[已解决]transformer在多模态的应用

Sherrill_L

@FishC
介绍一下transformer在基于多模态数据的计算机辅助诊断方面的应用

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FishC

2023-12-15 11:07:32

在基于多模态数据的计算机辅助诊断中，Transformer模型可以用于处理和融合不同类型的数据，比如图像、文本、声音等。下面以一个示例来介绍Transformer在这方面的应用。

假设我们有一个医学辅助诊断任务，输入数据是一张病人的心电图和相关的文字描述。我们希望通过分析这些数据，预测病人是否患有心脏病。

首先，我们需要将心电图和文字描述转化为模型可以理解的向量表示。对于心电图，我们可以使用卷积神经网络（CNN）来提取特征；对于文字描述，我们可以使用循环神经网络（RNN）或Transformer模型。

接下来，我们使用两个独立的Transformer编码器分别处理心电图和文字描述。每个编码器将输入序列转换为上下文感知的向量序列，并且保持输入序列中元素的相对顺序。这使得我们可以获取到每个模态数据的语义信息。

在得到两个模态数据的向量表示后，我们可以使用Attention机制来融合它们。具体来说，我们可以计算心电图和文字描述之间的注意力权重，然后将它们应用于各自的向量表示上。这样，我们就能够捕捉到模态之间的相关性和重要性。

最后，我们将融合后的向量输入到一个全连接层来进行分类，预测病人是否患有心脏病。

以下是一个简化的示例代码：

1. import torch
2. import torch.nn as nn
3. from torch.nn import TransformerEncoder, TransformerEncoderLayer
5. class MultiModalTransformer(nn.Module):
6.     def __init__(self, d_model, nhead, num_modalities):
7.         super(MultiModalTransformer, self).__init__()
8.         encoder_layers = TransformerEncoderLayer(d_model, nhead)
9.         self.transformer_encoder = TransformerEncoder(encoder_layers, num_modalities)
10.         self.fc = nn.Linear(d_model, 2)  # 2 classes for heart disease prediction
11.    
12.     def forward(self, electrocardiogram, text_description):
13.         # Encoder for electrocardiogram sequence
14.         encoding_electrocardiogram = self.transformer_encoder(electrocardiogram)
15.         
16.         # Encoder for text description sequence
17.         encoding_text_description = self.transformer_encoder(text_description)
18.         
19.         # Attention mechanism
20.         attention_weights = torch.matmul(encoding_electrocardiogram, encoding_text_description.transpose(-2, -1))
21.         attention_electrocardiogram = torch.matmul(attention_weights, encoding_text_description)
22.         attention_text_description = torch.matmul(attention_weights.transpose(-2, -1), encoding_electrocardiogram)
23.         
24.         # Concatenate the modalities and feed into fully connected layer for classification
25.         output = self.fc(torch.cat([attention_electrocardiogram, attention_text_description], dim=-1))
26.         return output

复制代码

注意，上面的代码只是一个示例，实际应用中需要根据具体任务的需求进行调整和优化。

希望以上解答对你有帮助！

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FishC

在基于多模态数据的计算机辅助诊断中，Transformer模型可以用于处理和融合不同类型的数据，比如图像、文本、声音等。下面以一个示例来介绍Transformer在这方面的应用。

假设我们有一个医学辅助诊断任务，输入数据是一张病人的心电图和相关的文字描述。我们希望通过分析这些数据，预测病人是否患有心脏病。

首先，我们需要将心电图和文字描述转化为模型可以理解的向量表示。对于心电图，我们可以使用卷积神经网络（CNN）来提取特征；对于文字描述，我们可以使用循环神经网络（RNN）或Transformer模型。

接下来，我们使用两个独立的Transformer编码器分别处理心电图和文字描述。每个编码器将输入序列转换为上下文感知的向量序列，并且保持输入序列中元素的相对顺序。这使得我们可以获取到每个模态数据的语义信息。

