扩张邻域注意力变换器
概述
DiNAT 是由 Ali Hassani 和 Humphrey Shi 在 Dilated Neighborhood Attention Transformer 中提出的。
它通过添加一个扩张邻域注意力模式来扩展NAT,以捕捉全局上下文,并显示出显著的性能提升。
论文的摘要如下:
Transformer 正在迅速成为跨模态、领域和任务中最广泛应用的一种深度学习架构。在视觉领域,除了对普通 Transformer 的持续研究外,分层 Transformer 也因其性能和易于集成到现有框架中而获得了显著关注。这些模型通常采用局部注意力机制,例如滑动窗口邻域注意力(NA)或 Swin Transformer 的移位窗口自注意力。虽然这些方法在降低自注意力二次复杂度方面有效,但局部注意力削弱了自注意力的两个最理想特性:长距离依赖建模和全局感受野。在本文中,我们引入了扩张邻域注意力(DiNA),这是对 NA 的自然、灵活且高效的扩展,能够在没有额外成本的情况下捕获更多全局上下文并指数级扩展感受野。NA 的局部注意力和 DiNA 的稀疏全局注意力相辅相成,因此我们引入了基于两者的新型分层视觉 Transformer——扩张邻域注意力 Transformer(DiNAT)。DiNAT 变体在 NAT、Swin 和 ConvNeXt 等强基线模型上取得了显著改进。我们的大型模型在 COCO 目标检测中比 Swin 模型快 1.5% 的 box AP,在 COCO 实例分割中快 1.3% 的 mask AP,在 ADE20K 语义分割中快 1.1% 的 mIoU。结合新框架,我们的大型变体在 COCO(58.2 PQ)和 ADE20K(48.5 PQ)上成为新的全景分割模型,在 Cityscapes(44.5 AP)和 ADE20K(35.4 AP)上成为实例分割模型(无需额外数据)。它还与 ADE20K(58.2 mIoU)上的最先进专用语义分割模型相匹配,并在 Cityscapes(84.5 mIoU)上排名第二(无需额外数据)。
![drawing](https://huggingface.co/datasets/huggingface/documentation-images/resolve/main/dilated-neighborhood-attention-pattern.jpg)
该模型由Ali Hassani贡献。 原始代码可以在这里找到。
使用提示
DiNAT 可以用作骨干网络。当 output_hidden_states = True
时,
它将输出 hidden_states
和 reshaped_hidden_states
。reshaped_hidden_states
的形状为 (batch, num_channels, height, width)
而不是 (batch_size, height, width, num_channels)
。
备注:
- DiNAT依赖于NATTEN的邻域注意力和扩张邻域注意力的实现。
你可以通过参考shi-labs.com/natten为Linux安装预构建的轮子,或者通过运行
pip install natten
在你的系统上构建。 请注意,后者可能需要一些时间来编译。NATTEN目前还不支持Windows设备。 - 目前仅支持4的补丁大小。
资源
以下是官方Hugging Face和社区(由🌎表示)提供的资源列表,帮助您开始使用DiNAT。
- DinatForImageClassification 由这个 示例脚本 和 笔记本 支持。
- 另请参阅:图像分类任务指南
如果您有兴趣提交资源以包含在此处,请随时打开一个 Pull Request,我们将进行审核!理想情况下,资源应展示一些新内容,而不是重复现有资源。
DinatConfig
类 transformers.DinatConfig
< source >( patch_size = 4 num_channels = 3 embed_dim = 64 depths = [3, 4, 6, 5] num_heads = [2, 4, 8, 16] kernel_size = 7 dilations = [[1, 8, 1], [1, 4, 1, 4], [1, 2, 1, 2, 1, 2], [1, 1, 1, 1, 1]] mlp_ratio = 3.0 qkv_bias = True hidden_dropout_prob = 0.0 attention_probs_dropout_prob = 0.0 drop_path_rate = 0.1 hidden_act = 'gelu' initializer_range = 0.02 layer_norm_eps = 1e-05 layer_scale_init_value = 0.0 out_features = None out_indices = None **kwargs )
参数
- patch_size (
int
, 可选, 默认为 4) — 每个补丁的大小(分辨率)。注意:目前仅支持大小为4的补丁。 - num_channels (
int
, optional, defaults to 3) — 输入通道的数量。 - embed_dim (
int
, optional, 默认为 64) — 补丁嵌入的维度. - depths (
List[int]
, optional, defaults to[3, 4, 6, 5]
) — 编码器每一层的层数。 - num_heads (
List[int]
, 可选, 默认为[2, 4, 8, 16]
) — Transformer编码器每一层中的注意力头数。 - kernel_size (
int
, optional, defaults to 7) — 邻域注意力核大小。 - dilations (
List[List[int]]
, 可选, 默认为[[1, 8, 1], [1, 4, 1, 4], [1, 2, 1, 2, 1, 2], [1, 1, 1, 1, 1]]
) — Transformer编码器中每个NA层的扩张值。 - mlp_ratio (
