MLP is Best?

作者：十方

众所周知，CNN是计算机视觉的首选模型，最近还流行用vision transformer做视觉，谁又能想到用多层感知机(MLPs)去做图像相关的模型呢？《MLP-Mixer: An all-MLP Architecture for Vision》这篇论文就用了基于MLP的框架，依然取得了很高的分类精度。

MLP-Mixer简介

MLP-Mixer不用卷积，也不用attention，完全基于multi-layer perceptrons(MLPs)，仅依赖最基本的矩阵相乘，数据输出的改变(reshape，转置)，和标量的非线性。上图展示了MLP-Mixer的宏观框架。说好的MLP，为啥看着这么像transfromer。从上图我们可以看到，一张图片会被等分切成多个patchs，然后每个patch会有很多channels，最终一张图片的输入就是patches * channels的一张表。通俗点说，如上图左下角那张图片，假如它是9 * 9 * 3 ，会被划分成9个patch，每个patch就是3 * 3 * 3 = 27，所以这张图片的输入就是 9 * 27，如果输入多张图片，就是batch_size * 9 * 27。从图中，我们可以看到Mixer使用两种类型的MLP层，channel-mixing MLPS和token-mixing MLPs。channel-mixing MLPs使得channel内之间有交互，而token-mixing MLPs使得不同位置(不同patch)之间有交互。这两种类型的MLP交错使用使得输入各个维度之间不断学习交叉特征。如论文所说，channel-mixing就相当于使用1维卷积，对于token-mixing就可以看作为一个单通道的depth-wise卷积。CNN并不能看作是Mixer的特例，要远比这种结构复杂。

Mixer架构

其实Mixer架构非常简单，看上面的图解就已经很清楚了。Mixer把一个图片拆解为S个patchs，每个patch之间并无重叠。每个patch会被同一个矩阵做线性映射为X(S * C)，然后输入到上文所说的多个Mixer层中，先是遇到token-mixing MLP block，对矩阵每列做映射，再是通过channel-mixing对每行做映射，这里映射是共享embedding的。每个MLP层都包含两个全连接和一个非线性函数。Mixer layers用公式定义如下:

每层mixer的输入都是同样尺寸的table，这个和transformer很类似，和CNN就很不同了。Mixer也没有使用position embedding，因为token-mixing MLPs对位置已经很敏感了。最后Mixer用了一个很标准的pooling层和全连接层做分类任务。

实验

从实验中我们可以看到mixer在精度上离vit模型已经相差不多了，论文还对比了pretrain后的效果对比，感兴趣的可以看原文。

参考文献

1、MLP-Mixer: An all-MLP Architecture for Vision.

https://arxiv.org/pdf/2105.01601.pdf

代码路径：https://github.com/google-research/vision_transformer