论文阅读—— BiFormer(cvpr2023)

论文：https://arxiv.org/abs/2303.08810

github：GitHub - rayleizhu/BiFormer: [CVPR 2023] Official code release of our paper "BiFormer: Vision Transformer with Bi-Level Routing Attention"

一、介绍

1、要解决的问题：transformers可以捕捉长期依赖，但是它具有很高的计算复杂性，并占用大量内存。

2、之前研究者解决这个问题的做法，一般都是稀疏注意力：

1）基于手动设计的稀疏模式：在局部窗口或空洞窗口的限制注意力

2）使得稀疏性可以自适应于数据

上面这些方法使用不同的策略融合或者选择和查询无关的键值token，这些token对所有查询共享。但是根据VIT和DETR的可视化结果，不同语义区域的查询对应不同的键值对。

3、所以作者的方法是动态的、查询相关的query-aware，找到最有相关性的键值对。

本文的想法：主要想法是先在区域级别粗略的过滤掉和查询不相关的键值对，这样留下一小部分topk选好的区域routed regions，然后在这些区域上使用细粒度token到token的细粒度注意力机制。

二、方法：

1、Bi-Level Routing Attention

1）输入图片HxWxC，分成SxS个区域，reshape到，然后求出Q,K,V

2）求相关区域

每个区域的，求区域之间的相似性矩阵，文中称为通过矩阵相乘得到的region-to-region affinity graph：，衡量了两个区域之间的语义相关性大小。然后选出topk个区域，I的第i行是最相关的k个区域的索引。

3）Token-to-token attention

为了能在GPU并行计算，先把K和V聚集在一起，然后再计算注意力：

4）分析得到的提出的BRA（Bi-Level Routing Attention）复杂度，而一般的注意力复杂度为。

2、BiFormer

BRA作为基础模块，采用四层金字塔结构。

patch merging module用来减少空间分辨率同时增加通道数。