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title: "N-gram Embedding (in LLMs)"
created: 2026-06-25
updated: 2026-06-25
type: concept
tags: ["embedding", "ngram", "memory", "language-modeling"]
sources:
  - "[[engram-conditional-memory-2026]]"
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# N-gram Embedding (in LLMs)

N-gram Embedding 是经典统计语言建模技术在现代 LLM 架构中的复兴——将局部 token 序列映射为稠密嵌入向量，通过 O(1) 查找替代昂贵的计算检索。

## 经典 N-gram 模型

N-gram 模型基于马尔可夫假设：P(w_t | w_{1:t-1}) ≈ P(w_t | w_{t-n+1:t-1})。传统实现受限于：
- 数据稀疏性（组合爆炸）
- 平滑技术的局限
- 缺乏语义泛化

## 在 Transformer 中的现代化

### OverEncoding (Huang et al., 2025)
将 N-gram 嵌入直接平均到词表嵌入中——最简单的集成方式，但扩展潜力有限。

### Engram (Cheng et al., 2026)
将 N-gram 嵌入提升为**一等建模原语**：

1. **Tokenizer Compression**：NFKC 归一化 + 小写化，将语义等价 token 映射到同一规范 ID（23% 词表缩减）
2. **Multi-Head Hashing**：K 个独立哈希函数 × N-gram 阶数，乘性 XOR 哈希避免组合爆炸
3. **Context-aware Gating**：当前隐藏状态动态调制检索到的静态嵌入
4. **Depthwise Causal Convolution**：扩展感受野

## 为什么有效

语言中存在大量**局部静态规律**：
- 命名实体（"Alexander the Great"）→ 多 token 但语义单一
- 公式化表达（"on the other hand"）→ 固定搭配
- 领域术语（"stochastic gradient descent"）→ 高频共现

这些模式天然适合廉价查找而非深度计算。经典 N-gram 能捕获它们的事实说明：Transformer 用多个早期层重建这些模式是对计算深度的浪费。

## 与现代架构的关系

- **MoE**：N-gram 嵌入是条件记忆的实例，与条件计算互补
- **Attention**：N-gram 嵌入释放了注意力容量，使其聚焦全局上下文而非局部依赖
- **KV Cache**：与 N-gram 嵌入的关系尚未被充分探索——局部依赖被嵌入后，注意力所需的 KV 缓存可能缩小

## 参考
- [[engram-conditional-memory-2026]]
- [[engram]]
- [[conditional-memory]]
- [[mixture-of-experts]]
