pytorch LayerNorm参数详解，计算过程

目录

说明

LayerNorm参数

normalized_shape

eps

elementwise_affine

LayerNorm前向传播（以normalized_shape为一个int举例）

总结

说明

LayerNorm中不会像BatchNorm那样跟踪统计全局的均值方差，因此train()和eval()对LayerNorm没有影响。

LayerNorm参数

torch.nn.LayerNorm(
        normalized_shape: Union[int, List[int], torch.Size],
        eps: float = 1e-05,
        elementwise_affine: bool = True)

normalized_shape

如果传入整数，比如4，则被看做只有一个整数的list，此时LayerNorm会对输入的最后一维进行归一化，这个int值需要和输入的最后一维一样大。

• 假设此时输入的数据维度是[3, 4]，则对3个长度为4的向量求均值方差，得到3个均值和3个方差，分别对这3行进行归一化（每一行的4个数字都是均值为0，方差为1）；LayerNorm中的weight和bias也分别包含4个数字，重复使用3次，对每一行进行仿射变换（仿射变换即乘以weight中对应的数字后，然后加bias中对应的数字），并会在反向传播时得到学习。

如果输入的是个list或者torch.Size，比如[3, 4]或torch.Size([3, 4])，则会对网络最后的两维进行归一化，且要求输入数据的最后两维尺寸也是[3, 4]。

• 假设此时输入的数据维度也是[3, 4]，首先对这12个数字求均值和方差，然后归一化这个12个数字；weight和bias也分别包含12个数字，分别对12个归一化后的数字进行仿射变换（仿射变换即乘以weight中对应的数字后，然后加bias中对应的数字），并会在反向传播时得到学习。
• 假设此时输入的数据维度是[N, 3, 4]，则对着N个[3,4]做和上述一样的操作，只是此时做仿射变换时，weight和bias被重复用了N次。
• 假设此时输入的数据维度是[N, T, 3, 4]，也是一样的，维度可以更多。

注意：显然LayerNorm中weight和bias的shape就是传入的normalized_shape。

eps

归一化时加在分母上防止除零。

elementwise_affine

如果设为False，则LayerNorm层不含有任何可学习参数。

如果设为True（默认是True）则会包含可学习参数weight和bias，用于仿射变换，即对输入数据归一化到均值0方差1后，乘以weight，即bias。

LayerNorm前向传播（以normalized_shape为一个int举例）

1. 如下所示输入数据的shape是(3, 4)，此时normalized_shape传入4（输入维度最后一维的size），则沿着最后一维（沿着最后一维的意思就是对最后一维的数据进行操作）求和，并用这两个结果把batch沿着最后一维归一化，使其均值为0，方差为1。归一化公式用到了eps()，即。

   tensor = torch.FloatTensor([[1, 2, 4, 1],
                               [6, 3, 2, 4],
                               [2, 4, 6, 1]])

   此时，（有偏样本方差），归一化后的值如下，举例说明：第0行第2列的数字4，减去第0行的均值2.0等于2，然后除以即2/1.224749≈1.6330。

   [[-0.8165,  0.0000,  1.6330, -0.8165],
    [ 1.5213, -0.5071, -1.1832,  0.1690],
    [-0.6509,  0.3906,  1.4321, -1.1717]]

2. 如果elementwise_affine==True，则对归一化后的batch进行仿射变换，即乘以模块内部的weight（初值是[1., 1., 1., 1.]）然后加上模块内部的bias（初值是[0., 0., 0., 0.]），这两个变量会在反向传播时得到更新。
3. 如果elementwise_affine==False，则LayerNorm中不含有weight和bias两个变量，只做归一化，不会进行仿射变换。

总结

在使用LayerNorm时，通常只需要指定normalized_shape就可以了。