MUSE：用于序列到序列学习的并行多尺度注意力机制

在序列到序列学习中，自注意力机制已被证明具有高度有效性，并在众多任务中取得了显著性能提升。然而，自注意力机制本身也存在一定的缺陷。尽管其能够建模极长的依赖关系，但在深层网络中，注意力往往会过度集中于单个词元（token），导致局部信息利用不足，难以有效表征长序列。针对这一问题，本文探索了序列数据上的并行多尺度表征学习方法，旨在同时捕捉语言的长程与短程结构特征。为此，我们提出了并行多尺度注意力机制（Parallel MUlti-Scale attEntion，简称 MUSE）及其简化版本 MUSE-simple。MUSE-simple 体现了并行多尺度序列表征学习的核心思想：通过自注意力机制与逐点变换（pointwise transformation），在不同尺度上并行编码序列信息。MUSE 在 MUSE-simple 的基础上进一步拓展，探索将卷积操作与自注意力机制相结合，以从更丰富的尺度层次中学习序列表征。我们在机器翻译任务上进行了实验，结果表明，所提出的方法在性能上显著优于标准 Transformer 模型，尤其在处理长序列时优势更为明显。更重要的是，尽管该方法在概念上较为简洁，但其实际成功依赖于精细的设计考量，其中多尺度注意力机制必须建立在统一的语义空间之上。在标准设置下，该模型在三大主流机器翻译任务上均取得了显著性能提升，超越了此前所有已知模型。此外，由于其固有的并行特性，MUSE 具备加速推理的潜力。相关代码将公开发布于：https://github.com/lancopku/MUSE