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概述 众所周知，尽管基于Attention机制的Transformer类模型有着良好的并行性能，但它的空间和时间复杂度都是 \(\mathcal{O}(n^2)\) 级别的， \(n\) 是序列长度，所以当 \(n\) 比较大时Transformer模型的计算量难以承受。近来，也有不少工作致力于降低Transformer模型的计算量，比如模型剪枝、量化、蒸馏等精简技术，又或者修改Attention结构，使得其复杂度能降低到 \(\mathcal{O}(n\log n)\) 甚至 \(\mathcal{O}(n)\) 。 改变这一复杂度的思路主要有两种： 一是走稀疏化的思路，比如OpenAI的 Sparse Attention ，通过“只保留小区域内的数值、强制让大部分注意力为零”的方式，来减少Attention的计算量。经过特殊设计之后，Attention矩阵的大部分元素都是0，因此理论上它也能节省显存占用量和计算量。后续类似工作还有 《Explicit Sparse Transformer: Concentrated Attention Through Explicit...

Attention 当前最流行的Attention机制当属 Scaled-Dot Attention，形式为 \[\begin{equation}Attention(\boldsymbol{Q},\boldsymbol{K},\boldsymbol{V}) = softmax\left(\boldsymbol{Q}\boldsymbol{K}^{\top}\right)\boldsymbol{V}\tag{1}\end{equation}\] 这里的 \(\boldsymbol{Q}\in\mathbb{R}^{n\times d_k}, \boldsymbol{K}\in\mathbb{R}^{m\times d_k}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{m\times d_v}\) ，简单起见我们就没显式地写出Attention的缩放因子了。本文我们主要关心Self Attention场景，所以为了介绍上的方便统一设 \(\boldsymbol{Q}, \boldsymbol{K}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{n\times...

Attention 当前最流行的Attention机制当属 Scaled-Dot Attention，形式为 \[\begin{equation}Attention(\boldsymbol{Q},\boldsymbol{K},\boldsymbol{V}) = softmax\left(\boldsymbol{Q}\boldsymbol{K}^{\top}\right)\boldsymbol{V}\tag{1}\end{equation}\] 这里的 \(\boldsymbol{Q}\in\mathbb{R}^{n\times d_k}, \boldsymbol{K}\in\mathbb{R}^{m\times d_k}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{m\times d_v}\) ，简单起见我们就没显式地写出Attention的缩放因子了。本文我们主要关心Self Attention场景，所以为了介绍上的方便统一设 \(\boldsymbol{Q}, \boldsymbol{K}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{n\times...

概述 SSM的概念由来已久，但这里我们特指深度学习中的SSM，一般认为其开篇之作是2021年的 S4 ，不算太老，而SSM最新最火的变体大概是 Mamba 。当然，当我们谈到SSM时，也可能泛指一切线性RNN模型，这样 RWKV 、 RetNet 还有此前LRU都可以归入此类。不少SSM变体致力于成为Transformer的竞争者，尽管笔者并不认为有完全替代的可能性，但SSM本身优雅的数学性质也值得学习一番。 尽管我们说SSM起源于S4，但在S4之前，SSM有一篇非常强大的奠基之作 《HiPPO: Recurrent Memory with Optimal Polynomial Projections》 （简称HiPPO），所以本文从HiPPO开始说起。 另外值得一提的是，SSM代表作HiPPO、S4、Mamba的一作都是 Albert Gu ，他还有很多篇SSM相关的作品，毫不夸张地说，这些工作筑起了SSM大厦的基础。不论SSM前景如何，这种坚持不懈地钻研同一个课题的精神都值得我们由衷地敬佩。 今天，基本上你能叫出的任何语言模型都是 Transformer 模型。OpenAI 的...