在得到两个模态数据的向量表示后，我们可以使用Attention机制来融合它们。具体来说，我们可以计算心电图和文字描述之间的注意力权重，然后将它们应用于各自的向量表示上。这样，我们就能够捕捉到模态之间的相关性和重要性。

最后，我们将融合后的向量输入到一个全连接层来进行分类，预测病人是否患有心脏病。

以下是一个简化的示例代码：

1. import torch
2. import torch.nn as nn
3. from torch.nn import TransformerEncoder, TransformerEncoderLayer
5. class MultiModalTransformer(nn.Module):
6.     def __init__(self, d_model, nhead, num_modalities):
7.         super(MultiModalTransformer, self).__init__()
8.         encoder_layers = TransformerEncoderLayer(d_model, nhead)
9.         self.transformer_encoder = TransformerEncoder(encoder_layers, num_modalities)
10.         self.fc = nn.Linear(d_model, 2)  # 2 classes for heart disease prediction
11.    
12.     def forward(self, electrocardiogram, text_description):
13.         # Encoder for electrocardiogram sequence
14.         encoding_electrocardiogram = self.transformer_encoder(electrocardiogram)
15.         
16.         # Encoder for text description sequence
17.         encoding_text_description = self.transformer_encoder(text_description)
18.         
19.         # Attention mechanism
20.         attention_weights = torch.matmul(encoding_electrocardiogram, encoding_text_description.transpose(-2, -1))
21.         attention_electrocardiogram = torch.matmul(attention_weights, encoding_text_description)
22.         attention_text_description = torch.matmul(attention_weights.transpose(-2, -1), encoding_electrocardiogram)
23.         
24.         # Concatenate the modalities and feed into fully connected layer for classification
25.         output = self.fc(torch.cat([attention_electrocardiogram, attention_text_description], dim=-1))
26.         return output

复制代码

注意，上面的代码只是一个示例，实际应用中需要根据具体任务的需求进行调整和优化。

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Sherrill_L

FishC 发表于 2023-12-15 11:07
在基于多模态数据的计算机辅助诊断中，Transformer模型可以用于处理和融合不同类型的数据，比如图像、文本 ...

除了attention融合，还有哪些最新的融合多模态的方式

FishC

Sherrill_L 发表于 2023-12-15 14:12
除了attention融合，还有哪些最新的融合多模态的方式

除了注意力机制（Attention）融合多模态数据，还有一些最新的融合方式。以下列举了几种常见的方法：

1. 深度融合模型（Deep Fusion Model）：这种方法通过将不同模态的特征映射到同一个低维空间，然后在该空间中对特征进行融合。常见的做法是使用共享权重的深度神经网络，例如多层感知机（MLP）或卷积神经网络（CNN），来学习模态间的相关性和权重。

2. 级联融合（Cascade Fusion）：这种方法将不同模态的特征分别输入到各自的模型中进行处理，然后将它们的输出连接在一起，在后续层级中进行进一步的融合和决策。例如，可以使用一个模型处理图像特征，另一个模型处理文本特征，然后将它们的输出连接并输入到一个分类器中。

3. 抗干扰融合（Robust Fusion）：这种方法关注的是如何处理不同模态数据之间的噪声和干扰。例如，可以使用降噪技术来消除图像中的噪声，或者使用文本处理方法来处理具有错误拼写或语法错误的文本。这样可以提高多模态融合模型的鲁棒性和性能。

4. 增强学习融合（Reinforcement Learning Fusion）：这种方法使用增强学习算法来学习多模态数据的融合策略。通过设计适当的奖励函数和状态表示，模型可以学习如何有效地利用不同模态数据的信息，并进行决策。

需要注意的是，选择合适的多模态融合方法取决于具体的任务需求和数据特点。针对不同的问题，可能需要尝试不同的方法并进行实验评估才能确定最佳的融合方式。

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Sherrill_L

FishC 发表于 2023-12-15 11:07
在基于多模态数据的计算机辅助诊断中，Transformer模型可以用于处理和融合不同类型的数据，比如图像、文本 ...

