Vision Transformers (ViTs) have become a dominant paradigm for visual representation learning with self-attention operators. Although these operators provide flexibility to the model with their adjustable attention kernels, they suffer from inherent limitations: (1) the attention kernel is not discriminative enough, resulting in high redundancy of the ViT layers, and (2) the complexity in computation and memory is quadratic in the sequence length. In this paper, we propose a novel attention operator, called lightweight structure-aware attention (LiSA), which has a better representation power with log-linear complexity. Our operator learns structural patterns by using a set of relative position embeddings (RPEs). To achieve log-linear complexity, the RPEs are approximated with fast Fourier transforms. Our experiments and ablation studies demonstrate that ViTs based on the proposed operator outperform self-attention and other existing operators, achieving state-of-the-art results on ImageNet, and competitive results on other visual understanding benchmarks such as COCO and Something-Something-V2. The source code of our approach will be released online.

卷积是现代神经网络最重要的特征变革，导致深度学习的进步。最近的变压器网络的出现，取代具有自我关注块的卷积层，揭示了静止卷积粒的限制，并将门打开到动态特征变换的时代。然而，现有的动态变换包括自我关注，全部限制了视频理解，其中空间和时间的对应关系，即运动信息，对于有效表示至关重要。在这项工作中，我们引入了一个关系功能转换，称为关系自我关注（RSA），通过动态生成关系内核和聚合关系上下文来利用视频中丰富的时空关系结构。我们的实验和消融研究表明，RSA网络基本上表现出卷积和自我关注的同行，在标准的运动中心基准上实现了用于视频动作识别的标准主导的基准，例如用于V1＆V2，潜水48和Filegym。

视觉变压器的最新进展在基于点产生自我注意的新空间建模机制驱动的各种任务中取得了巨大成功。在本文中，我们表明，视觉变压器背后的关键要素，即输入自适应，远程和高阶空间相互作用，也可以通过基于卷积的框架有效地实现。我们介绍了递归封闭式卷积（$ \ textit {g}^\ textit {n} $ conv），该卷积{n} $ conv）与封闭的卷积和递归设计执行高阶空间交互。新操作是高度灵活和可定制的，它与卷积的各种变体兼容，并将自我注意的两阶相互作用扩展到任意订单，而无需引入大量额外的计算。 $ \ textit {g}^\ textit {n} $ conv可以用作插件模块，以改善各种视觉变压器和基于卷积的模型。根据该操作，我们构建了一个名为Hornet的新型通用视觉骨干家族。关于ImageNet分类，可可对象检测和ADE20K语义分割的广泛实验表明，大黄蜂的表现优于Swin变形金刚，并具有相似的整体体系结构和训练配置的明显边距。大黄蜂还显示出对更多训练数据和更大模型大小的有利可伸缩性。除了在视觉编码器中的有效性外，我们还可以将$ \ textit {g}^\ textit {n} $ conv应用于特定于任务的解码器，并始终通过较少的计算来提高密集的预测性能。我们的结果表明，$ \ textIt {g}^\ textit {n} $ conv可以成为视觉建模的新基本模块，可有效结合视觉变形金刚和CNN的优点。代码可从https://github.com/raoyongming/hornet获得

在本文中，我们将多尺度视觉变压器（MVIT）作为图像和视频分类的统一架构，以及对象检测。我们提出了一种改进的MVIT版本，它包含分解的相对位置嵌入和残余汇集连接。我们以五种尺寸实例化此架构，并评估Imagenet分类，COCO检测和动力学视频识别，在此优先效果。我们进一步比较了MVITS的汇集注意力来窗口注意力机制，其中它在准确性/计算中优于后者。如果没有钟声，MVIT在3个域中具有最先进的性能：ImageNet分类的准确性为88.8％，Coco对象检测的56.1盒AP和动力学-400视频分类的86.1％。代码和模型将公开可用。

视觉变压器（VIT）用作强大的视觉模型。与卷积神经网络不同，在前几年主导视觉研究，视觉变压器享有捕获数据中的远程依赖性的能力。尽管如此，任何变压器架构的组成部分，自我关注机制都存在高延迟和低效的内存利用，使其不太适合高分辨率输入图像。为了缓解这些缺点，分层视觉模型在非交错的窗口上局部使用自我关注。这种放松会降低输入尺寸的复杂性;但是，它限制了横窗相互作用，损害了模型性能。在本文中，我们提出了一种新的班次不变的本地注意层，称为查询和参加（QNA），其以重叠的方式聚集在本地输入，非常类似于卷积。 QNA背后的关键想法是介绍学习的查询，这允许快速高效地实现。我们通过将其纳入分层视觉变压器模型来验证我们的层的有效性。我们展示了速度和内存复杂性的改进，同时实现了与最先进的模型的可比准确性。最后，我们的图层尺寸尤其良好，窗口大小，需要高于X10的内存，而不是比现有方法更快。

