自监督学习综述

1.简介

其实自监督学习的核心思想很简单，利用大量的无标签数据训练模型，然后将其作为预训练模型在下游任务上进行微调（有标签）。在用无标签图像训练模型时主要通过设计辅助任务，用图像自身的信息作为标签训练。常见的就是对比学习，将原图本身和经过图像增强的图像作为正样本，其他作为负样本。

对比学习，cv通过对输入图像进行数据增强，将数据增强的图像作为原图的正样本，其他输入图像作为负样本。但是这种模式在nlp中却不好使用，将一句话中的单词替换为同义词，预测的结果很可能会产生偏差，所以nlp选择用dropout的方法。同一张图像通过两个分支进行dropout，其中dropout的层是不一样的，随机选择的，所以产生的结果向量也是不同的，那么这两个向量就互相为正样本了。

token。Tokenization is a way of separating a piece of text into smaller units called tokens.And tokens are the building blocks of Natural Language,which can be either words, characters, or subwords.

token包含：class token、patch token，在NLP叫每一个单词为token，然后有一个标注句子语义的标注是CLS，在CV中就是把图像切割成不重叠的patch序列（其实就是token）。

在大型语言模型中，"token"是指文本中的一个最小单位。通常，一个token可以是一个单词、一个标点符号、一个数字、一个符号等。在自然语言处理中，tokenization是将一个句子或文本分成tokens的过程。

在大型语言模型的训练和应用中，模型接收一串tokens作为输入，并尝试预测下一个最可能的token。对于很多模型来说，tokens还可以通过embedding操作转换为向量表示，以便在神经网络中进行处理。由于大型语言模型处理的文本非常大，因此对于处理速度和内存占用等方面的考虑，通常会使用特定的tokenization方法，例如基于字节对编码（byte-pair encoding，BPE）或者WordPiece等算法。?

在NLP比如BERT，输入一段句子，分词器会将句子中的单词、符号转换成一个个token。对于视觉Transformer，把每个像素看作是一个token的话并不现实，因为一张224x224的图片铺平后就有4万多个token，计算量太大了，BERT都限制了token最长只能512。所以ViT把一张图切分成一个个16x16的patch（具体数值可以自己修改）每个patch看作是一个token，这样一共就只有（224/16）*(224/16)=196个token了。当然了，单单的切分还不够，还要做一个线性映射+位置编码等等。不同的Transformer在处理细节上也会有不同，比如最近看的Swin-T加入了多尺度，从最开始的4*4的patch缩放到后边的32*32。

BEIT最终得到的就是一个ViT预训练模型，用这个预训练模型在下游任务上进行训练，效果会有明显提升。

2.自监督网络

2.1 SimCLR

SimCLR的原理非常简单，输入一个图像，对该图像先进行数据增强得到不同的两个图象，然后经过encoder进行特征提取，分别得到hi和hj，在经过一个MLP得到最终的向量Zi和Zj。训练好后得到一个特征提取器Encoder，这样在用到下游任务上时训练速度精度都会更好。

训练过程的batchsize为8192，所以需要的硬件条件比较苛刻。训练时输入经过数据增强的数据，将其他8191个样本作为负样本，原图的数据增强图作为正样本。对输出的向量算余弦相似度，对角线上的值接近一。