3种模态的数据利用transformer模型要如何融合

FishC

Sherrill_L 发表于 2023-12-15 15:11
3种模态的数据利用transformer模型要如何融合

在利用Transformer模型融合多模态数据之前，我们需要确保每个模态的数据已经编码成了适合Transformer模型输入的向量表示。然后我们可以使用以下几种方法来融合这些向量表示：

1. 拼接融合（Concatenation Fusion）：将每个模态的向量表示按照某个维度进行拼接，形成一个更长的向量。例如，如果每个模态的向量表示的维度分别为d1、d2和d3，那么拼接后的向量表示的维度将为d1 + d2 + d3。然后，我们可以将拼接后的向量输入到一个全连接层或其他模型中进行进一步处理。

2. 加权平均融合（Weighted Average Fusion）：为每个模态的向量表示分配一个权重，然后对所有模态的向量表示进行加权平均。权重可以通过注意力机制来学习得到，也可以手动指定。加权平均融合的优势在于可以灵活地控制每个模态的重要性。

3. 注意力融合（Attention Fusion）：使用注意力机制来计算每个模态之间的相关性，并根据相关性将各个模态的向量表示进行加权融合。具体来说，我们可以使用Transformer模型中的自注意力机制（self-attention）来计算每个模态的注意力权重，然后将这些权重应用于相应的向量表示上。注意力融合可以更准确地捕捉到不同模态之间的关系。

需要注意的是，以上方法只是一些常见的融合策略，具体选择哪种方法应根据实际任务和数据特点来决定。另外，对于每个模态的向量表示，你可能需要选择合适的网络结构或特征提取器来生成它们。希望这些信息能对你有所帮助！

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Sherrill_L

FishC 发表于 2023-12-15 15:11
在利用Transformer模型融合多模态数据之前，我们需要确保每个模态的数据已经编码成了适合Transformer模型 ...

使用注意力融合3种模态的数据，代码怎么写

FishC

Sherrill_L 发表于 2023-12-15 15:14
使用注意力融合3种模态的数据，代码怎么写

以下是使用注意力融合融合三种模态数据的示例代码：

1. import torch
2. import torch.nn as nn
4. class AttentionFusion(nn.Module):
5.     def __init__(self, d_model):
6.         super(AttentionFusion, self).__init__()
7.         
8.         self.attention = nn.Sequential(
9.             nn.Linear(d_model, 1),
10.             nn.Softmax(dim=-1)
11.         )
13.     def forward(self, modal1, modal2, modal3):
14.         # Calculate attention weights for each modality
15.         attn_weights1 = self.attention(modal1)
16.         attn_weights2 = self.attention(modal2)
17.         attn_weights3 = self.attention(modal3)
18.         
19.         # Apply attention weights to modality representations
20.         fused_modal = (attn_weights1 * modal1) + (attn_weights2 * modal2) + (attn_weights3 * modal3)
21.         
22.         return fused_modal

复制代码

在这个示例中，我们首先定义了一个`AttentionFusion`的类，它继承自`nn.Module`。在构造函数中，我们定义了一个由线性层和softmax激活函数组成的注意力机制。`d_model`参数表示模态向量的维度。

在`forward`方法中，我们计算了每个模态向量表示的注意力权重。然后，我们将注意力权重应用于各自的模态向量表示上。最后，我们将融合后的向量返回作为输出。

需要注意的是，上述代码仅仅是一个示例，实际应用中你可能需要根据具体任务的需求进行调整和优化，例如增加更多的模态输入，调整注意力机制的结构等。同时，你也可以根据自己的需要对注意力权重进行进一步处理，例如使用更复杂的注意力机制，或者手动指定模态的权重。希望这能帮助到你！

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Sherrill_L

解释一下High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models这篇论文的原理
@FishC

FishC

Sherrill_L 发表于 2023-12-20 13:04
解释一下High-Resolution Image Synthesis with Laten ...

