注意力机制讲解与代码解析

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了注意力机制讲解与代码解析。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、SEBlock(通道注意力机制)

先在H*W维度进行压缩,全局平均池化将每个通道平均为一个值。
(B, C, H, W)---- (B, C, 1, 1)

利用各channel维度的相关性计算权重
(B, C, 1, 1) --- (B, C//K, 1, 1) --- (B, C, 1, 1) --- sigmoid

与原特征相乘得到加权后的。注意力机制讲解与代码解析,深度学习,人工智能

import torch
import torch.nn as nn

class SELayer(nn.Module):
    def __init__(self, channel, reduction = 4):
        super(SELayer, self).__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1) //自适应全局池化,只需要给出池化后特征图大小
        self.fc1 = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(channel, channel//reduction, 1, bias = False),
            nn.ReLu(implace = True),
            nn.Conv2d(channel//reduction, channel, 1, bias = False),
            nn.sigmoid()
        )
        
    def forward(self, x):
        y = self.avg_pool(x)
        y_out = self.fc1(y)
        return x * y_out

二、CBAM(通道注意力+空间注意力机制)

CBAM里面既有通道注意力机制,也有空间注意力机制。
通道注意力同SE的大致相同,但额外加入了全局最大池化与全局平均池化并行。注意力机制讲解与代码解析,深度学习,人工智能

空间注意力机制:先在channel维度进行最大池化和均值池化,然后在channel维度合并,MLP进行特征交融。最终和原始特征相乘。 注意力机制讲解与代码解析,深度学习,人工智能

import torch
import torch.nn as nn

class ChannelAttention(nn.Module):
    def __init__(self, channel, rate = 4):
        super(ChannelAttention, self).__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        self.max_pool = nn.AdaptiveMaxPool2d(1)
        self.fc1 = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(channel, channel//rate, 1, bias = False)
            nn.ReLu(implace = True)
            nn.Conv2d(channel//rate, channel, 1, bias = False)            
        )
        self.sig = nn.sigmoid()
    def forward(self, x):
        avg = sefl.avg_pool(x)
        avg_feature = self.fc1(avg)
        
        max = self.max_pool(x)
        max_feature = self.fc1(max)
        
        out = max_feature + avg_feature
        out = self.sig(out)
        return x * out
        
import torch
import torch.nn as nn

class SpatialAttention(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SpatialAttention, self).__init__()
        //(B,C,H,W)---(B,1,H,W)---(B,2,H,W)---(B,1,H,W)
        self.conv1 = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size = 3, padding = 1, bias = False)
        self.sigmoid = nn.sigmoid()

    def forward(self, x):
        mean_f = torch.mean(x, dim = 1, keepdim = True)
        max_f = torch.max(x, dim = 1, keepdim = True).values
        cat = torch.cat([mean_f, max_f], dim = 1)
        out = self.conv1(cat)
        return x*self.sigmod(out)

三、transformer里的注意力机制 

Scaled Dot-Product Attention

该注意力机制的输入是QKV。

1.先Q,K相乘。

2.scale

3.softmax

4.求output

注意力机制讲解与代码解析,深度学习,人工智能

import torch
import torch.nn as nn

class ScaledDotProductAttention(nn.Module):
    def __init__(self, scale):
        super(ScaledDotProductAttention, self)
        self.scale = scale
        self.softmax = nn.softmax(dim = 2)
    
    def forward(self, q, k, v):
        u = torch.bmm(q, k.transpose(1, 2))
        u = u / scale
        attn = self.softmax(u)
        output = torch.bmm(attn, v)
        return output

scale = np.power(d_k, 0.5)  //缩放系数为K维度的根号。
//Q  (B, n_q, d_q) , K (B, n_k, d_k)  V (B, n_v, d_v),Q与K的特征维度一定要一样。KV的个数一定要一样。

 MultiHeadAttention

将QKVchannel维度转换为n*C的形式,相当于分成n份,分别做注意力机制。

1.QKV单头变多头  channel ----- n * new_channel通过linear变换,然后把head和batch先合并

2.求单头注意力机制输出

3.维度拆分   将最终的head和channel合并。

4.linear得到最终输出维度

注意力机制讲解与代码解析,深度学习,人工智能文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-705447.html

import torch
import torch.nn as nn

class MultiHeadAttention(nn.Module):
    def __init__(self, n_head, d_k, d_k_, d_v, d_v_, d_o):
        super(MultiHeadAttention, self)
        self.n_head = n_head
        self.d_k = d_k
        self.d_v = d_v

        self.fc_k = nn.Linear(d_k_, n_head * d_k)
        self.fc_v = nn.Linear(d_v_, n_head * d_v)
        self.fc_q = nn.Linear(d_k_, n_head * d_k)
        self.attention = ScaledDotProductAttention(scale=np.power(d_k, 0.5))
        self.fc_o = nn.Linear(n_head * d_v, d_0)
    
    def forward(self, q, k, v):
        batch, n_q, d_q_ = q.size()
        batch, n_k, d_k_ = k.size()
        batch, n_v, d_v_ = v.size()
        
        q = self.fc_q(q)
        k = self.fc_k(k)
        v = self.fc_v(v)
        
        q = q.view(batch, n_q, n_head, d_q).permute(2, 0, 1, 3).contiguous().view(-1, n_q, d_q)
        k = k.view(batch, n_k, n_head, d_k).permute(2, 0, 1, 3).contiguous().view(-1, n_k, d_k)
        v = v.view(batch, n_v, n_head, d_v).permute(2, 0, 1, 3).contiguous().view(-1. n_v, d_v)    
        output = self.attention(q, k, v)
        output = output.view(n_head, batch, n_q, d_v).permute(1, 2, 0, 3).contiguous().view(batch, n_q, -1)
        output = self.fc_0(output)
        return output

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