
    [1.0, 0.0],
    [1.0, 0.0]
]

Erwartete Ausgabe:
expected = [
    [1.0, 2.0],
    [2.0, 3.0]
]
Eingabe:
std::vector<std::vector<double>> keys = {
    {1.0, 0.0},
    {1.0, 0.0}
};
std::vector<std::vector<double>> values = {
    {1.0, 2.0},
    {3.0, 4.0}
};
std::vector<std::vector<double>> queries = {
    {1.0, 0.0},
    {1.0, 0.0}
};

Erwartete Ausgabe:
std::vector<std::vector<double>> expected = {
    {1.0, 2.0},
    {2.0, 3.0}
};
Eingabe:
double[][] keys = new double[][] {
    new double[] {1.0, 0.0},
    new double[] {1.0, 0.0}
};
double[][] values = new double[][] {
    new double[] {1.0, 2.0},
    new double[] {3.0, 4.0}
};
double[][] queries = new double[][] {
    new double[] {1.0, 0.0},
    new double[] {1.0, 0.0}
};

Erwartete Ausgabe:
double[][] expected = new double[][] {
    new double[] {1.0, 2.0},
    new double[] {2.0, 3.0}
};

Erläuterung

Zeile 0 sieht nur sich selbst und kopiert values[0] = [1, 2]. Zeile 1 gibt beiden Keys denselben Score und mittelt sie: [2, 3].

Referenzen

Diese Aufgabe wurde für CodeUtility angepasst. Beachte die oben genannten Vorgaben und Einschränkungen.

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