1. 为何Transformer采用多头注意力机制？

多头注意力确保Transformer能并行捕捉不同子空间的特征信息，增强了模型捕获多样性和细致特征的能力。每个头专注于输入数据的不同方面，尽管增加了维度解析度，但总体计算负担与单头相比增幅不大，维持高效。

2. Transformer为何让Q（查询）和K（键）使用独立的权重矩阵进行计算，而非共用同一矩阵？

分配不同权重给Q和K是为了实现信息在不同表示空间的映射，增强模型的表达力和泛化性能。不同的初始化权重帮助模型适应输入与输出长度变化，并且避免了Q与K相同导致的对称attention矩阵问题，这样的矩阵降低了模型的泛化能力。

3. Transformer在计算注意力时，为何选用点乘而非加法？两者在计算复杂度和效果上有何差异？

点乘运算的选择旨在平衡效率和效果。虽然矩阵加法更简单，但它作为隐藏层使用时，计算密集度与点乘相近。实验表明，随着特征维度(d_k)增加，加法的优势更明显，但通常点乘能更好地保持信息的相关性。

4. 为何要在softmax前对attention分数进行缩放（即除以(d_k)的平方根）？

缩放是为了缓解softmax函数可能导致的梯度消失问题。当Q和K的分布满足一定条件时，缩放可以确保softmax输出更加平滑，保持梯度的有效流动，有助于训练稳定。

5. 在处理padding时，如何对attention分数实施mask？

通过将padding位置的attention得分设为负无穷（常用-1000），有效排除这些位置对最终结果的影响。

6. Transformer的位置编码作用及局限性？

位置编码为模型引入了绝对位置信息，弥补了self-attention机制中缺失的位置感知。固定的位置编码使得模型理解序列中元素的相对次序。然而，其固定性质限制了模型对更复杂位置关系的表达，相对位置编码(RPE)是对此的一个改进方案。

7. Transformer为何偏好LayerNorm而非BatchNorm？

LayerNorm针对单个样本的所有特征进行标准化，保留了样本内部特征的相对比例，有利于attention机制捕捉全局依赖。相比之下，BatchNorm在序列任务中可能会破坏样本内的时间结构信息。

8. Transformer相比RNN的优势何在？

Transformer在并行处理能力上远超RNN，能够更高效地利用计算资源。同时，它在长期依赖捕捉和特征提取方面也显示出优越性能。

9. Encoder与Decoder如何协同工作？

Encoder的输出经过线性变换并与Decoder的状态进行交互，通过两次矩阵乘法操作，将Decoder的输入与Encoder的上下文信息融合，生成目标序列的预测。

10. Decoder与Encoder中的多头注意力有何差异？

Decoder包含两层多头注意力机制，额外的一层用于关注Encoder的输出，调整解码阶段的注意力以适应输出序列的构造。Decoder的Query、Key、Value尺寸在某些情况下可不同，而Encoder中的Q、K、V尺寸保持一致。

11. Transformer中最常出现的层是什么？

Dropout层，用于随机丢弃部分神经元以减少过拟合。

12. Transformer在何处实现了权重共享？

• Encoder和Decoder的嵌入层权重共享。
• Decoder中的嵌入层与全连接层权重共享。

13. Transformer中的mask机制如何运作？

包含Padding Mask，用于忽略填充的token；以及Sequence Mask，在Decoder中应用，确保预测时不泄露未来信息。

14. 如何理解Self-Attention？

Self-Attention是一种自我参照的注意力机制，其中Query、Key和Value来自同一序列，旨在发现序列内部元素之间的相互依赖关系。

15. Transformer架构中哪个部分最耗时？

前馈神经网络（Feedforward Networks）部分，因其参数量大，计算成本较高。

16. 残差连接（Residual Connections）的作用？

残差连接通过允许信息直接跳过某些复杂的转换层，有效缓解了深度网络中的梯度消失问题，促进了更深网络的有效训练。