huggingface transformer模型介绍

总结：
模型提高性能：新的目标函数，mask策略等一系列tricks

Transformer 模型系列

自从2017，原始Transformer模型激励了大量新的模型，不止NLP任务，还包括预测蛋白质结构，时间序列预测。

有些模型只使用encoder,decoder,有些都用了。

计算机视觉

卷积网络

CNN主导了视觉任务，知道Vision Transformer证明了它的可扩展性和效率。CNN得平移不变性对于特定任务效果很棒，一些Transformer包含了这个架构，如ConvNeXt（使用了非展开滑动窗口将一张图片分块化，利用一个大的核增大全局视野。ConvNeXt也有几层被设计更有效提高性能）

Encoder

ViT(Vision Transformer)打开不使用卷积的计算机视觉任务大门，ViT使用了一个标准的Transformer encoder，不过它的主要突破在于处理图像的方法。它把一张图像分成固定大小的patch，并使用他们创建embedding，就像一个句子被切割成tokens。ViT利用了Transformers有效架构证明了使用比CNN更少资源获取有竞争力的结构。ViT不久出现了其他视觉模型，可以处理dense 视觉任务像分割，检测.

其中之一就是Swin Transformer.它建立了层次化特征映射（像CNN，而不像ViT)，从小尺寸的patch ，到在更深的层把patch与相邻patch融合。注意力只在本地窗口计算，在注意力层的窗口翻转创建连接，有助于模型更好地学习。

其他视觉模型，BelT,ViTMAE,

ViT

参考：https://www.bilibili.com/video/BV15P4y137jb
卷积做不好 ViT 可以做好的：遮挡，偏移，Patch对抗，重新排列

AN IMAGE IS WORTH 16*16 WORDS:TRANSFORMERS FOR IMAGE RECOGNITION AT SCALE
一张图片等价很多16*16大小的单词 Transformer做大规模识别

平方的复杂度

transformer 应用视觉任务难点：
像素点当输入太长，图片做patches，只对稀疏的点做注意力，知识全局注意力的一个近似全局注意力，， 等方法

论文理念：被transformer扩展性吸引。

CNN有归纳偏置（
locality，通过滑动窗口卷积，假设相邻区域有相邻特征。
平移不变形，无论先平移还是先卷积结果都一样）
有较多的先验信息，transformer可以取得很好结果，只要在很大数据集上与训练。

2242243

1616 patch大小
（196）
1616*768

加上结尾符号[CLS] 197*768

Decoder

解码器很少，因为大多数视觉模型依靠一个编码器学习图像表示。但是对于图像生成来说，解码器会自然用到，比如GPT-2,ImageGPT使用与GPT2相同的架构，只不过不是预测序列中下一个 token，而是下一个像素。ImageGPT也可以微调用来图像分类

Encoder-decoder

视觉模型通常使用编码提提取重要图像特征，在送入解码器之前。DETR有一个预训练backbone,但是也可以使用完整的编码器解码器架构用于目标检测。编码器学习图像表示，并把他们与object queries结合（每一个object query是从图像的一个区域或者物体学到的）.DETR预测bounding box坐标系，为每一个object query 分类标签

自然语言处理

编码器

bert.只使用了Transformer的编码器，对输入信息随机mask 固定token。预训练目标是根据上下文预测masked token。 RoBERTa提高了性能，使用更大的批次，训练更久，每一轮迭代中随机mask token（而不是预处理时一次mask）。并且移除了下一句子预测目标。

主要提高性能的策略是增大模型尺寸，但是训练大模型计算上很贵，解决办法是使用小模型，比如DistilBERT(使用了只是蒸馏，一种压缩计算，是BERT的一个小版本，保持差不多的语言理解能力）

然而，大部分transformer模型有越来越多的参数，引导新模型关注提高训练效率。ALBERT减少了内存消耗通过降低参数数量（把更大的词汇表embedding分成两个更小的矩阵，允许层共享参数）。 DeBERTa 增加了一个解开的注意力机制，词和词的位置分开编码为两个向量，attention从这些分开的向量计算。Longformer也致力于让注意力更有效，尤其是处理长文本序列的文档
，它使用本地窗口注意力 和 全局注意力创建一个稀疏矩阵，而不是一个完整的注意力矩阵

Decoder

GPT2只使用了Transformer的解码器，预测序列中下一个词。它对右边的词做掩码处理，所以模型无法通过朝前看作弊。GPT在一个超大的语料上训练，很擅长生成文本。与bert不同的是GPT缺乏双向上下文，所以它不适应特定的认为。XLNET结合了BERT和GPT-2预训练目标，通过使用一个permutation language modeling objective组合语言模型 (PLM),允许双向学习。

