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前言

刚开始学习Transformer / ViT的时候会发现为什么作者会将Position Encoding直接和Feature Embedding相加？当时的第一反应是，为什么不是concat，因为两者分明是两种异构的信息，为什么能放在一起相加呢？不应该concat才合理么？最近对一些工作做收尾的时候发现了这个后来被我遗漏的问题。（如果不知道Position Encoding是啥的建议先去阅读一下原论文）

问题

从向量空间的角度来看，我原本有一个Feature Embedding向量矩阵，我再加上一个Position Encoding，那不就意味着我原本的Feature Embedding向量的大小和方向都发生了变化么？而Positon Encoding代表的是Feature Embedding中的每个feature的相对/绝对位置，直觉上来讲，在通道维上concat是一个符合深度学习逻辑的操作，那么为什么原文作者最后选择了直接对两者做相加呢？

推理

以语句为例，首先，我们先尝试用concat的方法。我们给原始输入向量的每个位置 concat上一个代表位置信息的向量 (N代表共有N个位置)形成,它也可以表示为这个形式。

接着，对这个新形成的向量做变化，比如linear projection。

记变换矩阵 ， 就是需要变换到的维度（这里为了方便，直接假设原输入的维度与嵌入维度一致，都是），它也可以表示为，其中。

现在进行变换：

其中，就是对原始输入做了嵌入之后的向量，而就是对位置向量做了嵌入之后的表示。即 Feature Embedding 和 Position Encoding。

于是，由变换结果可知，在原始向量上concat一个代表位置信息的向量，再经过变换，最终的效果等价于：先对原始输入向量做变换，然后再加上位置嵌入。

另一方面，concat会使网络进入深层之后参数量剧增，这是很不划算的。

本文标签： PositionViTTransformerEmbeddingfeature

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