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全局响应归一化GRN解析

全局响应归一化GRN解析

作者: 教训小磊 | 来源:发表于2023-07-22 15:31 被阅读0次

    全局响应归一化(Global Response Normalization,GRN)是ConvNeXtV2中提出的一种归一化方法,其实也就是一种注意力机制,跟视觉中常用的SEECA、CBAM的作用一样,就是对特征进行重标定。
    GRN的pytorch代码如下:

    import torch
    from torch import nn as nn
    
    
    class GlobalResponseNorm(nn.Module):
        """ Global Response Normalization layer
        """
        def __init__(self, dim, eps=1e-6, channels_last=True):
            super().__init__()
            self.eps = eps
            if channels_last:
                self.spatial_dim = (1, 2)
                self.channel_dim = -1
                self.wb_shape = (1, 1, 1, -1)
            else:
                self.spatial_dim = (2, 3)
                self.channel_dim = 1
                self.wb_shape = (1, -1, 1, 1)
    
            self.weight = nn.Parameter(torch.zeros(dim))
            self.bias = nn.Parameter(torch.zeros(dim))
    
        def forward(self, x):
            x_g = x.norm(p=2, dim=self.spatial_dim, keepdim=True)
            x_n = x_g / (x_g.mean(dim=self.channel_dim, keepdim=True) + self.eps)
            out=x + torch.addcmul(self.bias.view(self.wb_shape), self.weight.view(self.wb_shape), x * x_n)
            return out
    
    if __name__ == "__main__":
        net =  GlobalResponseNorm(dim=96,channels_last=False)
        x = torch.randn(5, 96, 112, 112)
        out = net(x)
    
    

    GRN主要由全局特征聚合、特征归一化和特征校准三部分组成。
    其中全局特征聚合的代码是:

    x_g = x.norm(p=2, dim=self.spatial_dim, keepdim=True)
    

    通过在H和W维度上使用L2范数,把空间特征聚合成为一个向量,其实也可以使用类似SE里的全局平均池化层,主要用于获取全局性的通道信息。

    特征归一化的代码是:

    x_n = x_g / (x_g.mean(dim=self.channel_dim, keepdim=True) + self.eps)
    

    用于计算当前通道相对于其他通道的相对重要性,其值在0~1之间,该方法类似于SE里的sigmoid输出。

    特征校准的代码是:

    out=x + torch.addcmul(self.bias.view(self.wb_shape), self.weight.view(self.wb_shape), x * x_n)
    

    这就是一个特征重标定的过程,特征归一化输出的其实是一个权重值,这个值载荷输入x相乘就能获得每个通道的重要程度,GRN中还加入了两个可学习参数weight和bias用于优化。
    同时GRN里还使用了跳跃连接,论文说是为了更好的地用于训练优化。

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