GPT2之后，语言模型越来越大，被称为大型语言模型(LLM) 。LLMs 阐述了few-shot,zero-shot学习，如果训练在一个足够大的数据集上

Encoder-decoder

BART保持了原始Transformer架构，但是它修改了预训练目标，使用text infilling corruption，一些文本片段被单独的mask token替代。编码器预测uncorrupted tokens,使用解码器隐藏层帮助预测。Pegasus跟BART很相似，但是Pegasus 对整个句子做掩码，不止文本段（text span). Pegasus 通过gap sentence generation(GSG)预训练。GSG 目标 对整个句子掩码，用一个mask token替代他们。解码器从剩下的句子中输出结果。T5是一个更特别的模型，把所有MLP任务映射到文本到文本问题，通过使用具体前缀。比如Summarize：代表一个总结任务

音频

参考：https://huggingface.co/docs/transformers/model_summary]

Encoder

Wav2Vec2使用了一个Transformer编码器从音频波形直接学习speech 表示，它是从对话任务中预训练区别真的音频表示和一系列假的表示

HuBERT类似于Wav2Vec2，但具有不同的训练过程。目标标签是通过聚类步骤创建的，在该步骤中，相似音频的片段被分配到一个簇，变成一个隐藏单元。隐藏单元映射到mebedding以进行预测。

Encoder-decoder

Speech2Text 被设计用于自动化语音识别（ASR automatic speech recognition) 和 翻译。模型接受从音频波形和预训练自回归生成脚本或者翻译提取的log mel-filter bank features。

Whisper也是一个ASR模型，它在一个巨大，有标签的音频转录数据集预训练，拥有zero-shot表现。数据集很大一部分包含非英语，意味着whisper可以用于低资源语言。结构上，Whisper跟Speech2Text相似，音频信号转换成log-mel 频谱图被编码器编码。解码器从编码器隐藏状态和过去token，自回归自回归生成转录

多模态

Encoder

VisualBERT是一个多模态模型，用于视觉-语言任务，BERT发布不久后，就发布了VisualBERT。它将BERT和一个预训练的目标检测系统结合，提取视觉的embedding,传递文本embedding给BERT。 VisualBert 预测masked text基于unmasked文本和视觉embedding,它也不得不预测是否文本跟图像时对齐的。

ViT发布后，ViLT采用ViT在它的架构中，因为这样更太容易获取图像embedding.图像embedding和文本embedding共同处理。ViLT 被图像文本，masked 语言建模，整个word masking 作为预训练模型。

CLIP 采用了不同的方法，做了图像，文本的配对预测。一个图像解码器ViT和一个文本编码器（Transformer)共同训练在一个4亿对数据集上，最大化图像和文本embedding的相似性。预训练后，可以使用自然语言知道CLIP 给图片预测文本，或者文本预测图片。

OWL-ViT 在CLIP之上建立，使用CLIP作为backbone，用于zero-shot目标检测，与训练后，一个目标检测head被加入在很多组中做一组成对（class,bounding box）预测

Encoder-decoder

OCR是一个长期存在的文本识别任务，包括几个组件理解图像和生成文本。TrOCR 使用了一个端到端的transformer简化了过程，编码器是一个ViT风格的模型用于图像理解，预处理图像成固定大小的patches.解码器接受编码器的隐藏状态，自回归生成文本。

Donut是一个更通用的视觉文档理解模型，不依赖基于OCR方法，而是使用一个Swin Transformer作为编码器和多语言 BART作为解码器。Donut基于图像和文本批注预测下一个词 来做预训练 ，解码器生成token序列， 给一个prompt.prompt对于每一个下游任务 通过一个特殊token表示。文档解析有一个特殊“parsing"token，它和编码器的隐藏状态，解析文档 为一个结构化输出格式（JSON）

增强学习

encoder

The Decision ,Trajectory Transformer将状态、动作和奖励转换为序列建模问题。决策转换器生成一系列操作，这些操作基于返回、过去状态和操作导致未来期望的回报。对于最后 K 个时间步长，三种模态中的每一种都转换为令牌嵌入，并由类似 GPT 的模型进行处理，以预测未来的操作令牌。轨迹转换器还标记状态、动作和奖励，并使用 GPT 架构处理它们。与专注于奖励条件反射的决策转换器不同，轨迹转换器通过光束搜索生成未来的动作。

其他系列模型

YOLOS

没什么实感

You Only Look at One Sequence
https://huggingface.co/docs/transformers/model_doc/yolos#transformers.YolosFeatureExtractor

tips:

可以使用YolosImageProcessor做预处理，与DETR对比，YOLOS不需要像素级别的掩码

YolosConfig

( hidden_size = 768num_hidden_layers = 12num_attention_heads = 12intermediate_size = 3072hidden_act = 'gelu'hidden_dropout_prob = 0.0attention_probs_dropout_prob = 0.0initializer_range = 0.02layer_norm_eps = 1e-12image_size = [512, 864]patch_size = 16num_channels = 3qkv_bias = Truenum_detection_tokens = 100use_mid_position_embeddings = Trueauxiliary_loss = Falseclass_cost = 1bbox_cost = 5giou_cost = 2bbox_loss_coefficient = 5giou_loss_coefficient = 2eos_coefficient = 0.1**kwargs )

