ViT模型的出现标志着Transformer架构在计算机视觉中的成功应用

简介: ViT模型的出现标志着Transformer架构在计算机视觉中的成功应用

ViT模型的出现标志着Transformer架构在计算机视觉中的成功应用,以下是一个简要的实战与进阶解析:

 

### 实战:使用ViT进行图像分类

 

#### 步骤概述:

 

1. **准备数据**:

  - 首先,准备一个适当的图像分类数据集,如ImageNet,CIFAR-10等。确保数据集包含标签,用于监督学习。

 

2. **加载和预处理数据**:

  - 使用Python的图像处理库(如PIL)加载图像,并进行预处理,例如将图像缩放到模型所需的大小(通常为224x224或者384x384)。

 

3. **加载预训练的ViT模型**:

  - 在PyTorch或TensorFlow中,可以使用Hugging Face Transformers库或官方的模型库来加载预训练的ViT模型。常用的预训练模型包括ViT-B/32、ViT-L/16等,选择适合任务和资源限制的模型。

 

4. **微调ViT模型**:

  - 将加载的ViT模型进行微调以适应特定的图像分类任务。微调通常包括解冻最后几层,或者使用较小的学习率调整整个模型的权重。

 

5. **训练和评估模型**:

  - 使用训练集训练ViT模型,并在验证集上进行评估。监控模型在训练集和验证集上的准确率、损失值等指标。

 

6. **模型调优和测试**:

  - 根据验证集的表现调整超参数(如学习率、批量大小等),最终在测试集上评估模型的性能。

 

#### 进阶:ViT模型的特点和优势

 

- **全局感知**:ViT模型通过自注意力机制(self-attention)实现对整个图像的全局感知,而不是像传统卷积神经网络(CNN)一样依赖于局部滑动窗口。

 

- **可扩展性**:ViT模型在处理不同大小的图像时具有较好的可扩展性,只需微调输入和输出的层即可适应不同的图像尺寸。

 

- **适应多任务学习**:由于Transformer的结构和对比学习的特性,ViT模型可以轻松地扩展到多任务学习或零样本学习(zero-shot learning)等场景。

 

- **预训练和微调**:ViT模型在大规模图像数据上进行预训练,然后通过微调适应特定任务,这种方法使得模型能够更快速地收敛和适应新数据。

 

 

代码示例

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import layers, models, initializers
import numpy as np
 
 
class PatchEmbedding(layers.Layer):
    def __init__(self, patch_size, num_patches, embed_dim):
        super(PatchEmbedding, self).__init__()
        self.num_patches = num_patches
        self.proj = layers.Dense(embed_dim)
        self.cls_token = self.add_weight("cls_token", shape=[1, 1, embed_dim], initializer=initializers.Zeros())
        self.pos_embed = self.add_weight("pos_embed", shape=[1, num_patches + 1, embed_dim], initializer=initializers.Zeros())
 
    def call(self, x):
        batch_size, height, width, channels = x.shape
        patch_size_h, patch_size_w = height // self.num_patches, width // self.num_patches
        x = tf.image.extract_patches(x, sizes=[1, patch_size_h, patch_size_w, 1], strides=[1, patch_size_h, patch_size_w, 1], rates=[1, 1, 1, 1], padding='VALID')
        x = tf.reshape(x, [batch_size, -1, patch_size_h * patch_size_w * channels])
        x = self.proj(x)
 
        cls_tokens = tf.broadcast_to(self.cls_token, [batch_size, 1, self.proj.units])
        x = tf.concat([cls_tokens, x], axis=1)
        x += self.pos_embed
        return x
 
 
class MultiHeadSelfAttention(layers.Layer):
    def __init__(self, embed_dim, num_heads):
        super(MultiHeadSelfAttention, self).__init__()
        self.embed_dim = embed_dim
        self.num_heads = num_heads
        self.proj_qkv = layers.Dense(3 * embed_dim)
        self.proj_out = layers.Dense(embed_dim)
 
