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Attenzione a prodotto scalare scalato

Implementa l'operazione di attenzione, il cuore dei Transformer e dei grandi modelli linguistici.

Cosa imparerai

  • Dare un punteggio alle query rispetto alle key
  • Applicare softmax per ottenere i pesi di attenzione
  • Mescolare i value con quei pesi

Problema

L'attenzione permette a ogni posizione di una sequenza di guardare tutte le altre posizioni e mescolarne le informazioni. È il nucleo dell'architettura Transformer usata dai grandi modelli linguistici:

Attention(Q, K, V) = softmax(Q × Kᵀ / √d) × V

Per ogni riga di query q:

  1. Assegna un punteggio a ogni riga di chiave k: score = (q · k) / √d, dove d è il numero di colonne di K.
  2. Trasforma i punteggi in pesi con la softmax (sottrai il punteggio più alto prima di calcolare e^x).
  3. La riga di output è la somma pesata delle righe di valori: Σ weight_j × values[j].

Implementa attention(queries, keys, values).

Input

queries: n righe, ognuna con d numeri.

keys: m righe, ognuna con d numeri.

values: m righe (una per chiave), ognuna con v numeri.

Output

Restituisci la matrice di output n × v.

Vincoli

1 ≤ n, m ≤ 50, 1 ≤ d, v ≤ 32

-10 ≤ ogni valore ≤ 10

Esempi

Esempio 1
Input:
keys = [
    [1.0, 0.0],
    [1.0, 0.0]
]
values = [
    [2.0, 4.0],
    [6.0, 8.0]
]
queries = [
    [1.0, 0.0]
]

Output atteso:
expected = [
    [4.0, 6.0]
]
Input:
std::vector<std::vector<double>> keys = {
    {1.0, 0.0},
    {1.0, 0.0}
};
std::vector<std::vector<double>> values = {
    {2.0, 4.0},
    {6.0, 8.0}
};
std::vector<std::vector<double>> queries = {
    {1.0, 0.0}
};

Output atteso:
std::vector<std::vector<double>> expected = {
    {4.0, 6.0}
};
Input:
double[][] keys = new double[][] {
    new double[] {1.0, 0.0},
    new double[] {1.0, 0.0}
};
double[][] values = new double[][] {
    new double[] {2.0, 4.0},
    new double[] {6.0, 8.0}
};
double[][] queries = new double[][] {
    new double[] {1.0, 0.0}
};

Output atteso:
double[][] expected = new double[][] {
    new double[] {4.0, 6.0}
};

Spiegazione

Entrambe le chiavi danno lo stesso punteggio, quindi i pesi softmax sono 0.5 e 0.5. L'output è la media delle righe di valori: [(2 + 6) / 2, (4 + 8) / 2] = [4, 6].

Esempio 2
Input:
keys = [
    [3.0, 1.0],
    [-2.0, 5.0],
    [7.0, 7.0]
]
values = [
    [1.0],
    [2.0],
    [6.0]
]
queries = [
    [0.0, 0.0]
]

Output atteso:
expected = [
    [3.0]
]
Input:
std::vector<std::vector<double>> keys = {
    {3.0, 1.0},
    {-2.0, 5.0},
    {7.0, 7.0}
};
std::vector<std::vector<double>> values = {
    {1.0},
    {2.0},
    {6.0}
};
std::vector<std::vector<double>> queries = {
    {0.0, 0.0}
};

Output atteso:
std::vector<std::vector<double>> expected = {
    {3.0}
};
Input:
double[][] keys = new double[][] {
    new double[] {3.0, 1.0},
    new double[] {-2.0, 5.0},
    new double[] {7.0, 7.0}
};
double[][] values = new double[][] {
    new double[] {1.0},
    new double[] {2.0},
    new double[] {6.0}
};
double[][] queries = new double[][] {
    new double[] {0.0, 0.0}
};

Output atteso:
double[][] expected = new double[][] {
    new double[] {3.0}
};

Spiegazione

Una query nulla ottiene punteggio 0 con ogni chiave, quindi l'attenzione si distribuisce in modo uniforme: (1 + 2 + 6) / 3 = 3.

Riferimenti

Questa sfida è adattata per CodeUtility. Segui la traccia e i vincoli sopra.

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