float
, optional, 默认为 3.0) — MLP隐藏维度与嵌入维度的比率。 - qkv_bias (
bool
, optional, defaults toTrue
) — 是否应该向查询、键和值添加可学习的偏置。 - hidden_dropout_prob (
float
, optional, 默认为 0.0) — 嵌入层和编码器中所有全连接层的 dropout 概率。 - attention_probs_dropout_prob (
float
, optional, 默认为 0.0) — 注意力概率的丢弃比例。 - drop_path_rate (
float
, optional, 默认为 0.1) — 随机深度率. - hidden_act (
str
或function
, 可选, 默认为"gelu"
) — 编码器中的非线性激活函数(函数或字符串)。如果是字符串,支持"gelu"
,"relu"
,"selu"
和"gelu_new"
. - initializer_range (
float
, 可选, 默认为 0.02) — 用于初始化所有权重矩阵的截断正态初始化器的标准差。 - layer_norm_eps (
float
, optional, defaults to 1e-05) — 层归一化层使用的epsilon值。 - layer_scale_init_value (
float
, optional, 默认为 0.0) — 层比例的初始值。如果 <=0 则禁用。 - out_features (
List[str]
, 可选) — 如果用作骨干网络,输出特征的列表。可以是"stem"
,"stage1"
,"stage2"
等。 (取决于模型有多少个阶段)。如果未设置且out_indices
已设置,将默认为相应的阶段。如果未设置且out_indices
也未设置,将默认为最后一个阶段。必须与stage_names
属性中定义的顺序相同。 - out_indices (
List[int]
, optional) — 如果用作骨干网络,输出特征的索引列表。可以是0、1、2等(取决于模型有多少个阶段)。如果未设置且out_features
已设置,将默认为相应的阶段。如果未设置且out_features
也未设置,将默认为最后一个阶段。必须与stage_names
属性中定义的顺序相同。
这是用于存储DinatModel配置的配置类。它用于根据指定的参数实例化一个Dinat模型,定义模型架构。使用默认值实例化配置将产生与Dinat shi-labs/dinat-mini-in1k-224架构类似的配置。
配置对象继承自PretrainedConfig,可用于控制模型输出。阅读PretrainedConfig的文档以获取更多信息。
示例:
>>> from transformers import DinatConfig, DinatModel
>>> # Initializing a Dinat shi-labs/dinat-mini-in1k-224 style configuration
>>> configuration = DinatConfig()
>>> # Initializing a model (with random weights) from the shi-labs/dinat-mini-in1k-224 style configuration
>>> model = DinatModel(configuration)
>>> # Accessing the model configuration
>>> configuration = model.config
DinatModel
类 transformers.DinatModel
< source >( config add_pooling_layer = True )
参数
- config (DinatConfig) — 包含模型所有参数的模型配置类。 使用配置文件初始化不会加载与模型相关的权重,只会加载配置。查看 from_pretrained() 方法以加载模型权重。
裸的Dinat模型转换器输出原始隐藏状态,没有任何特定的头部。 该模型是PyTorch torch.nn.Module 的子类。将其用作常规的PyTorch模块,并参考PyTorch文档以获取与一般使用和行为相关的所有信息。
前进
< source >( pixel_values: typing.Optional[torch.FloatTensor] = None output_attentions: typing.Optional[bool] = None output_hidden_states: typing.Optional[bool] = None return_dict: typing.Optional[bool] = None ) → transformers.models.dinat.modeling_dinat.DinatModelOutput
或 tuple(torch.FloatTensor)
参数
- pixel_values (
torch.FloatTensor
of shape(batch_size, num_channels, height, width)
) — 像素值。像素值可以使用AutoImageProcessor获取。详情请参见ViTImageProcessor.call()。 - output_attentions (
bool
, 可选) — 是否返回所有注意力层的注意力张量。有关更多详细信息,请参见返回张量下的attentions
。 - output_hidden_states (
bool
, optional) — 是否返回所有层的隐藏状态。有关更多详细信息,请参见返回张量下的hidden_states
。 - return_dict (
bool
, 可选) — 是否返回一个 ModelOutput 而不是一个普通的元组。
返回
transformers.models.dinat.modeling_dinat.DinatModelOutput