    def call(self, x):
        batch_size, num_patches, embed_dim = x.shape
        qkv = self.proj_qkv(x)
        q, k, v = tf.split(qkv, 3, axis=-1)
        q = self.split_heads(q)
        k = self.split_heads(k)
        v = self.split_heads(v)
        attention_scores = tf.einsum('bhqd,bhkd->bhqk', q, k) / tf.math.sqrt(float(embed_dim))
        attention_weights = tf.nn.softmax(attention_scores, axis=-1)
        attention_output = tf.einsum('bhqk,bhvd->bhqd', attention_weights, v)
        attention_output = self.combine_heads(attention_output)
        return self.proj_out(attention_output)
 
    def split_heads(self, x):
        batch_size, num_patches, embed_dim = x.shape
        depth = embed_dim // self.num_heads
        x = tf.reshape(x, [batch_size, num_patches, self.num_heads, depth])
        return tf.transpose(x, perm=[0, 2, 1, 3])
 
    def combine_heads(self, x):
        batch_size, num_heads, num_patches, depth = x.shape
        x = tf.transpose(x, perm=[0, 2, 1, 3])
        return tf.reshape(x, [batch_size, num_patches, num_heads * depth])
 
 
class TransformerBlock(layers.Layer):
    def __init__(self, embed_dim, num_heads, mlp_dim, dropout_rate):
        super(TransformerBlock, self).__init__()
        self.mha = MultiHeadSelfAttention(embed_dim, num_heads)
        self.mlp = models.Sequential([
            layers.Dense(mlp_dim, activation=tf.nn.gelu),
            layers.Dense(embed_dim)
        ])
        self.layernorm1 = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)
        self.layernorm2 = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)
        self.dropout1 = layers.Dropout(dropout_rate)
        self.dropout2 = layers.Dropout(dropout_rate)
 
    def call(self, x, training):
        attn_output = self.mha(self.layernorm1(x))
        attn_output = self.dropout1(attn_output, training=training)
        out1 = x + attn_output
        mlp_output = self.mlp(self.layernorm2(out1))
        mlp_output = self.dropout2(mlp_output, training=training)
        return out1 + mlp_output
 
 
def create_vit_model(input_shape, patch_size, num_layers, num_patches, embed_dim, num_heads, mlp_dim, num_classes, dropout_rate):
    inputs = layers.Input(shape=input_shape)
    x = PatchEmbedding(patch_size, num_patches, embed_dim)(inputs)
 
    for _ in range(num_layers):
        x = TransformerBlock(embed_dim, num_heads, mlp_dim, dropout_rate)(x)
 
    x = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)(x)
    x = x[:, 0]
    x = layers.Dense(num_classes)(x)
 
    model = models.Model(inputs=inputs, outputs=x)
    return model
 
 
# 超参数
input_shape = (224, 224, 3)
patch_size = 16
num_layers = 12
num_patches = (input_shape[0] // patch_size) * (input_shape[1] // patch_size)
embed_dim = 768
num_heads = 12
mlp_dim = 3072
num_classes = 10
dropout_rate = 0.1
 
vit_model = create_vit_model(input_shape, patch_size, num_layers, num_patches, embed_dim, num_heads, mlp_dim, num_classes, dropout_rate)
vit_model.compile(optimizer='adam', loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy'])
 
vit_model.summary()

### 结论

 

ViT作为一种新兴的计算机视觉模型,不仅仅在图像分类任务上表现出色,还为未来的多模态任务(如图像描述生成、视觉问答等)提供了新的思路和可能性。随着对Transformer架构的理解深入和计算资源的增加,ViT模型及其衍生变体有望在更广泛的视觉任务中发挥重要作用。

