SeNet || 注意力机制——源代码+注释

1 SeNet介绍

• SENet是Squeeze-and-Excitation Networks的简称，由Momenta公司所作并发于2017CVPR，论文中的SENet赢得了ImageNet最后一届（ImageNet 2017）的图像识别冠军
• SENet主要是学习了channel之间的相关性，筛选出了针对通道的注意力，稍微增加了一点计算量，但是效果比较好。
• 通过学习的方式来自动获取到每个特征通道的重要程度，然后依照这个重要程度去提升有用的特征，并抑制对当前任务用处不大的特征。
• Se模块思想简单，易于实现，很容易加载到现有的网络模型框架中。

2 SeNet优点

• 增加少量的参数，并能够在一定程度上提高模型的准确率。
• 是在ResNet的基础上建立的策略，创新点好，很适合自己创作新模型刷高准确率。
• 很方便插入到自己的深度神经网络模型中，以提高模型的准确性。

3 Se模块的具体介绍

1. Sequeeze：顺着空间维度（channel）来进行特征压缩，将每个二维的特征通道变成一个实数，这个实数某种程度上具有全局的感受野,并且输出的维度和输入的特征通道数相匹配。它表征着在特征通道上响应的全局分布,且使得靠近输入的层也可以获得全局的感受野。
   具体操作（和代码里面的数字是一一对应的）：对原特征图50×512×7×7进行global average pooling,然后得到了一个50×512×1×1大小的特征图，这个特征图具有全局感受野。
2. Excitation ：输出的50×512×1×1特征图，经过两个全连接神经网络，最后用一 个类似于循环神经网络中门的机制，通过参数来为每个特征通道生成权重，中参数被学习用来显式地建模特征通道间的相关性(论文中使用的是sigmoid)。50×512×1×1变成50×512 / 16×1×1，最后再还原回来：50×512×1×1
3. 特征重标定：使用Excitation得到的结果作为权重,然后通过乘法逐通道加权到U的C个通道上（50×512×1×1通过expand_as得到50×512×7×7）, 完成在通道维度上对原始特征的重标定，并作为下一级的输入数据。

class SELayer(nn.Module):
    def __init__(self, channel, reduction=16):
        super(SELayer, self).__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        self.fc = nn.Sequential(
            nn.Linear(channel, channel // reduction, bias=False),
            nn.ReLU(inplace=True),
            nn.Linear(channel // reduction, channel, bias=False),
            nn.Sigmoid()
        )

    def forward(self, x):
        b, c, _, _ = x.size()
        y = self.avg_pool(x).view(b, c)
        y = self.fc(y).view(b, c, 1, 1)
        return x * y.expand_as(x)

4 完整代码

import numpy as np
import torch
from torch import nn
from torch.nn import init


class SEAttention(nn.Module):

    def __init__(self, channel=512, reduction=16):
        super().__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)  # 全局均值池化  输出的是c×1×1
        self.fc = nn.Sequential(
            nn.Linear(channel, channel // reduction, bias=False),  # channel // reduction代表通道压缩
            nn.ReLU(inplace=True),
            nn.Linear(channel // reduction, channel, bias=False),  # 还原
            nn.Sigmoid()
        )

    def init_weights(self):
        for m in self.modules():
            print(m)  # 没运行到这儿
            if isinstance(m, nn.Conv2d):  # 判断类型函数——：m是nn.Conv2d类吗？
                init.kaiming_normal_(m.weight, mode='fan_out')
                if m.bias is not None:
                    init.constant_(m.bias, 0)
            elif isinstance(m, nn.BatchNorm2d):
                init.constant_(m.weight, 1)
                init.constant_(m.bias, 0)
            elif isinstance(m, nn.Linear):
                init.normal_(m.weight, std=0.001)
                if m.bias is not None:
                    init.constant_(m.bias, 0)

    def forward(self, x):
        b, c, _, _ = x.size()  # 50×512×7×7
        y = self.avg_pool(x).view(b, c)  # ① maxpool之后得：50×512×1×1 ② view形状得到50×512
        y = self.fc(y).view(b, c, 1, 1)  # 50×512×1×1
        return x * y.expand_as(x)  # 根据x.size来扩展y


if __name__ == '__main__':
    input = torch.randn(50, 512, 7, 7)
    se = SEAttention(channel=512, reduction=8)  # 实例化模型se
    output = se(input)
    print(output.shape)