self attention机制

主要思想：CNN中的 convolution单元每次只关注邻域 kernel size 的区域，就算后期感受野越来越大，终究还是局部区域的运算，这样就忽略了全局其他片区（比如很远的像素）对当前区域的贡献。图示如下：

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• 首先对输入的 feature map (inputs) 进行三个卷积操作（都是 1X1 卷积，因为要保证图片的weight和height在整个过程中保持不变，然后得到图中的f(x),g(x),h(x),然后将f(x),g(x),分别reshape再将f(x)转置形状变成(batch_size,HW,C)和（batch_size,C,WH）后经过matmul和softmax激活成为（1,HW,HW）即得到所说的attenton了。最后将h(x）经过reshape变成（batch_size,HW,C）相乘后就变成（batch_size,HW,C），经过reshape就可以得到原来形状的图。

主要代码：inputs就是上面处理后得到的四维tensor。

    inputs_shape = inputs.get_shape().as_list()
    batchsize, height, width, C = inputs_shape[0], inputs_shape[1], inputs_shape[2], inputs_shape[3]
    filter = tf.Variable(tf.truncated_normal([1, 1, C, 1], dtype=tf.float32, stddev=0.1), name='weights')
    filter1 = tf.Variable(tf.truncated_normal([1, 1, C, C], dtype=tf.float32, stddev=0.1), name='weights1')
    query_conv = tf.nn.conv2d(inputs, filter, strides=[1, 1, 1, 1], padding='VALID')
    print(query_conv)
    key_conv = tf.nn.conv2d(inputs, filter, strides=[1, 1, 1, 1], padding='VALID')
    value_conv = tf.nn.conv2d(inputs, filter1, strides=[1, 1, 1, 1], padding='VALID')
    proj_query = tf.reshape(query_conv, [batchsize, width * height, -1])
    proj_key = tf.transpose((tf.reshape(key_conv, [batchsize, width * height, -1])), perm=[0, 2, 1])
    energy = tf.matmul(proj_query, proj_key)
    attention = tf.nn.softmax(energy)
    proj_value = tf.reshape(value_conv, [batchsize, width * height, -1])
    out = tf.matmul(attention, proj_value)
    out = tf.reshape(out, [batchsize, height, width, C])

实现过程中在out输出中加入batch_normalization效果会更好一点.

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原图是:

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