[全连接神经网络]Transformer代餐，用MLP构建图像处理网络

一、MLP-Mixer

????????使用纯MLP处理图像信息，其原理类似vit，将图片进行分块(patch)后展平(fallten)，然后输入到MLP中。理论上MLP等价于1x1卷积，但实际上1x1卷积仅能结合通道信息而不能结合空间信息。根据结合的信息不同分为channel-mixing MLPs和token-mixing MLPs。

?????? 总体结构如下图，基本上可以视为以mlp实现的vit。

?二、RepMLP

????????传统卷积仅能处理局部领域信息，不具备捕获长程依赖的能力，其特性被称为归纳偏置(inductive bias)或局部先验性质(local prior)。而Transformer虽然可以使用自注意力捕获长程依赖，却无法有效获取局部先验信息。全连接(FC)结构与Transformer类似，可以捕获长程依赖(每个输入和输出都有连接)但是缺乏局部先验性质。而RepVGG则是通过将MLP和CNN的优点结合在一起实现高质量的特征提取。其核心是结构重参数技术(structural reparameterization technique)。

????????训练时的RepMLP与预测时截然不同。训练时，每一层都会添加平行的卷积+BN分支，而预测时会将卷积分支等效为MLP分支。

????????训练阶段由三部分组成：Global Perceptron、Partition Perceptron、Local Perceptron。其中Global Perceptron相当于vit中的patch-embed，通过将特征图分成7x7的小块来节省运算开销。但是这种切割会让每个patch失去位置信息，所以使用两个FC为patch添加位置信息；其操作如下：①使用avgpool将每个分区池化得到一个像素；②送入带一个BN的两层MLP中；将结果reshape后与原特征图相加，流程如下：

????????Partition Perceptron层包含FC和BN，由Global Perceptron切割后的特征图还会经过一组1x1的组卷积进一步降低参数量，然后由FC3进行处理后最终得到输出特征图。

?????? Local Perceptron类似一个ASPP空洞卷积组，可以丰富特征图的空间信息，得到的结果与Partition Perceptron的特征图相加即可得到完整的输出。其结构如下：

三、ResMLP

????????ResMLP仅使用Linear Layers和GELU，不适用任何正则化层(Batch Norm)和自注意力(self-attention)。每个Block由sublayer+feedforward sublayer组成。

?????? Sublayer由线性层和残差链接组成，即上图左边的部分；而feedforward sublayer则是上图右边的部分，由两个线性层和残差链接组成，中间使用GELU作为激活。其可以描述为下面公式：

????????其中sublayer中包含两次转置操作，其原因是要将channel维度换道最后一维以进行融合，融合过后再换回来。

?????? ResMLP Block分为两种形式（一种全尺寸和一种轻量化结构），结构如图，全尺寸ResMLP效果略好于ResNet，轻量化Block效果持平ResNet。

?四、gMLP

????????gMLP的g代表gating(闸门)，论文提出在视觉领域自注意力机制并不是那么重要，gMLP的性能可以与基于Transformer的DeiT模型相当。gMLP的Block结构如下图所示：

????????gMLP为同向网络(具有相同结构)，就其模块结构而言，Channel Projection可以获取通道信息，Spatial Gating Unit可以获取空间信息。

五、CycleMLP

????????CycleMLP的特点是构建基于密集预测的MLP架构。传统的诸如MLP-Mixer,ResMLP,gMLP存在一些问题：①均为同向性网络，不会产生金字塔结构，也不会产生多尺度特征图；②spatial FC的计算复杂度与尺寸呈平方关系，难以训练高分图。

??????? 如上图所示，Cycle FC层类似于Spatial FC，且棋遵循金字塔结构（即随着层数的加深，特征分辨率逐渐减少，也就是token不断减少）