参数

• hidden_size (int, optional, defaults to 768) — Dimensionality of the encoder layers and the pooler layer.
• num_hidden_layers (int, optional, defaults to 12) — Number of hidden layers in the Transformer encoder.
• num_attention_heads (int, optional, defaults to 12) — Number of attention heads for each attention layer in the Transformer encoder.
• intermediate_size (int, optional, defaults to 3072) — Dimensionality of the “intermediate” (i.e., feed-forward) layer in the Transformer encoder.？
• hidden_act (str or function, optional, defaults to “gelu”) — The non-linear activation function (function or string) in the encoder and pooler. If string, “gelu”, “relu”, “selu” and “gelu_new” are supported.
• hidden_dropout_prob (float, optional, defaults to 0.1) — The dropout probabilitiy for all fully connected layers in the embeddings, encoder, and pooler.
• attention_probs_dropout_prob (float, optional, defaults to 0.1) — The dropout ratio for the attention probabilities.
• initializer_range (float, optional, defaults to 0.02) — The standard deviation of the - truncated_normal_initializer for initializing all weight matrices.
• layer_norm_eps (float, optional, defaults to 1e-12) — The epsilon used by the layer normalization layers.
• image_size (List[int], optional, defaults to [512, 864]) — The size (resolution) of each image.
• patch_size (int, optional, defaults to 16) — The size (resolution) of each patch.
• num_channels (int, optional, defaults to 3) — The number of input channels.
• qkv_bias (bool, optional, defaults to True) — Whether to add a bias to the queries, keys and values.
• num_detection_tokens (int, optional, defaults to 100) — The number of detection tokens.
• use_mid_position_embeddings (bool, optional, defaults to True) — Whether to use the mid-layer position encodings.
• auxiliary_loss (bool, optional, defaults to False) — Whether auxiliary decoding losses (loss at each decoder layer) are to be used.
• class_cost (float, optional, defaults to 1) — Relative weight of the classification error in the Hungarian matching cost.
• bbox_cost (float, optional, defaults to 5) — Relative weight of the L1 error of the bounding box coordinates in the Hungarian matching cost.
• giou_cost (float, optional, defaults to 2) — Relative weight of the generalized IoU loss of the bounding box in the Hungarian matching cost.
• bbox_loss_coefficient (float, optional, defaults to 5) — Relative weight of the L1 bounding box loss in the object detection loss.
• giou_loss_coefficient (float, optional, defaults to 2) — Relative weight of the generalized IoU loss in the object detection loss.
• eos_coefficient (float, optional, defaults to 0.1) — Relative classification weight of the ‘no-object’ class in the object detection loss.

from transformers import YolosConfig, YolosModel

# Initializing a YOLOS hustvl/yolos-base style configuration
configuration = YolosConfig()

# Initializing a model (with random weights) from the hustvl/yolos-base style configuration
model = YolosModel(configuration)

# Accessing the model configuration
configuration = model.config

报错'ChannelDimension' from 'transformers.image_utils'，退出命令行再试一次成功

YolosImageProcessor

YolosFeatureExtractor

YolosModel

from transformers import AutoImageProcessor, YolosModel
import torch
from datasets import load_dataset

dataset = load_dataset("huggingface/cats-image")
image = dataset["test"]["image"][0]

image_processor = AutoImageProcessor.from_pretrained("hustvl/yolos-small")
model = YolosModel.from_pretrained("hustvl/yolos-small")

inputs = image_processor(image, return_tensors="pt")

with torch.no_grad():
    outputs = model(**inputs)

last_hidden_states = outputs.last_hidden_state
list(last_hidden_states.shape)

YolosForObjectDetection

from transformers import AutoImageProcessor, AutoModelForObjectDetection
import torch
from PIL import Image
import requests

url = "http://images.cocodataset.org/val2017/000000039769.jpg"
image = Image.open(requests.get(url, stream=True).raw)

image_processor = AutoImageProcessor.from_pretrained("hustvl/yolos-tiny")
model = AutoModelForObjectDetection.from_pretrained("hustvl/yolos-tiny")

inputs = image_processor(images=image, return_tensors="pt")
outputs = model(**inputs)

# convert outputs (bounding boxes and class logits) to COCO API
target_sizes = torch.tensor([image.size[::-1]])
results = image_processor.post_process_object_detection(outputs, threshold=0.9, target_sizes=target_sizes)[
    0
]

for score, label, box in zip(results["scores"], results["labels"], results["boxes"]):
    box = [round(i, 2) for i in box.tolist()]
    print(
        f"Detected {
      
      model.config.id2label[label.item()]} with confidence "
        f"{
      
      round(score.item(), 3)} at location {
      
      box}"
    )