Since the recent success of Vision Transformers (ViTs), explorations toward transformer-style architectures have triggered the resurgence of modern ConvNets. In this work, we explore the representation ability of DNNs through the lens of interaction complexities. We empirically show that interaction complexity is an overlooked but essential indicator for visual recognition. Accordingly, a new family of efficient ConvNets, named MogaNet, is presented to pursue informative context mining in pure ConvNet-based models, with preferable complexity-performance trade-offs. In MogaNet, interactions across multiple complexities are facilitated and contextualized by leveraging two specially designed aggregation blocks in both spatial and channel interaction spaces. Extensive studies are conducted on ImageNet classification, COCO object detection, and ADE20K semantic segmentation tasks. The results demonstrate that our MogaNet establishes new state-of-the-art over other popular methods in mainstream scenarios and all model scales. Typically, the lightweight MogaNet-T achieves 80.0\% top-1 accuracy with only 1.44G FLOPs using a refined training setup on ImageNet-1K, surpassing ParC-Net-S by 1.4\% accuracy but saving 59\% (2.04G) FLOPs.

由于缺乏电感偏见，视觉变压器（VIT）通常被认为比卷积神经网络（CNN）少。因此，最近的工作将卷积作为插件模块，并将其嵌入各种Vit对应物中。在本文中，我们认为卷积内核执行信息聚合以连接所有令牌。但是，如果这种明确的聚合能够以更均匀的方式起作用，则实际上是轻重量VIT的不必要的。受到这一点的启发，我们将Lightvit作为新的轻巧VIT家族，以在不卷积的情况下在纯变压器块上实现更好的准确性效率平衡。具体而言，我们将一个全球但有效的聚合方案引入了VIT的自我注意力和前馈网络（FFN），其中引入了其他可学习的令牌以捕获全球依赖性；在令牌嵌入上施加了双维通道和空间注意力。实验表明，我们的模型在图像分类，对象检测和语义分割任务上取得了重大改进。例如，我们的LightVit-T仅使用0.7G拖鞋的ImageNet上达到78.7％的精度，在GPU上的PVTV2-B0优于8.2％，而GPU的速度快11％。代码可在https://github.com/hunto/lightvit上找到。

我们提出了全球环境视觉变压器（GC VIT），这是一种新的结构，可增强参数和计算利用率。我们的方法利用了与本地自我注意的联合的全球自我发项模块，以有效但有效地建模长和短距离的空间相互作用，而无需昂贵的操作，例如计算注意力面罩或移动本地窗户。此外，我们通过建议在我们的体系结构中使用修改后的融合倒置残差块来解决VIT中缺乏归纳偏差的问题。我们提出的GC VIT在图像分类，对象检测和语义分割任务中实现了最新的结果。在用于分类的ImagEnet-1k数据集上，基本，小而微小的GC VIT，$ 28 $ M，$ 51 $ M和$ 90 $ M参数实现$ \ textbf {83.2 \％} $，$ \ textbf {83.9 \％} $和$ \ textbf {84.4 \％} $ top-1的精度，超过了相当大的先前艺术，例如基于CNN的Convnext和基于VIT的Swin Transformer，其优势大大。在对象检测，实例分割和使用MS Coco和ADE20K数据集的下游任务中，预训练的GC VIT主机在对象检测，实例分割和语义分割的任务中始终如一地超过事务，有时是通过大余量。可在https://github.com/nvlabs/gcvit上获得代码。