嗨！"High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models" 这篇论文主要探讨了一种利用潜在扩散模型生成高分辨率图像的方法。

首先，让我们来解释一下潜在扩散模型（Latent Diffusion Models）。这个模型是一种生成模型，它通过在一个连续的潜在空间中描述数据的变化来生成图像。在这个模型中，每个图像被看作是从一个能连续变化的低分辨率图像逐步扩散演化而来的。潜在扩散模型的目标是学习一个随机过程，该过程可以引导我们将低分辨率图像转化为高分辨率图像。

具体来说，论文中的方法使用了一个变分自编码器（Variational Autoencoder）来学习图像数据的潜在表示。该变分自编码器包括一个编码器和一个解码器。编码器将图像输入映射到潜在空间中的一个分布，解码器则将潜在空间的采样映射回原始图像空间。

在训练过程中，作者使用了潜在空间的扩散过程来模拟图像生成的过程。这个扩散过程可以看作是从低分辨率图像到高分辨率图像的逐步转变。训练过程中的每一步，作者都会从数据集中随机选择一些图像，并将它们编码成潜在空间的向量。然后，在潜在空间中进行扩散操作，通过对潜在向量添加一些噪声来模拟图像的渐进生成过程。最后，解码器将扩散后的潜在向量映射回图像空间，得到生成的图像。

为了更好地控制图像生成的质量和多样性，作者还引入了一个潜在空间温度参数，用于控制噪声的强度。通过调整这个参数，我们可以获得不同质量和多样性的图像生成结果。

总的来说，这篇论文提出了一种新颖的方法来生成高分辨率图像，利用潜在扩散模型在潜在空间中进行渐进生成。通过在训练过程中模拟图像的渐进生成过程，该方法可以生成更具细节和逼真感的图像。

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Sherrill_L

FishC 发表于 2023-12-20 13:05
嗨！"High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models" 这篇论文主要探讨了一种利用潜在 ...

classifer-free guidance是什么，怎么获得的

FishC

Sherrill_L 发表于 2023-12-20 13:34
classifer-free guidance是什么，怎么获得的

"Classifier-free guidance"是指在生成模型中，在没有使用分类器的情况下，通过其他方式来指导生成过程的技术。传统上，在生成模型中，我们通常会使用分类器作为一种监督信号来指导生成器生成符合给定类别的样本。但是，"classifier-free guidance"采用了其他方法来指导生成器生成所需的样本，而不依赖于分类器。

通常，"classifier-free guidance"可以通过以下几种方式获得：

1. 无监督学习：在无监督学习中，我们仅仅使用数据自身的结构和特征来指导生成过程。例如，对于图像生成任务，可以使用自编码器或变分自编码器来学习数据的潜在表示，并通过在潜在空间中进行插值或扰动来生成新的样本。

2. 强化学习：在强化学习中，我们可以使用奖励信号来指导生成过程。通过定义一个适当的奖励函数，我们可以让生成器生成符合要求的样本。例如，在图像生成任务中，我们可以设计一个奖励函数，根据生成图像的质量和多样性来评估生成器，然后根据奖励信号来优化生成器的参数。

3. 注意力机制：注意力机制可以帮助生成模型选择并集中于特定的特征或区域。通过在生成过程中引入注意力机制，我们可以指导生成器生成特定样式、纹理或局部细节。例如，在图像生成任务中，我们可以使用注意力机制来控制生成器在不同区域的绘制强度。

总而言之，"classifier-free guidance"是一种在生成模型中，在没有使用分类器的情况下，通过无监督学习、强化学习或注意力机制等方式指导生成过程的技术。它为生成模型提供了更灵活和多样性的生成方式。

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Sherrill_L

@FishC 改写这段话：
在理论研究方面，学校图书馆订阅了大量的电子刊物全文数据库，如ACM、IEEE、Springer、Wiley等，可以方便地获取国内外最新的文献资料，为本项目的理论研究提供充分的科研资料。以上高性能计算资源和科研资料为本项目的顺利实施提供了有力的前提保障。

FishC

Sherrill_L 发表于 2024-01-02 18:01
@FishC 改写这段话：
在理论研究方面，学校图书馆订 ...

