Hadamard 变换:数学基础、随机旋转与量化码本
从二维矩阵出发,逐步构造高阶 Hadamard 矩阵,解释归一化、正交性与通道能量重分配。随后比较随机符号 Hadamard 与 Haar 随机正交变换,推导旋转后分布与量化码本的关系,并通过 Lloyd–Max 的边界、质心更新及 NumPy 程序,建立完整的数学与量化基础。
低比特量化需要把连续数值映射到有限的表示范围。通道之间的能量分布、共享尺度和量化码本,共同决定这一过程带来的误差。Hadamard 变换提供了一种结构化的正交变换:通过重新混合通道,并在激活与权重之间建立配对,可以保持精确计算的结果,同时改变量化所面对的数值分布。
本系列从矩阵构造、正交性和随机旋转讲起,介绍分块结构、符号翻转、通道重排与可学习旋转,继而梳理 LLM 与 AIGC 生成模型(包括 DiT)中的旋转量化方法,最后讨论蝶形算法、GPU 执行与 FP8 部署等工程优化。每一步都围绕具体问题展开,用推导、数值例子、论文与代码说明方法如何构成、误差如何比较,以及效果和性能如何验证。
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从二维矩阵出发,逐步构造高阶 Hadamard 矩阵,解释归一化、正交性与通道能量重分配。随后比较随机符号 Hadamard 与 Haar 随机正交变换,推导旋转后分布与量化码本的关系,并通过 Lloyd–Max 的边界、质心更新及 NumPy 程序,建立完整的数学与量化基础。
完整 Hadamard 变换受到维度构造、计算成本与输入分布的共同影响。本文从这些问题出发,介绍分块矩阵、Regular Hadamard、符号翻转、通道重排和多级组合,推导激活与权重的配对关系,并用相反的数值例子说明:混合范围扩大,并不必然降低量化误差。
精确算术下等价的坐标变换,经过量化后会产生不同的输出误差。本文从线性层的小矩阵计算出发,分析旋转块、量化组与共享尺度的关系,建立校准候选的比较方法,再推导稠密正交矩阵、可学习蝶形及通道缩放的参数化与配对规则,说明如何围绕实际量化目标选择和优化变换。