Vision Transformers (ViTs) have shown impressive performance but still require a high computation cost as compared to convolutional neural networks (CNNs), one reason is that ViTs' attention measures global similarities and thus has a quadratic complexity with the number of input tokens. Existing efficient ViTs adopt local attention (e.g., Swin) or linear attention (e.g., Performer), which sacrifice ViTs' capabilities of capturing either global or local context. In this work, we ask an important research question: Can ViTs learn both global and local context while being more efficient during inference? To this end, we propose a framework called Castling-ViT, which trains ViTs using both linear-angular attention and masked softmax-based quadratic attention, but then switches to having only linear angular attention during ViT inference. Our Castling-ViT leverages angular kernels to measure the similarities between queries and keys via spectral angles. And we further simplify it with two techniques: (1) a novel linear-angular attention mechanism: we decompose the angular kernels into linear terms and high-order residuals, and only keep the linear terms; and (2) we adopt two parameterized modules to approximate high-order residuals: a depthwise convolution and an auxiliary masked softmax attention to help learn both global and local information, where the masks for softmax attention are regularized to gradually become zeros and thus incur no overhead during ViT inference. Extensive experiments and ablation studies on three tasks consistently validate the effectiveness of the proposed Castling-ViT, e.g., achieving up to a 1.8% higher accuracy or 40% MACs reduction on ImageNet classification and 1.2 higher mAP on COCO detection under comparable FLOPs, as compared to ViTs with vanilla softmax-based attentions.


翻译:视觉Transformer(ViTs)已展现出令人印象深刻的性能,但与卷积神经网络(CNNs)相比,其仍需要较高的计算成本。原因之一是ViT的注意力机制度量全局相似性,因此具有与输入令牌数量相关的二次复杂度。现有的高效ViT采用局部注意力(如Swin)或线性注意力(如Performer),但这牺牲了ViT捕获全局或局部上下文的能力。在这项工作中,我们提出一个重要研究问题:ViT能否在推理时更高效的同时,学习全局和局部上下文?为此,我们提出了一个名为Castling-ViT的框架,该框架在训练时使用线性角注意力和基于掩码softmax的二次注意力来训练ViT,但在ViT推理时切换为仅使用线性角注意力。我们的Castling-ViT利用角核通过谱角来度量查询和键之间的相似性。我们通过两种技术进一步简化了它:(1)一种新颖的线性角注意力机制:我们将角核分解为线性项和高阶残差,并仅保留线性项;(2)我们采用两个参数化模块来近似高阶残差:一个深度卷积和一个辅助的掩码softmax注意力,以帮助学习全局和局部信息,其中softmax注意力的掩码被正则化以逐渐变为零,因此在ViT推理时不产生额外开销。在三个任务上进行的大量实验和消融研究一致验证了所提出的Castling-ViT的有效性,例如,与使用传统基于softmax注意力的ViT相比,在ImageNet分类上实现了高达1.8%的准确率提升或40%的MACs减少,在可比FLOPs下在COCO检测上实现了1.2的mAP提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
34+阅读 · 2022年12月20日
Arxiv
15+阅读 · 2022年1月24日
VIP会员
最新内容
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:54
高效视频扩散模型:进展与挑战
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:34
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
6+阅读 · 今天6:14
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:59
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:51
《提升生成模型的安全性与保障》博士论文
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:47
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
13+阅读 · 4月19日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员