嘿！在理论方面，学校图书馆订阅了一大堆电子刊物全文数据库，像ACM、IEEE、Springer、Wiley之类的。这些数据库可以方便地获取国内外最新的文献资料，完美满足我们对理论研究的需求。所以说，我们的项目在理论方面有充足的科研资料作为支撑。另外，我们还有高性能计算资源和科研资料，它们为项目的顺利实施提供了强有力的前提保障。简而言之，我们所需要的一切都有了！

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Sherrill_L

@FishC write a reply to this comment:
"In all the experiments, 80% of the brain MRI slices are used for training, and the remainder part serves as the testing set."
This is a clear sign of a slice-level train-test split, an approach giving misleading outcomes due to the presence of data leakage between the two sets. The fundamental assumption for cross-validation or train/test split validity is the independence of the generated sets, an assumption severely compromised when dealing with slices coming from MRI volumes from individual patients. In such cases, slices extracted from the same volume display high correlation, violating the independence assumption. Consequently, a single slice may be allocated to the training set, while a nearly identical neighbouring slice may end up in the test set. This means that a high accuracy can be apparently attained even with no significant information about AD being extracted by the algorithm, but rather simply because for each test slice there is likely to be an almost identical copy that the network has seen during training.
Several recent publications have highlighted this issue (for example [1] and [2]). In particular, in [2] the authors demonstrated that incorrect slice-level splitting can inflate results by over 40%. For instance, employing random labelling of patients in an OASIS-derived dataset and implementing slice-level splits resulted in a misleading 96% accuracy, whereas subject-level split accuracy was 50%, as expected from a randomized experiment with two classes. To address this issue appropriately, it is crucial to ensure that all slices from an individual patient are exclusively allocated to either the training or test set - a practice known as subject-level split.

FishC

Sherrill_L 发表于 2024-01-31 13:37
@FishC write a reply to this comment:
"In all the ...

这是一种以切片为单位进行训练和测试的方法，但它存在数据泄漏问题，可能导致结果误导。交叉验证或训练/测试集合的有效性基本假设是生成的集合是独立的，但对于来自个别患者MRI体积的切片，则会严重破坏这一假设。在这种情况下，来自同一体积的切片具有高度相关性，违反了独立性假设。因此，一个切片可能被分配到训练集，而一个几乎相同的邻近切片可能被分配到测试集。这意味着即使算法对AD提取的信息不显著，仅仅是因为对于每个测试切片，网络很可能已经在训练中见过几乎相同的副本，也可以表现出较高的准确性。

最近的一些文献已经强调了这个问题（例如[1]和[2]）。特别是在[2]中，作者证明了错误的切片级别划分可以使结果膨胀超过40%。例如，在一个源自OASIS的数据集上实施随机标记患者并实施切片级别划分导致了一个误导性的96%准确率，而从一个具有两类的随机实验中预期的主体级别划分准确率为50%。为了适当地解决这个问题，关键是确保将来自同一患者的所有切片专门分配到训练或测试集合中，这被称为主体级别划分。

根据这个问题，你可以考虑使用主体级别划分进行训练和测试。可以根据具体需求对数据集进行处理，确保每个患者的所有切片都分配到同一集合中。这样，切片之间的相关性将不再影响结果的准确性。请参考下面的示例代码：

1. # 首先，按照患者标识对数据进行排序
   
2. sorted_data = sorted(data, key=lambda x: x.patient_id)
   
3. 
   
4. # 然后，按照主体级别划分将切片分配到训练和测试集合中
   
5. train_set = []
   
6. test_set = []
   
7. 
   