概述 本文模型脉络图 本文介绍一个比较有意思的高效Transformer工作——来自Google的 《Transformer Quality in Linear Time》 , 什么样的结果值得我们用“惊喜”来形容？有没有言过其实？我们不妨先来看看论文做到了什么： 提出了一种新的Transformer变体，它依然具有二次的复杂度，但是相比标准的Transformer，它有着更快的速度、更低的显存占用以及更好的效果； 提出一种新的线性化Transformer方案，它不但提升了原有线性Attention的效果，还保持了做Decoder的可能性，并且做Decoder时还能保持高效的训练并行性。 说实话，笔者觉得做到以上任意一点都是非常难得的，而这篇论文一下子做到了两点，所以我愿意用“惊喜满满”来形容它。更重要的是，论文的改进总的来说还是比较自然和优雅的，不像很多类似工作一样显得很生硬。此外，笔者自己也做了简单的复现实验，结果显示论文的可复现性应该是蛮好的，所以真的有种“Transformer危矣”的感觉了。 门控注意（Gated Attention Unit）...

Attention 当前最流行的Attention机制当属 Scaled-Dot Attention，形式为 \[Attention(\boldsymbol{Q},\boldsymbol{K},\boldsymbol{V}) = softmax\left(\boldsymbol{Q}\boldsymbol{K}^{\top}\right)\boldsymbol{V}\tag{1}\] 这里的 \(\boldsymbol{Q}\in\mathbb{R}^{n\times d_k}, \boldsymbol{K}\in\mathbb{R}^{m\times d_k}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{m\times d_v}\) ，简单起见我们就没显式地写出Attention的缩放因子了。本文我们主要关心Self Attention场景，所以为了介绍上的方便统一设 \(\boldsymbol{Q}, \boldsymbol{K}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{n\times d}\) ，一般场景下都有 \(n > d\) 甚至...

朗之万动力学(Langevin Dynamics)是扩散模型和score matching方法中的采样过程，是文本生成图像中的一个重要步骤。想要洞悉文生图的基本原理，朗之万动力学是绕不开的话题。 朗之万动力学原理简介 本文的主要内容是基于以下教程： Tutorial on Diffusion Models for Imaging and Vision 此教程写的非常好，非常推荐大家学习。教程的语言风格也很亲切，时不时地蹦出诸如“这是地球人能想出来的公式？”这样的话，为你枯燥的学习过程增添些许趣味。 朗之万动力学(Langevin Dynamics)是扩散模型和score matching方法中的采样过程，是文本生成图像中的一个重要步骤。想要洞悉文生图的基本原理，朗之万动力学是绕不开的话题。 给定一个已知的概率分布 \(p(x)\) ，我们的目标是采样出概率密度更大的那些样本。解决这个问题有多种方法，比如生成伪随机均匀分布，然后用概率分布变换的方法；或者用马尔可夫链蒙特卡洛方法(MCMC)。而朗之万动力学给出的方法是这样： 随机选取空间中一个点(这是很简单的，采用高斯生成与 \(x\)...

如果把 近几年对比学习在视觉领域有代表性的工作做一下总结，那么对比学习的发展历程大概可以分为四个阶段： 百花齐放 这个阶段代表性工作有InstDisc（instance discrimination，）、CPC、CMC等。在这个阶段中，方法、模型、目标函数、代理任务都还没有统一，所以说是一个百花齐放的时代 CV双雄 代表作有MoCo v1、SimCLR v1、MoCo v2、SimCLR v2；CPC、CMC的延伸工作、SwAV等。这个阶段发展非常迅速，有的工作间隔甚至不到一个月，ImageNet上的成绩基本上每个月都在被刷新。 不用负样本 BYOL及其改进工作、SimSiam（CNN在对比学习中的总结性工作） transformer MoCo v3、DINO。这个阶段，无论是对比学习还是最新的掩码学习，都是用Vision Transformer做的。 第一阶段：百花齐放（2018-2019Mid） InstDisc（instance discrimination） 这篇文章提出了个体判别任务（代理任务）以及 memory bank ，非常经典，后人给它的方法起名为InstDisc。...