本文解决了由多头自我注意力（MHSA）中高计算/空间复杂性引起的视觉变压器的低效率缺陷。为此，我们提出了层次MHSA（H-MHSA），其表示以层次方式计算。具体而言，我们首先将输入图像分为通常完成的补丁，每个补丁都被视为令牌。然后，拟议的H-MHSA学习本地贴片中的令牌关系，作为局部关系建模。然后，将小贴片合并为较大的贴片，H-MHSA对少量合并令牌的全局依赖性建模。最后，汇总了本地和全球专注的功能，以获得具有强大表示能力的功能。由于我们仅在每个步骤中计算有限数量的令牌的注意力，因此大大减少了计算负载。因此，H-MHSA可以在不牺牲细粒度信息的情况下有效地模拟令牌之间的全局关系。使用H-MHSA模块合并，我们建立了一个基于层次的变压器网络的家族，即HAT-NET。为了证明在场景理解中HAT-NET的优越性，我们就基本视觉任务进行了广泛的实验，包括图像分类，语义分割，对象检测和实例细分。因此，HAT-NET为视觉变压器提供了新的视角。可以在https://github.com/yun-liu/hat-net上获得代码和预估计的模型。

视觉表示学习是解决各种视力问题的关键。依靠开创性的网格结构先验，卷积神经网络（CNN）已成为大多数深视觉模型的事实上的标准架构。例如，经典的语义分割方法通常采用带有编码器编码器体系结构的完全横向卷积网络（FCN）。编码器逐渐减少了空间分辨率，并通过更大的接受场来学习更多抽象的视觉概念。由于上下文建模对于分割至关重要，因此最新的努力一直集中在通过扩张（即极度）卷积或插入注意力模块来增加接受场。但是，基于FCN的体系结构保持不变。在本文中，我们旨在通过将视觉表示学习作为序列到序列预测任务来提供替代观点。具体而言，我们部署纯变压器以将图像编码为一系列贴片，而无需局部卷积和分辨率减少。通过在变压器的每一层中建立的全球环境，可以学习更强大的视觉表示形式，以更好地解决视力任务。特别是，我们的细分模型（称为分割变压器（SETR））在ADE20K上擅长（50.28％MIOU，这是提交当天测试排行榜中的第一个位置），Pascal环境（55.83％MIOU），并在CityScapes上达到竞争成果。此外，我们制定了一个分层局部全球（HLG）变压器的家族，其特征是窗户内的本地关注和跨窗户的全球性专注于层次结构和金字塔架构。广泛的实验表明，我们的方法在各种视觉识别任务（例如，图像分类，对象检测和实例分割和语义分割）上实现了吸引力的性能。

We present Multiscale Vision Transformers (MViT) for video and image recognition, by connecting the seminal idea of multiscale feature hierarchies with transformer models. Multiscale Transformers have several channel-resolution scale stages. Starting from the input resolution and a small channel dimension, the stages hierarchically expand the channel capacity while reducing the spatial resolution. This creates a multiscale pyramid of features with early layers operating at high spatial resolution to model simple low-level visual information, and deeper layers at spatially coarse, but complex, high-dimensional features. We evaluate this fundamental architectural prior for modeling the dense nature of visual signals for a variety of video recognition tasks where it outperforms concurrent vision transformers that rely on large scale external pre-training and are 5-10× more costly in computation and parameters. We further remove the temporal dimension and apply our model for image classification where it outperforms prior work on vision transformers. Code is available at: https: //github.com/facebookresearch/SlowFast.

最近，视觉变压器（VIT），具有自我关注（SA）作为事实上的成分，在计算机视觉社区中表现出很大的潜力。为了在效率和性能之间进行权衡，一组作品仅仅在本地补丁中执行SA操作，而全局上下文信息被放弃，这对于可视识别任务是不可或缺的。为了解决这个问题，随后的全球本地VITS在模型中以并行或替代方式将本地SA与全球范围内纳入本地SA。然而，令人遗憾地组合的局部和全局上下文可能存在各种视觉数据的冗余，并且每个层内的接收场是固定的。或者，更优雅的方式是全局和本地上下文可以自适应地贡献本身以适应不同的视觉数据。为实现这一目标，我们本文提出了一种新的Vit架构，称为NOMMER，可以动态提名视觉变压器中的协同全球本地背景。通过调查我们提出的NOMMER的工作模式，我们进一步探讨了哪些上下文信息。有益于这种“动态提名”机制，没有钟声和吹口哨，不仅可以在Imagenet上达到84.5％的前1个分类准确性，只有73米的参数，也显示了对致密预测任务的有希望的性能，即对象检测和语义分割。代码和模型将在〜\ url {https://github.com/nommer1125/nommer中公开可用。