或 tuple(torch.FloatTensor)
一个 transformers.models.dinat.modeling_dinat.DinatModelOutput
或一个由
torch.FloatTensor
组成的元组(如果传递了 return_dict=False
或当 config.return_dict=False
时),包含各种
元素,具体取决于配置(DinatConfig)和输入。
-
last_hidden_state (
torch.FloatTensor
形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)
) — 模型最后一层的隐藏状态序列。 -
pooler_output (
torch.FloatTensor
形状为(batch_size, hidden_size)
, 可选, 当传递add_pooling_layer=True
时返回) — 最后一层隐藏状态的平均池化。 -
hidden_states (
tuple(torch.FloatTensor)
, 可选, 当传递output_hidden_states=True
或当config.output_hidden_states=True
时返回) — 由torch.FloatTensor
组成的元组(一个用于嵌入的输出 + 一个用于每个阶段的输出),形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)
。模型在每层输出处的隐藏状态加上初始嵌入输出。
-
attentions (
tuple(torch.FloatTensor)
, 可选, 当传递output_attentions=True
或当config.output_attentions=True
时返回) — 由torch.FloatTensor
组成的元组(每个阶段一个),形状为(batch_size, num_heads, sequence_length, sequence_length)
。注意力权重在注意力 softmax 之后,用于计算自注意力头中的加权平均值。
-
reshaped_hidden_states (
tuple(torch.FloatTensor)
, 可选, 当传递output_hidden_states=True
或当config.output_hidden_states=True
时返回) — 由torch.FloatTensor
组成的元组(一个用于嵌入的输出 + 一个用于每个阶段的输出),形状为(batch_size, hidden_size, height, width)
。模型在每层输出处的隐藏状态加上初始嵌入输出,重新调整为包含空间维度。
DinatModel 的前向方法,重写了 __call__
特殊方法。
尽管前向传递的配方需要在此函数内定义,但之后应该调用Module
实例而不是这个,因为前者负责运行预处理和后处理步骤,而后者会默默地忽略它们。
示例:
>>> from transformers import AutoImageProcessor, DinatModel
>>> import torch
>>> from datasets import load_dataset
>>> dataset = load_dataset("huggingface/cats-image", trust_remote_code=True)
>>> image = dataset["test"]["image"][0]
>>> image_processor = AutoImageProcessor.from_pretrained("shi-labs/dinat-mini-in1k-224")
>>> model = DinatModel.from_pretrained("shi-labs/dinat-mini-in1k-224")
>>> inputs = image_processor(image, return_tensors="pt")
>>> with torch.no_grad():
... outputs = model(**inputs)
>>> last_hidden_states = outputs.last_hidden_state
>>> list(last_hidden_states.shape)
[1, 7, 7, 512]
DinatForImageClassification
类 transformers.DinatForImageClassification
< source >( config )
参数
- config (DinatConfig) — 包含模型所有参数的模型配置类。 使用配置文件初始化不会加载与模型相关的权重,只会加载配置。查看 from_pretrained() 方法以加载模型权重。
Dinat 模型转换器,顶部带有图像分类头(在 [CLS] 标记的最终隐藏状态之上的线性层),例如用于 ImageNet。
该模型是一个PyTorch torch.nn.Module 子类。将其作为常规的PyTorch模块使用,并参考PyTorch文档以获取与一般使用和行为相关的所有信息。
前进
< source >( pixel_values: typing.Optional[torch.FloatTensor] = None labels: typing.Optional[torch.LongTensor] = None output_attentions: typing.Optional[bool] = None output_hidden_states: typing.Optional[bool] = None return_dict: typing.Optional[bool] = None ) → transformers.models.dinat.modeling_dinat.DinatImageClassifierOutput
或 tuple(torch.FloatTensor)
参数
- pixel_values (
torch.FloatTensor
