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Reasoning like Humans: On Dynamic Attention Prior in Image Captioning

一言以蔽之：引入前一时序的注意力（ADP），引入 整个句子作为输入（LLC），以基本相同的参数和算量，实现CIDER-D提升2.32%

Abstract & Conclusion

1. most conventional deep attention models perform attention operations for each block/step independently，which neglects prior knowledge obtained by previous steps.

2. we propose a novel method — DYnamic Attention PRior (DY-APR)， which Attention Distribution Prior+Local Linguistic Context→dynamic attention aggregation

Introduction

以往的注意力模型，多是独立针对block/step的，这导致了两个问题：

1.如果注意力是独立学习的（没有先验），则在全参数空间搜索的结果并不是很精准

2.需要大的数据集（ps：imgae net 沦为小数据集了）

我们发现‘高频共生词有更高的概率出现在同一个句子’（ps：应该是基于...的假设，熊猫和熊出现在一起的概率很高么？）提出了本地语境（语言先验）有助于词汇预测，又因为全局注意力机制易过平滑，我们又引入了基于前时序的先验。

注意力分配先验，ADP：

受仿生启发（逐步从一堆东西中找出感兴趣的而不是直接关注细节），由上层的注意力分布作为下层的归纳偏差（记为上层先验），上层先验和当前层注意力通过门机制一动态融合，门机制二用来平衡门机制一引入的噪音。如图

本地语境，LLC：

词嵌入向量由一组定长块组成（e.g. 512维向量=16组32维向量），第一个#C 块作为本地语境，由前一时序获得，记为 shift-through-time chunck ，再跟着一个由当前时序词嵌入线性转换获得的块。反向传播的时候带着本地语境一起更新，记为‘‘local–global attention’

RW & Preliminaries ，略

Method

ADP:

$A=\frac{QK^T}{\sqrt[2](d_k)}$    注意力分数

$A^l_{agg}=\sigma(\alpha^l)A^l+(1-\sigma(\alpha^l))A^{l-1}_de$     门机制一（融合注意）

其中$\alpha$ 是l层的权重直接由梯度下降更新，$\sigma$是门，使用了sigmoid，$A^l_{agg}$是l层的融合得分

$A^l_{de}=\sigma(\beta^l)A^l_{agg}$    门机制二（滤波）

其中$\beta$类似$\alpha$，$A^l_{de}$为去噪得分，即最终的注意力得分。作者解释门机制一假设上层注意力与当前层注意力一致，而不同层的注意力也可能不一致，即噪音，为此引入门机制二用来滤波

LLC:

在预测t+1时序的时候，传统模型考虑了t时序的token，而这里考虑到了全序列。

first #C chunks ————由t-1时序获得

the following chunks——由t时序获得

最后拼接二者作为输入

因为共用了线性映射的参数，所以整个过程是没有参数开销的。（ps：唉，小老板，这钵怎么说）

t时序l层输入I时，公式如

$l_t=Concat(O_{t-1}W^c,O_tW^e)$

其中I输入，O输出，W权重，角标为背景/嵌入

训练逐步的从纯静态词转为全动态词。

Training objectives

懒得打公式了

Experiments

数据集用的COCO，提取这块是ImageNet+Visual Genome

（ps：和VinVL差距还是比较大的）

效果图截了一部分意思下。作者给的评价是解决了更多UNK标识，而且更流畅

消融实验：

ADP:

LLC:

这个图的意思是说用了LLC之后，注意力的分布更集中，而且峰值变得更高了。

FLOPs and parameters:

Visualization：

Human evaluation：肯定变好了呗

Limitation：co-occurrence带来的数据偏差。

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