We present in this paper a new architecture, named Convolutional vision Transformer (CvT), that improves Vision Transformer (ViT) in performance and efficiency by introducing convolutions into ViT to yield the best of both designs. This is accomplished through two primary modifications: a hierarchy of Transformers containing a new convolutional token embedding, and a convolutional Transformer block leveraging a convolutional projection. These changes introduce desirable properties of convolutional neural networks (CNNs) to the ViT architecture (i.e. shift, scale, and distortion invariance) while maintaining the merits of Transformers (i.e. dynamic attention, global context, and better generalization). We validate CvT by conducting extensive experiments, showing that this approach achieves state-of-the-art performance over other Vision Transformers and ResNets on ImageNet-1k, with fewer parameters and lower FLOPs. In addition, performance gains are maintained when pretrained on larger datasets (e.g. ImageNet-22k) and fine-tuned to downstream tasks. Pretrained on ImageNet-22k, our CvT-W24 obtains a top-1 accuracy of 87.7% on the ImageNet-1k val set. Finally, our results show that the positional encoding, a crucial component in existing Vision Transformers, can be safely removed in our model, simplifying the design for higher resolution vision tasks. Code will be released at https: //github.com/leoxiaobin/CvT.

我们提出了邻里注意力变压器（NAT），这是一种有效，准确和可扩展的层次变压器，在图像分类和下游视觉任务上都很好地工作。它建立在邻里注意力（NA）的基础上，这是一种简单而灵活的注意机制，将每个查询的接受场都定位到其最近的相邻像素。 NA是自我注意的本地化，并且随着接收场大小的增加而接近它。在拖曳和记忆使用方面，它也等同于Swin Transformer的转移窗口的注意力，而同样的接收场大小，同时受到了较少的约束。此外，NA包括局部电感偏见，从而消除了对像素移位等额外操作的需求。 NAT的实验结果具有竞争力； Nat-tiny在Imagenet上仅具有4.3 GFLOPS和28M参数，在MS-Coco上达到51.4％的MAP和ADE20K上的48.4％MIOU。我们在：https：//github.com/shi-labs/neighborhood-cithention-transformer上开放了检查点，代码和CUDA内核。

变形金刚迅速成为跨模式，域和任务的最深入学习架构之一。在视觉上，除了对普通变压器的持续努力外，层次变压器还引起了人们的重大关注，这要归功于它们的性能和轻松整合到现有框架中。这些模型通常采用局部注意机制，例如滑动窗口社区的注意力（NA）或Swin Transformer转移的窗户自我关注。尽管有效地降低了自我注意力的二次复杂性，但局部注意力却削弱了自我注意力最理想的两个特性：远距离相互依赖性建模和全球接受场。在本文中，我们引入了扩张的邻里注意力（DINA），这是NA的天然，灵活和有效的扩展，可以捕获更多的全球环境，并以无需额外的成本呈指数级扩展接受场。 NA的本地关注和Dina的稀疏全球关注相互补充，因此我们引入了扩张的邻里注意力变压器（Dinat），这是一种新的分层视觉变压器。 Dinat变体对基于注意的基线（例如NAT和SWIN）以及现代卷积基线Convnext都具有重大改进。我们的大型模型在可可对象检测中以1.5％的盒子AP领先于其在COCO物体检测中，1.3％的掩码AP在可可实例分段中，而ADE20K语义分段中的1.1％MIOU和更快的吞吐量。我们认为，NA和Dina的组合有可能增强本文提出的各种任务的能力。为了支持和鼓励朝着这个方向，远见和超越方向进行研究，我们在以下网址开放我们的项目：https：//github.com/shi-labs/neighborhood-cithention-transformer。

视觉变压器由于能够捕获图像中的长期依赖性的能力而成功地应用于图像识别任务。但是，变压器与现有卷积神经网络（CNN）之间的性能和计算成本仍然存在差距。在本文中，我们旨在解决此问题，并开发一个网络，该网络不仅可以超越规范变压器，而且可以超越高性能卷积模型。我们通过利用变压器来捕获长期依赖性和CNN来建模本地特征，从而提出了一个新的基于变压器的混合网络。此外，我们将其扩展为获得一个称为CMT的模型家族，比以前的基于卷积和基于变压器的模型获得了更好的准确性和效率。特别是，我们的CMT-S在ImageNet上获得了83.5％的TOP-1精度，而在拖鞋上的拖曳率分别比现有的DEIT和EficitiveNet小14倍和2倍。拟议的CMT-S还可以很好地概括CIFAR10（99.2％），CIFAR100（91.7％），花（98.7％）以及其他具有挑战性的视觉数据集，例如可可（44.3％地图），计算成本较小。

