一種名為Caterpillar的純MLP架構,採用移位柱子串聯方式

Główne pojęcia

提出一種名為Caterpillar的純MLP架構,採用移位柱子串聯(SPC)模塊來有效地捕捉局部特徵,並與稀疏MLP(sMLP)模塊結合以聚合全局特徵,在小型和大型圖像分類任務上均取得出色的性能。

Streszczenie

本文提出了一種名為Caterpillar的純MLP架構,其核心在於引入了移位柱子串聯(SPC)模塊。SPC模塊包括兩個步驟:

1. 柱子移位(Pillars-Shift):將輸入圖像沿四個方向(上、下、左、右)移位,生成四個鄰近特徵圖。這樣可以將每個柱子的局部信息分解到四個不同的方向群組中。

2. 柱子串聯(Pillars-Concatenation):對這四個移位特徵圖分別進行線性變換,然後串聯起來,從而實現對每個柱子的局部特徵的精細和並行編碼。

Caterpillar架構將SPC模塊與稀疏MLP(sMLP)模塊結合,前者負責局部特徵建模,後者負責全局特徵聚合,從而在保持局部和全局信息平衡的同時,大幅降低了計算複雜度。

在小型圖像分類數據集上,Caterpillar系列模型均優於同類型的CNN、Transformer和MLP模型。在ImageNet-1K基準測試中,Caterpillar-B也取得了與最新SOTA方法相當的出色成績(83.7%)。此外,Caterpillar還展現了出色的可擴展性和遷移學習能力。

總的來說,Caterpillar提出了一種新穎的純MLP架構,通過SPC模塊有效地捕捉局部特徵,在各種圖像分類任務中均取得了出色的性能。

Statystyki

與標準卷積層相比,SPC模塊的參數量只有其4.5倍。
在CIFAR-10數據集上,Caterpillar-T的準確率達到97.10%,優於同類型的sMLPNet-T(96.87%)。
在ImageNet-1K數據集上,Caterpillar-B的top-1準確率達到83.7%,優於Wave-MLP-B(83.6%)和AS-MLP-B(83.3%)等最新SOTA MLP模型。

Cytaty

"SPC模塊採用了無窗口的方案,它通過四個線性濾波器並行地為所有柱子編碼局部特徵,比卷積層更精細和高效地利用了局部信息。"
"Caterpillar繼承了sMLPNet的優勢,明確地將局部和全局特徵建模分離,並利用SPC模塊取代了深度卷積層,成為一種新穎的純MLP架構。"

Kluczowe wnioski z

Caterpillar: A Pure-MLP Architecture with Shifted-Pillars-Concatenation

by Jin Sun, Xia... o arxiv.org 09-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2305.17644.pdf

Głębsze pytania

如何進一步提升SPC模塊的局部特徵建模能力,例如通過引入可變形卷積或自適應窗口機制?

要進一步提升Shifted-Pillars-Concatenation (SPC)模塊的局部特徵建模能力，可以考慮引入可變形卷積（Deformable Convolution）或自適應窗口機制（Adaptive Window Mechanism）。可變形卷積通過學習每個卷積核的形狀和位置，能夠靈活地捕捉物體的形狀變化，這對於處理具有複雜結構的圖像特別有效。這種方法可以與SPC模塊結合，通過在Pillars-Shift過程中引入可變形的移動策略，來增強對局部特徵的捕捉能力。
另一方面，自適應窗口機制可以根據圖像內容動態調整窗口大小和形狀，這樣可以在不同的上下文中更有效地聚合局部特徵。通過在Pillars-Concatenation過程中引入這種自適應性，SPC模塊可以更精確地聚合來自不同方向的特徵，從而提高整體性能。這些改進不僅能夠增強SPC的局部建模能力，還能減少冗餘信息的引入，進一步提升模型的表現。

Caterpillar是否可以與其他類型的全局特徵聚合模塊(如self-attention)相結合,以進一步提升性能?

是的，Caterpillar可以與其他類型的全局特徵聚合模塊，如self-attention機制相結合，以進一步提升性能。Caterpillar的設計已經充分考慮了局部和全局特徵的分離聚合，這使得它在處理局部特徵時表現出色。通過將self-attention模塊集成到Caterpillar架構中，可以在全局範圍內捕捉更長距離的依賴關係，這對於許多視覺任務來說是至關重要的。
具體來說，可以在Caterpillar的sMLP模塊中引入self-attention層，這樣在進行全局特徵聚合時，模型能夠考慮到所有特徵之間的相互關係。這種結合不僅能夠提高模型的表現，還能增強其對複雜場景的理解能力，特別是在需要捕捉全局上下文信息的任務中，如圖像分割和目標檢測等。

除了圖像分類,Caterpillar是否也可以應用於其他視覺任務,如目標檢測、語義分割等,並取得良好效果?

Caterpillar架構不僅限於圖像分類，還可以應用於其他視覺任務，如目標檢測和語義分割等，並取得良好效果。由於Caterpillar的設計強調了局部和全局特徵的有效聚合，這使得它在處理需要精細特徵識別的任務中具有優勢。
在目標檢測中，Caterpillar可以通過其SPC模塊有效地捕捉物體的邊緣和形狀特徵，並且在全局範圍內進行特徵融合，從而提高檢測的準確性。此外，Caterpillar的可擴展性使其能夠適應不同大小的輸入圖像，這對於多尺度物體檢測尤為重要。
在語義分割任務中，Caterpillar可以利用其強大的局部建模能力來精確地分割圖像中的不同區域。通過在分割網絡中集成Caterpillar，模型能夠更好地理解圖像的上下文信息，從而提高分割的精度。因此，Caterpillar在多種視覺任務中都展現出良好的適應性和性能。