8. current_patient = sorted_data[0].patient_id
   
9. for slice in sorted_data:
   
10.     if slice.patient_id == current_patient:
    
11.         train_set.append(slice)
    
12.     else:
    
13.         test_set.append(slice)
    
14.         current_patient = slice.patient_id
    
15. 
    
16. # 接下来，可以使用train_set进行训练，test_set进行测试

复制代码

这样，您可以避免切片级别划分导致的数据泄漏问题，确保训练和测试集合的独立性，从而得到更准确的结果。

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Sherrill_L

@FishC Reply to the comment without additional experiment:

Given the comments above, I believe the paper has major flaws that make it unsuitable for publication. The concern about the slice-level vs subject-level split means that the results have little practical value for AD classification. It looks like an interesting machine learning exercise that uses tha data without really understanding them, automatically making assumptions (like IID data) that clearly do not hold in practice.
Incidentally, reading [3] (rather than treating the data as a "Kaggle competition") one learns that the scoring of the level of dementia is based on the CDR scale, specifically "the CDR is a dementia-staging instrument that rates subjects for impairment [...] based on the collateral source and subject interview". As one can easily gather, asking and observing people is an intrinsically noisy process and therefore a certain level of "teacher noise" should be expected, i.e. a 99% accuracy is unrealistic. One should expect a much higher error rate, especially between neighbouring classes; in other words while one could somewhat believe a 9x% accuracy between no-dementia and moderate-dementia, it's highly unlikely that the same level can be achieved between mild- and very-mild-dementia and this should have prompted the authors to double-check their results.

FishC

Sherrill_L 发表于 2024-01-31 14:41
@FishC Reply to the comment without additional exp ...

@User

您的评论中提到了一些关于这篇论文的主要缺陷，这使得它不适合发表。关于切片级别和受试者级别的分割的担忧意味着结果在AD分类方面的实际价值很小。看起来这是一个有趣的机器学习练习，使用数据而没有真正理解数据，自动做出了一些假设（比如独立同分布的数据），而这些假设在实践中显然是不成立的。

此外，阅读第三篇论文（而不是把数据当作“Kaggle竞赛”）可以了解到，评估痴呆程度的得分是基于CDR量表的，具体地说，“CDR是一种评估痴呆阶段的工具，根据背景资料和受访者访谈对受试者进行评分”。正如大家都知道的，询问和观察人是一个本质上带有噪声的过程，因此应该预期会有一定水平的“教师误差”，即99%的准确率是不现实的。我们应该期望有更高的错误率，特别是在邻近类别之间；换句话说，虽然人们可能相信无痴呆和中度痴呆之间有一个9x%的准确率，但在轻度和非常轻度痴呆之间很难达到相同的水平，这应该促使作者对他们的结果进行仔细检查。

我认为您的评论提出了一些重要的问题，需要作者进一步研究和改进。

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Sherrill_L

@FishC rephrase it:
The Internet of Things (IoT) is a system generally
comprising a large number of distributed mobile
terminals embedded with sensors. IoT applications
are typically found in several felds, such as sports,
agriculture, commerce, households, and medical
care. In recent years, IoT has developed rapidly as
it can minimize the effort with high accuracy, and
effectively reduce time by predicting the outlook
in a better way. Integrating IoT devices with actuators and sensors into gadget-like appliances and
machines can introduce automation to almost
every feld.

FishC

Sherrill_L 发表于 2024-02-06 13:38
@FishC rephrase it:
The Internet of Things (IoT)  ...

The Internet of Things (IoT) is a fancy term for a system that consists of many wireless devices with built-in sensors. These devices can be found in various fields like sports, agriculture, commerce, households, and medical care. In simple terms, IoT allows us to connect different objects and control them remotely. For example, you can control your home's lights or temperature using your smartphone or monitor the health of your plants from a distance. The best part is that IoT can make our lives easier by automating tasks and predicting future trends accurately. So, by integrating IoT devices into everyday items like appliances and machines, we can bring automation to almost any area of our lives. Cool, right?

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