of shape(batch_size, num_channels, height, width)
) — 像素值。像素值可以使用AutoImageProcessor获取。详情请参见ViTImageProcessor.call()。 - output_attentions (
bool
, 可选) — 是否返回所有注意力层的注意力张量。有关更多详细信息,请参见返回张量中的attentions
。 - output_hidden_states (
bool
, optional) — 是否返回所有层的隐藏状态。有关更多详细信息,请参见返回张量下的hidden_states
。 - return_dict (
bool
, 可选) — 是否返回一个 ModelOutput 而不是一个普通的元组。 - labels (
torch.LongTensor
of shape(batch_size,)
, optional) — 用于计算图像分类/回归损失的标签。索引应在[0, ..., config.num_labels - 1]
范围内。如果config.num_labels == 1
,则计算回归损失(均方损失),如果config.num_labels > 1
,则计算分类损失(交叉熵)。
返回
transformers.models.dinat.modeling_dinat.DinatImageClassifierOutput
或 tuple(torch.FloatTensor)
一个 transformers.models.dinat.modeling_dinat.DinatImageClassifierOutput
或一个由
torch.FloatTensor
组成的元组(如果传递了 return_dict=False
或当 config.return_dict=False
时),包含各种
元素,具体取决于配置(DinatConfig)和输入。
-
loss (
torch.FloatTensor
形状为(1,)
, 可选, 当提供labels
时返回) — 分类(或回归,如果 config.num_labels==1)损失。 -
logits (
torch.FloatTensor
形状为(batch_size, config.num_labels)
) — 分类(或回归,如果 config.num_labels==1)得分(在 SoftMax 之前)。 -
hidden_states (
tuple(torch.FloatTensor)
, 可选, 当传递output_hidden_states=True
或当config.output_hidden_states=True
时返回) — 由torch.FloatTensor
组成的元组(一个用于嵌入的输出 + 一个用于每个阶段的输出),形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)
。模型在每层输出处的隐藏状态加上初始嵌入输出。
-
attentions (
tuple(torch.FloatTensor)
, 可选, 当传递output_attentions=True
或当config.output_attentions=True
时返回) — 由torch.FloatTensor
组成的元组(每个阶段一个),形状为(batch_size, num_heads, sequence_length, sequence_length)
。注意力 softmax 后的注意力权重,用于计算自注意力头中的加权平均值。
-
reshaped_hidden_states (
tuple(torch.FloatTensor)
, 可选, 当传递output_hidden_states=True
或当config.output_hidden_states=True
时返回) — 由torch.FloatTensor
组成的元组(一个用于嵌入的输出 + 一个用于每个阶段的输出),形状为(batch_size, hidden_size, height, width)
。模型在每层输出处的隐藏状态加上初始嵌入输出,重新调整为包含空间维度。
DinatForImageClassification 的前向方法,重写了 __call__
特殊方法。
尽管前向传递的配方需要在此函数内定义,但之后应该调用Module
实例而不是这个,因为前者负责运行预处理和后处理步骤,而后者会默默地忽略它们。
示例:
>>> from transformers import AutoImageProcessor, DinatForImageClassification
>>> import torch
>>> from datasets import load_dataset
>>> dataset = load_dataset("huggingface/cats-image", trust_remote_code=True)
>>> image = dataset["test"]["image"][0]
>>> image_processor = AutoImageProcessor.from_pretrained("shi-labs/dinat-mini-in1k-224")
>>> model = DinatForImageClassification.from_pretrained("shi-labs/dinat-mini-in1k-224")
>>> inputs = image_processor(image, return_tensors="pt")
>>> with torch.no_grad():
... logits = model(**inputs).logits
>>> # model predicts one of the 1000 ImageNet classes
>>> predicted_label = logits.argmax(-1).item()
>>> print(model.config.id2label[predicted_label])
tabby, tabby cat