Pytorch通道注意力和空间注意力代码

请依据自身需要进行更改:代码可以直接运行

import torch
import torch.nn as nn


class ChannelAttention(nn.Module):
    def __init__(self, in_channel, hidden_channel, out_channel):
        super(ChannelAttention, self).__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        self.max_pool = nn.AdaptiveMaxPool2d(1)
        self.add_pooling = lambda x: self.avg_pool(x)+self.max_pool(x)
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=in_channel, out_channels=hidden_channel, kernel_size=(1, 1))   # 依据实际情况可以调整为 线性层或者一维卷积,下同
        self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=hidden_channel, out_channels=out_channel, kernel_size=(1, 1))
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()
        self.relu = nn.ReLU()

    def forward(self, x):
        x_pre = self.add_pooling(x)  # (64, 32, 1, 1)
        att = self.sigmoid(self.conv2(self.relu(self.conv1(x_pre))))  # (64, 32, 1, 1)
        x = att*x
        return x


class SpatialAttention(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SpatialAttention, self).__init__()
        self.max_pooling = lambda x: torch.max(x, dim=1, keepdim=True)[0]
        self.ave_pooling = lambda x: torch.mean(x, dim=1, keepdim=True)
        self.conv = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size=1)
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        apa_att = self.sigmoid(self.conv(torch.cat([self.max_pooling(x), self.ave_pooling(x)], dim=1)))  # (64, 1, 18, 100)
        x = apa_att*x
        return x


if __name__ == "__main__":
    cha_net = ChannelAttention(32, 128, 32)
    spa_net = SpatialAttention()
    data = torch.rand(64, 32, 18, 100) # 自定义一组输入数据(batch, channel, width, length)

    # 两者连用就是CBAM机制,可以根据自身研究需要进行更改,以适应自己的项目
    new_data = cha_net(data)  # (64, 32, 18, 100)
    new_data = spa_net(new_data)  # (64, 32, 18, 100)
    print(new_data.shape)

<think>嗯,用户想要写一段通道注意力空间注意力代码。首先,我得先回忆一下这两种注意力机制的结构。通道注意力,比如SE模块,是通过全局平均池化获取通道信息,然后全连接层激活函数来生成通道权重。空间注意力则是关注不同空间位置的重要性,通常使用卷积层sigmoid生成空间权重。 接下来,用户可能需要的是这两种注意力的结合,像CBAM那样的结构。但用户分开问了,所以可能需要分别实现或者结合起来。用户可能使用PyTorch框架,因为这在深度学习中最常见。 然后,考虑代码的结构。通道注意力模块需要全局平均池化,可能还有全局最大池化,像在CBAM里那样。然后是两个全连接层,中间有ReLU激活。空间注意力则通常用卷积层处理通道信息,比如将通道数降到1,再用sigmoid生成空间权重。 需要确保输入输出的维度正确。比如,通道注意力的输入是特征图,形状是(batch, C, H, W),处理后得到(C, 1, 1)的权重。空间注意力的输入处理后得到(1, H, W)的权重。 然后,可能需要将两个注意力顺序应用,比如先通道空间,或者反过来。用户可能希望示例代码展示这两种模块的使用方式,比如在模型中如何插入。 还要注意PyTorch中的层如何组织,比如使用nn.Module来定义子模块。激活函数的选择,比如使用ReLU,而最后的通道注意力输出用sigmoid,空间也是sigmoid。 检查是否有常见的错误,比如全连接层的参数是否正确,池化层的设置是否正确。比如在通道注意力中,全连接层第一个层将通道数减少到C/r,然后再恢复,这里r是缩减比例,通常设为16,但用户可能需要可调参数。 空间注意力中的卷积层,比如用7x7的卷积核来融合空间信息,这样能捕获较大范围的上下文。然后sigmoid生成空间权重。 最后,组合这两个模块,相乘到原始特征上。需要示例代码展示如何顺序应用,比如先通道空间,或者同时应用。 可能需要给出完整的类定义,比如ChannelAttentionSpatialAttention类,然后一个CombinedAttention类来组合它们。或者分别展示两种独立的模块,让用户自行组合。 还要考虑是否需要初始化权重,比如使用kaiming初始化,但示例代码可能省略这部分,保持简洁。 总结,用户可能需要一个可以直接集成到CNN中的模块代码,结构清晰,注释明确,方便理解使用。需要确保代码语法正确,符合PyTorch的规范,比如正确的维度操作,使用view或者reshape调整形状,避免维度错误。</think>以下是用PyTorch实现的通道注意力(Channel Attention)空间注意力(Spatial Attention)的示例代码,包含详细注释: ```python import torch import torch.nn as nn # 通道注意力模块(类似SENet) class ChannelAttention(nn.Module): def __init__(self, channel, reduction=16): super().__init__() # 全局平均池化 self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1) # 全局最大池化 self.max_pool = nn.AdaptiveMaxPool2d(1) # 全连接层构建注意力机制 self.fc = nn.Sequential( nn.Linear(channel, channel // reduction), nn.ReLU(inplace=True), nn.Linear(channel // reduction, channel) ) self.sigmoid = nn.Sigmoid() def forward(self, x): # 输入形状: [B, C, H, W] B, C, H, W = x.size() # 计算平均池化特征 avg_out = self.fc(self.avg_pool(x).view(B, C)) # 计算最大池化特征 max_out = self.fc(self.max_pool(x).view(B, C)) # 特征融合 channel_weights = self.sigmoid(avg_out + max_out).view(B, C, 1, 1) return x * channel_weights # 通道加权 # 空间注意力模块 class SpatialAttention(nn.Module): def __init__(self, kernel_size=7): super().__init__() # 空间注意力卷积层 self.conv = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size, padding=kernel_size//2) self.sigmoid = nn.Sigmoid() def forward(self, x): # 输入形状: [B, C, H, W] # 沿通道维度计算均值最大值 avg_out = torch.mean(x, dim=1, keepdim=True) # [B,1,H,W] max_out, _ = torch.max(x, dim=1, keepdim=True) # [B,1,H,W] # 拼接特征图 combined = torch.cat([avg_out, max_out], dim=1) # [B,2,H,W] # 生成空间权重 spatial_weights = self.sigmoid(self.conv(combined)) # [B,1,H,W] return x * spatial_weights # 空间加权 # 组合使用示例 class CNNWithAttention(nn.Module): def __init__(self): super().__init__() # 通道注意力实例 self.ca = ChannelAttention(channel=64) # 空间注意力实例 self.sa = SpatialAttention() # 示例主干网络 self.conv = nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 64, 3, padding=1), nn.ReLU(), nn.MaxPool2d(2) ) def forward(self, x): x = self.conv(x) x = self.ca(x) # 应用通道注意力 x = self.sa(x) # 应用空间注意力 return x ``` 关键点说明: 1. **通道注意力机制** - 通过全局平均池化最大池化捕获通道信息 - 使用带瓶颈结构(Bottleneck)的全连接层计算通道权重 - 最终通过Sigmoid生成0-1的注意力系数 2. **空间注意力机制** - 沿通道维度计算平均值最大值 - 使用卷积层融合空间信息 - 最终通过Sigmoid生成空间注意力掩码 3. **使用建议** - 通道注意力更适合处理特征通道间的关系 - 空间注意力擅长捕获空间位置的重要性 - 两者可以单独使用,也可以级联使用(顺序可调) - 常用于图像分类、目标检测等视觉任务中 实际应用中可以根据具体任务调整: - 通道注意力中的reduction比例 - 空间注意力的卷积核尺寸 - 注意力模块的插入位置 - 是否使用最大池化/平均池化的组合
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