机器翻译Seq2Seq(Encoder-Decoder)+Attention模型Tensorflow实现

英法机器翻译Tensorflow代码实现

1、Encoder-Decoder

在网上大家能够找到很多关于，sequence to sequence模型。简单的来说它就是一个编码器和解码器，用循环神经网络RNN去实现。
在编码端，用RNN对句子进行中间语义表示，得到c后，根据c的表示去进行解码。在机器翻译当中，就是将源端的语言，进行中间表示，然后再解码成目标端的语言。

但是编码端，通常是将源语言编码成一个固定长度的向量。这种做法，在改善效果来说比较差，而且对于神经网络来说，难以处理长距离依赖。于是提出了Attention机制。

2、ATTENTION 机制

参考下面这篇文章

attention机制的思想，就是在翻译一个词的时候，我的注意力应该集中于目标端的哪一个词或者哪几个词。而不是只用编码端循环神经网络最后一个状态作为语义表示。一种直观的理解，可以将编码端所有的，隐状态的输出进行平均得到中间表示。但是这样并没有应用到解码端的信息。
我们以下图，t1为例，来进行说明。

在对You进行下一个词的预测时候，我们需要去计算C2，即对编码端的注意力表示。

C是对编码端隐藏层输出的一个加权求和，其中阿尔法表示0~1之间的一个得分（经过softmax之后）。 $\ e_{ij}$ 接受当前时刻的前一时刻的隐藏成的状态 $\ s_{i-1}$（Decoder）和编码层的隐藏状态输出 $\ h_{j}$。
a as a feedforward neural network which is jointly trained with all the other components of the proposed system
在得到attention，c2之后，我们利用下面公式就可以去解码预测下一个单词出现的概率。

此后又提出了一篇新的论文，他在该注意力机制的基础上进行了改进，分别介绍了全局注意力和局部注意力。
Effective Approaches to Attention-based Neural Machine Translation 2015EMNLP

3、改进的Attention

下图是B提出的（上文所述）

如下图所示：主要有三个不同点，第1个不同点，编码器改成了单向循环神经网络。第2个不同点，attention的计算方式不一样。第3个不同的在解码端循环神经网络的基础上，增加了一层非线性变换，attention不直接作用于循环神经网络。

• attention计算方式

attention的计算方式变为当前时刻解码端的隐层状态，和编码端的隐层状态进行计算。计算方式有如下三种，由之前的加法计算变成了乘法计算。而且少了a这个函数，即前馈神经网。运算速度大大的提高。

• 非线性变换层

得到的attention的结果C，不作用于解码端的循环神经网，而是作用于其上一层的神经元，并且再结合RNN的隐层状态，通过参数Wc和一个非线性变换得到新的状态。然后以此状态去softmax，得到下一个词的概率。

随后还提出了局部attention。即，不是对编码端所有的隐藏状态进行计算，而是固定一个窗口，这个位置，由训练获得。具体可以参看论文。

根据以上的模型，我们在英法的数据集上进行实验。具体可以看github，ReadMe有详细介绍。

下一次会介绍Transformer模型，该模型摒弃了RNN和CNN，完全只有attention，效果也很不错。