视觉变压器（VIT）最近在一系列计算机视觉任务中占据了主导地位，但训练数据效率低下，局部语义表示能力较低，而没有适当的电感偏差。卷积神经网络（CNNS）固有地捕获了区域感知语义，激发了研究人员将CNN引入VIT的架构中，以为VIT提供理想的诱导偏见。但是，嵌入在VIT中的微型CNN实现的位置是否足够好？在本文中，我们通过深入探讨混合CNNS/VIT的宏观结构如何增强层次VIT的性能。特别是，我们研究了令牌嵌入层，别名卷积嵌入（CE）的作用，并系统地揭示了CE如何在VIT中注入理想的感应偏置。此外，我们将最佳CE配置应用于最近发布的4个最先进的Vits，从而有效地增强了相应的性能。最后，释放了一个有效的混合CNN/VIT家族，称为CETNET，可以用作通用的视觉骨架。具体而言，CETNET在Imagenet-1K上获得了84.9％的TOP-1准确性（从头开始训练），可可基准上的48.6％的盒子地图和ADE20K上的51.6％MIOU，从而显着提高了相应的最新态度的性能。艺术基线。

变压器已成为深度学习中的主导架构之一，特别是计算机视觉中的卷积神经网络（CNNS）的强大替代品。然而，由于长期表示的自我关注的二次复杂性，以前作品中的变压器培训和推理可能是非常昂贵的，特别是对于高分辨率密集预测任务。为此，我们提出了一种更少的关注视觉变压器（点亮），建立在变形金刚的早期自我注意层仍然专注于当地模式并在最近的等级视觉变压器中带来轻微的益处。具体而言，我们提出了一种分层变压器，在那里我们使用纯多层的感知（MLP）来在早期阶段编码丰富的本地模式，同时应用自我注意模块来捕获更深层中的较长依赖性。此外，我们进一步提出了一种学习的可变形的令牌合并模块，以以非均匀方式自适应地熔化信息贴片。建议的点亮在图像识别任务中实现了有希望的性能，包括图像分类，对象检测和实例分段，作为许多愿景任务的强骨干。代码可用：https://github.com/zhuang-group/lit

虽然变形金机对视频识别任务的巨大潜力具有较强的捕获远程依赖性的强大能力，但它们经常遭受通过对视频中大量3D令牌的自我关注操作引起的高计算成本。在本文中，我们提出了一种新的变压器架构，称为双重格式，可以有效且有效地对视频识别进行时空关注。具体而言，我们的Dualformer将完全时空注意力分层到双级级联级别，即首先在附近的3D令牌之间学习细粒度的本地时空交互，然后捕获查询令牌之间的粗粒度全局依赖关系。粗粒度全球金字塔背景。不同于在本地窗口内应用时空分解或限制关注计算以提高效率的现有方法，我们本地 - 全球分层策略可以很好地捕获短期和远程时空依赖项，同时大大减少了钥匙和值的数量在注意计算提高效率。实验结果表明，对抗现有方法的五个视频基准的经济优势。特别是，Dualformer在动态-400/600上设置了新的最先进的82.9％/ 85.2％，大约1000g推理拖鞋，比具有相似性能的现有方法至少3.2倍。

香草自我注意的机制固有地依赖于预定和坚定的计算维度。这种僵化的性限制了它具有面向上下文的概括，可以带来更多的上下文提示和全球表示。为了减轻此问题，我们提出了一种可扩展的自我注意（SSA）机制，该机制利用两个缩放因素来释放查询，键和价值矩阵的维度，同时使它们不符合输入。这种可伸缩性可获得面向上下文的概括并增强对象灵敏度，从而将整个网络推向准确性和成本之间的更有效的权衡状态。此外，我们提出了一个基于窗口的自我注意事项（IWSA），该自我注意力（IWSA）通过重新合并独立的值代币并从相邻窗口中汇总空间信息来建立非重叠区域之间的相互作用。通过交替堆叠SSA和IWSA，可扩展的视觉变压器（可伸缩率）在通用视觉任务中实现最先进的性能。例如，在Imagenet-1K分类中，可伸缩率S的表现优于双胞胎-SVT-S，而Swin-T则比1.4％。