目录
相关文章
|
2月前
|
人工智能 测试技术 数据处理
首个Mamba+Transformer混合架构多模态大模型来了,实现单卡千图推理
【10月更文挑战第18天】《LongLLaVA: Scaling Multi-modal LLMs to 1000 Images Efficiently via Hybrid Architecture》提出了一种新型多模态大模型LongLLaVA,结合了Mamba和Transformer架构,通过系统优化实现在单张A100 80GB GPU上处理近千张图像的突破。该模型在视频理解、高分辨率图像分析和多模态智能体任务中表现出色,显著提升了计算效率。
154 64
|
2月前
|
存储 分布式计算 API
大数据-107 Flink 基本概述 适用场景 框架特点 核心组成 生态发展 处理模型 组件架构
大数据-107 Flink 基本概述 适用场景 框架特点 核心组成 生态发展 处理模型 组件架构
85 0
|
21天前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 C++
TSMamba:基于Mamba架构的高效时间序列预测基础模型
TSMamba通过其创新的架构设计和训练策略,成功解决了传统时间序列预测模型面临的多个关键问题。
68 4
TSMamba:基于Mamba架构的高效时间序列预测基础模型
|
2月前
|
机器学习/深度学习 网络架构 计算机视觉
目标检测笔记(一):不同模型的网络架构介绍和代码
这篇文章介绍了ShuffleNetV2网络架构及其代码实现,包括模型结构、代码细节和不同版本的模型。ShuffleNetV2是一个高效的卷积神经网络,适用于深度学习中的目标检测任务。
81 1
目标检测笔记(一):不同模型的网络架构介绍和代码
|
19天前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 计算机视觉
探索深度学习中的Transformer架构
探索深度学习中的Transformer架构
34 0
|
26天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 自然语言处理
Tokenformer:基于参数标记化的高效可扩展Transformer架构
本文是对发表于arXiv的论文 "TOKENFORMER: RETHINKING TRANSFORMER SCALING WITH TOKENIZED MODEL PARAMETERS" 的深入解读与扩展分析。主要探讨了一种革新性的Transformer架构设计方案,该方案通过参数标记化实现了模型的高效扩展和计算优化。
95 0
|
3月前
|
机器学习/深度学习
ACM MM24:复旦提出首个基于扩散模型的视频非限制性对抗攻击框架,主流CNN和ViT架构都防不住它
【9月更文挑战第23天】复旦大学研究团队提出了ReToMe-VA,一种基于扩散模型的视频非限制性对抗攻击框架,通过时间步长对抗性潜在优化(TALO)与递归令牌合并(ReToMe)策略,实现了高转移性且难以察觉的对抗性视频生成。TALO优化去噪步骤扰动,提升空间难以察觉性及计算效率;ReToMe则确保时间一致性,增强帧间交互。实验表明,ReToMe-VA在攻击转移性上超越现有方法,但面临计算成本高、实时应用受限及隐私安全等挑战。[论文链接](http://arxiv.org/abs/2408.05479)
77 3
|
2月前
|
机器学习/深度学习 人工智能
【AI大模型】深入Transformer架构:编码器部分的实现与解析(下)
【AI大模型】深入Transformer架构:编码器部分的实现与解析(下)
|
2月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 自然语言处理
【AI大模型】BERT模型:揭秘LLM主要类别架构(上)
【AI大模型】BERT模型:揭秘LLM主要类别架构(上)
|
3月前
|
机器学习/深度学习 数据采集
详解Diffusion扩散模型:理论、架构与实现
【9月更文挑战第23天】扩散模型(Diffusion Models)是一类基于随机过程的深度学习模型,通过逐步加噪和去噪实现图像生成,在此领域表现优异。模型分正向扩散和反向生成两阶段:前者从真实数据加入噪声至完全噪音,后者则学习从噪声中恢复数据,经由反向过程逐步还原生成清晰图像。其主要架构采用U-net神经网络,实现过程中需数据预处理及高斯噪声添加等步骤,最终通过模型逆向扩散生成新数据,具有广泛应用前景。

热门文章

最新文章