使用python代码实现beit模型图片的编码部分

由于 BEiT 模型的图片编码部分采用了 Vision Transformer（ViT）的结构，因此我们可以借鉴 ViT 的代码实现 BEiT 的图片编码部分。

以下是用 PyTorch 实现 BEiT 图片编码部分的代码：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F


class PatchEmbedding(nn.Module):
    def __init__(self, img_size=224, patch_size=16, in_channels=3, embed_dim=768):
        super().__init__()
        self.img_size = img_size
        self.patch_size = patch_size
        self.in_channels = in_channels
        self.embed_dim = embed_dim
        self.num_patches = (img_size // patch_size) ** 2
        self.proj = nn.Conv2d(in_channels, embed_dim, kernel_size=patch_size, stride=patch_size)

    def forward(self, x):
        x = self.proj(x)  # (batch_size, embed_dim, num_patches ** 0.5, num_patches ** 0.5)
        x = x.flatten(2)
        x = x.transpose(-1, -2)
        return x


class BEiTImageEncoder(nn.Module):
    def __init__(self, img_size=224, patch_size=16, in_channels=3, embed_dim=768, num_layers=12, num_heads=12,
                 mlp_ratio=4.0):
        super().__init__()
        self.patch_embed = PatchEmbedding(img_size=img_size, patch_size=patch_size, in_channels=in_channels,
                                          embed_dim=embed_dim)
        self.pos_embed = nn.Parameter(torch.zeros(1, self.patch_embed.num_patches, embed_dim))
        self.cls_token = nn.Parameter(torch.zeros(1, 1, embed_dim))
        self.dropout = nn.Dropout(p=0.1)

        # Transformer Encoder
        self.transformer_encoder = nn.ModuleList()
        for _ in range(num_layers):
            self.transformer_encoder.append(
                nn.ModuleList([
                    nn.LayerNorm(embed_dim),
                    nn.MultiheadAttention(embed_dim, num_heads),
                    nn.Dropout(p=0.1),
                    nn.LayerNorm(embed_dim),
                    nn.Sequential(nn.Linear(embed_dim, mlp_ratio * embed_dim),
                                  nn.GELU(),
                                  nn.Dropout(p=0.1),
                                  nn.Linear(mlp_ratio * embed_dim, embed_dim),
                                  nn.Dropout(p=0.1))
                ])
            )

        self.apply(self.init_weights)

    def init_weights(self, module):
        if isinstance(module, nn.Conv2d):
            nn.init.kaiming_normal_(module.weight, mode='fan_out')
            nn.init.constant_(module.bias, 0)
        elif isinstance(module, nn.Linear):
            nn.init.normal_(module.weight, std=0.02)
            nn.init.constant_(module.bias, 0)
        elif isinstance(module, nn.LayerNorm):
            nn.init.constant_(module.bias, 0)
            nn.init.constant_(module.weight, 1.0)

    def forward(self, x):
        x = self.patch_embed(x)
        cls_token = self.cls_token.expand(x.shape[0], -1, -1)
        x = torch.cat((cls_token, x), dim=1)
        x = x + self.pos_embed
        x = self.dropout(x)

        for layer_norm_1, attn, dropout_1, layer_norm_2, mlp in self.transformer_encoder:
            x_res = x
            x = layer_norm_1(x)
            x, _ = attn(x, x, x)
            x = dropout_1(x)
            x = x_res + x
            x_res = x
            x = layer_norm_2(x)
            x = mlp(x)
            x = dropout_1(x)
            x = x_res + x

        return x[:, 0, :]

这个代码实现了 BEiT 的图片编码部分，即将输入图片通过 PatchEmbedding 编码为嵌入矩阵，然后将嵌入矩阵加上位置编码、CLS Token，并通过 Transformer Encoder 进行多层自注意力计算和 MLP 层的处理，最终输出 CLS Token 对应的嵌入向量作为图片的编码。

需要注意的是，BEiT 模型的图片编码部分与 ViT 模型的图片编码部分非常相似，只是在 Transformer Encoder 的层数、注意力头数和 MLP 隐藏层大小等参数上有所不同。因此，如果你已经实现了 ViT 的图片编码部分，那么实现 BEiT 的图片编码部分会非常简单。