ViLT 模型结构

### ViLT 模型架构详解 ViLT（Vision-and-Language Transformer）是一种基于Transformer的多模态模型，旨在统一处理视觉和语言任务。以下是其主要组成部分及其功能： #### 1. **轻量级视觉输入嵌入** 为了减少计算复杂度并提高效率，ViLT采用了一种简单的线性投影方法来嵌入图像补丁（patches）。这种方法避免了传统卷积神经网络（CNNs）作为视觉特征提取器的需求，从而显著降低了计算开销[^4]。 #### 2. **拼接后的向量表示** 在ViLT中，文本和图像被分别编码成固定长度的向量序列，并通过一种特殊的方式进行拼接。具体来说，经过预处理的文本和图像数据会被转换为具有相同维度的向量形式，最终形成形状为 `[batch_size, text_max_length + 145, 768]` 的张量[^5]。这种设计使得两种不同类型的输入能够无缝融合到同一个Transformer框架下。 #### 3. **Encoder 层的设计** ViLT 的 Encoder 部分遵循 Vision Transformers (ViT) 的经典布局，主要包括以下几个子模块： - **自注意力机制**: 实现于 `ViltSelfAttention` 和 `ViltSelfOutput` 中，负责捕捉全局上下文中各个 token 之间的关系。 - **交叉注意机制**: 第一次黄色加绿色区域对应于此阶段 (`ViltAttention`) ，允许视觉与文字之间相互作用。 - **前馈网络(FFN)**: 黄色加上蓝色部分构成了标准 MLP 结构(`ViltMLP`) ,进一步增强了表达能力。 值得注意的是，由于引入了专门定制化的 Layer ——即所谓的 “VlitLayer”, 用户可以根据实际需求灵活调整堆叠层数以适应不同的应用场景. #### 4. **训练技巧的影响分析** 从实验结果来看，某些常见的 NLP 或 CV 技巧对提升 ViLT 性能的效果并不一致: - Whole Word Masking(WWM): 对整体表现有所改善但幅度较小. - Masked Patch Prediction(MPP): 尝试利用该目标函数改进图片理解效果不佳因此未继续沿用 . - Random Augmentation(RandAugment): 显示出了较为明显的正面贡献.[^3] 综上所述,VILT 不仅继承了 transformer 在单一领域内的强大优势还创造性地解决了跨媒体间协作难题. ```python class ViltModel(nn.Module): def __init__(self, config): super().__init__() self.text_embeddings = nn.Embedding(config.vocab_size, config.hidden_size) self.patch_embeddings = nn.Linear(config.image_patch_dim, config.hidden_size) encoder_layer = nn.TransformerEncoderLayer( d_model=config.hidden_size, nhead=config.num_attention_heads, dim_feedforward=config.intermediate_size, dropout=config.hidden_dropout_prob ) self.encoder = nn.TransformerEncoder(encoder_layer, num_layers=config.num_hidden_layers) def forward(self, input_ids, pixel_values): # Text embeddings text_embeds = self.text_embeddings(input_ids) # Image patch embeddings batch_size, _, height, width = pixel_values.shape patches = rearrange(pixel_values, 'b c (h p1) (w p2) -> b (h w) (p1 p2 c)', p1=16, p2=16) image_embeds = self.patch_embeddings(patches) # Concatenate and encode combined_embeds = torch.cat([text_embeds, image_embeds], dim=1) output = self.encoder(combined_embeds.permute(1, 0, 2)) return output.permute(1, 0, 2) ``` 上述代码片段展示了如何构建一个基本版本的 ViLT 模型，其中包含了文本和图像的嵌入过程以及后续的 Transformer 编码操作。 ---