「編碼器-解碼器架構 (Encoder-Decoder Architecture)」是一種常見的深度學習模型架構，特別適用於處理序列到序列 (Sequence-to-Sequence) 的任務，也就是輸入是一個序列，輸出是另一個序列，且兩個序列的長度可能不同。這種架構的核心思想是將輸入序列的信息壓縮成一個中間表示形式，然後再將這個中間表示形式解碼生成目標輸出序列。
編碼器 (Encoder):
- 編碼器的作用是接收輸入序列（例如，一個句子的詞語序列）並將其轉換成一個固定長度的向量，這個向量通常被稱為上下文向量 (context vector)、隱藏狀態 (hidden state) 或思想向量 (thought vector)。
- 這個上下文向量試圖捕捉整個輸入序列的關鍵信息和語義。理想情況下，它應該是輸入序列的一個濃縮表示，包含了生成目標輸出所需的所有重要信息。
- 編碼器通常是一個遞迴神經網路 (RNN)，例如 LSTM 或 GRU，它逐個處理輸入序列中的元素，並在最後一個時間步輸出這個上下文向量。也可以使用 Transformer 的編碼器部分作為編碼器。
- 上下文向量是編碼器的輸出，它作為輸入序列的固定長度表示傳遞給解碼器。
- 這個向量是編碼器試圖捕獲的輸入序列的精華信息。
解碼器 (Decoder):
- 解碼器的作用是接收編碼器產生的上下文向量，並將其轉換成目標輸出序列（例如，另一個語言的翻譯或摘要）。
- 解碼器通常也是一個遞迴神經網路 (RNN)，例如 LSTM 或 GRU，它以編碼器的上下文向量作為其初始的隱藏狀態。
- 解碼器在每個時間步生成輸出序列的一個元素（例如，一個詞語）。在生成下一個元素時，解碼器通常會考慮前一個時間步生成的元素和當前的隱藏狀態。
- Transformer 的解碼器部分也可以用作解碼器，它會利用編碼器的輸出和自身的注意力機制來生成目標序列。
編碼器-解碼器架構的工作流程 (簡化版):
- 輸入序列被送入編碼器。
- 編碼器逐個處理輸入序列的元素，並更新其內部狀態。
- 處理完整個輸入序列後，編碼器輸出最終的上下文向量。
- 解碼器接收這個上下文向量作為其初始狀態。
- 解碼器開始生成輸出序列。在每個時間步：
- 它會基於當前的隱藏狀態和前一個生成的輸出（如果是第一個時間步，則可能是一個起始符號）來預測下一個輸出元素。 它會更新其隱藏狀態，以便進行下一個時間步的預測。
- 這個過程一直持續到解碼器生成一個特殊的結束符號，或者達到預定的最大輸出長度。
編碼器-解碼器架構的常見應用：
這種架構廣泛應用於各種序列到序列的任務，包括：
- 機器翻譯 (Machine Translation): 輸入是一個語言的句子，輸出是另一種語言的翻譯。
- 文本摘要 (Text Summarization): 輸入是一篇長文本，輸出是該文本的簡短摘要。
- 對話系統 (Dialogue Systems / Chatbots): 輸入是用戶的提問或語句，輸出是模型的回答或回應。
- 程式碼生成 (Code Generation): 輸入是對程式碼的自然語言描述，輸出是程式碼。
- 圖像描述 (Image Captioning): 輸入是一張圖像（通常通過卷積神經網路提取特徵作為序列處理），輸出是圖像的文字描述。
- 語音辨識 (Speech Recognition) 和語音合成 (Speech Synthesis)
注意事項：
- 基本的編碼器-解碼器架構的一個挑戰是，編碼器需要將整個輸入序列的信息壓縮到一個固定長度的上下文向量中，這可能會成為處理長序列的瓶頸。
- 為了克服這個限制，通常會在編碼器-解碼器架構中引入注意力機制 (Attention Mechanism)，讓解碼器在生成每個輸出元素時，能夠有選擇地關注輸入序列的不同部分，從而提高模型處理長序列的能力。
總而言之，編碼器-解碼器架構是一種強大的框架，用於處理需要將一個序列轉換成另一個序列的任務。通過將輸入信息編碼成一個中間表示，然後再解碼生成目標輸出，這種架構為解決許多複雜的 NLP 和其他領域的問題提供了基礎。