DINO Emerging Properties in Self-Supervised Vision Transformers 论文地址： arxiv.org/pdf/2104.14294 DINO摇摆到了动量式更新，果然【加动量】还是比【只用梯度停止】香。DINO的名字来自于Self- di stillation with no labels中的蒸馏和No标签。 DINO的训练步骤 其实以前的对比学习方案也可以理解为知识蒸馏，DINO里更具体得描述了知识蒸馏的含义。 下图展示了一个样本通过数据增强得到一对views \((x_1,x_2)\) 。注意DINO后面还会使用更复杂的裁剪和对比方案，但这里简单起见先不考虑那些。模型将输入图像的两种不同的随机变换 \(x_1\) 和 \(x_2\) 分别传递给学生和教师网络。 这两个网络具有相同的架构，但参数不同 。教师网络的输出以batch内计算的平均值，进行中心化（减去均值）。每个网络输出一个 \(K\)...

Self-Supervised Learning ，又称为自监督学习，我们知道一般机器学习分为有监督学习，无监督学习和强化学习。 而 Self-Supervised Learning 是无监督学习里面的一种，主要是希望能够学习到一种 通用的特征表达 用于 下游任务 (Downstream Tasks) 。 其主要的方式就是通过自己监督自己。作为代表作的 kaiming 的 MoCo 引发一波热议， Yann Lecun也在 AAAI 上讲 Self-Supervised Learning 是未来的大势所趋。所以在这个系列中，我会系统地解读 Self-Supervised Learning 的经典工作。 总结下 Self-Supervised Learning 的方法，用 4 个英文单词概括一下就是： Unsupervised Pre-train, Supervised Fine-tune. 这段话先放在这里，可能你现在还不一定完全理解，后面还会再次提到它。 在预训练阶段我们使用 无标签的数据集 (unlabeled data) ，因为有标签的数据集 很贵...

总结下 Self-Supervised Learning 的方法，用 4 个英文单词概括一下就是： Unsupervised Pre-train, Supervised Fine-tune. 在预训练阶段我们使用 无标签的数据集 (unlabeled data) ，因为有标签的数据集 很贵 ，打标签得要多少人工劳力去标注，那成本是相当高的，所以这玩意太贵。相反，无标签的数据集网上随便到处爬，它 便宜 。在训练模型参数的时候，我们不追求把这个参数用带标签数据从 初始化的一张白纸 给一步训练到位，原因就是数据集太贵。于是 Self-Supervised Learning 就想先把参数从 一张白纸 训练到 初步成型 ，再从 初步成型 训练到 完全成型 。注意这是2个阶段。这个 训练到初步成型的东西 ，我们把它叫做 Visual Representation 。预训练模型的时候，就是模型参数从 一张白纸 到 初步成型 的这个过程，还是用无标签数据集。等我把模型参数训练个八九不离十，这时候再根据你 下游任务 (Downstream Tasks) 的不同去用带标签的数据集把参数训练到 完全成型...

补充知识 表示学习 （Representation Learning）： 学习数据的表征，以便在构建分类器或其他预测器时更容易提取有用的信息 ，无监督学习也属于表示学习。 互信息 （Mutual Information）：表示两个变量 \(X\) 和 \(Y\) 之间的关系，定义为： \[I(X;Y)=\sum_{x\in X}\sum_{y\in Y}p(x,y)log\frac{p(x|y)}{p(x)}\] 对比损失(contrastive loss) ：计算成对样本的匹配程度，主要用于降维中。计算公式为： \[L=\frac{1}{2N}\sum_{n-1}^N[yd^2+(1-y)max(margin-d, 0)^2]\] 其中, \(d=\sqrt{(a_n-b_n)^2}\) 为两个样本的欧式距离， \(y=\{0,1\}\) 代表两个样本的匹配程度， \(margin\) 代表设定的阈值。这种损失函数可以很好的表达成对样本的匹配程度，也能够很好用于训练提取特征的模型。当 \( y=1\) （即样本相似）时，损失函数只剩下 \(∑d^2\)...