代码地址

1、create_dictionary.py

建立词典和使用预训练的glove向量

（1）create_dictionary()

  • 遍历每个question文件
  • 取出所关注的question部分，qs

  • 遍历qs，对每个问题的文本内容进行分词，并将分词结果添加到字典中，True表示添加新词而非索引
#创建词典#词典用于将文本数据中的单词映射到唯一的整数标识符def create_dictionary(dataroot):dictionary = Dictionary()questions = []files = ['v2_OpenEnded_mscoco_train2014_questions.json','v2_OpenEnded_mscoco_val2014_questions.json','v2_OpenEnded_mscoco_test2015_questions.json','v2_OpenEnded_mscoco_test-dev2015_questions.json']#遍历files列表中的每个文件for path in files:#将根目录dataroot与当前文件名path连接起来，得到每个问题文件的完整路径question_path = os.path.join(dataroot, path)#打开当前问题文件，加载其中的JSON数据，然后选择其中的question键对应的值qs = json.load(open(question_path))['questions']#遍历qsfor q in qs:#对每个问题的文本内容进行分词，并将分词结果添加到字典中，True表示将新词添加到词典中而非词的索引dictionary.tokenize(q['question'], True)return dictionary

（2）create_glove_embedding_init()

从预训练Glove词嵌入文件（glove.6B.300d.txt）中创建一个初始化权重矩阵

  • word2emb：存储从单词到词嵌入向量的映射
  • 读取Glove文件中的所有行，每一行包含一个单词及其对应的嵌入向量entries
  • 从第一行获取嵌入向量维度emb_dim
  • 创建一个与词汇表大小相同的零矩阵，用于存储嵌入向量的权重weights
  • 遍历Glove文件的每一行，entries->entry。获取当前单词word及嵌入向量的值（字符串->浮点数）。存储单词及其对应嵌入向量word2emb[word]
  • 遍历词汇表中每个单词（在word2emb中的）将对应嵌入向量赋值给初始化的权重矩阵
  • 返回weights、word2emb
#从预训练的Glove词嵌入文件中创建一个初始化权重矩阵def create_glove_embedding_init(idx2word, glove_file):word2emb = {} #用于存储从单词到嵌入向量的映射with open(glove_file, 'r',encoding='utf-8') as f:#读取Glove文件的所有行，每一行包含一个单词及其对应的嵌入向量entries = f.readlines()#从第一行获取嵌入向量的维度emb_dim = len(entries[0].split(' ')) - 1print('embedding dim is %d' % emb_dim)#创建一个与词汇表大小相同的零矩阵，该矩阵用于存储嵌入向量的权重weights = np.zeros((len(idx2word), emb_dim), dtype=np.float32)#遍历Glove文件的每一行for entry in entries:vals = entry.split(' ')word = vals[0]#获取当前行的单词vals = list(map(float, vals[1:]))#获取嵌入向量的值，从字符串值转换为浮点数word2emb[word] = np.array(vals)#将单词及其对应的嵌入向量存储在word2emb字典中#enumerate组合为一个索引序列，同时返回索引和元素#遍历词汇表中的每个单词for idx, word in enumerate(idx2word):#如果单词不在word2emb中，跳过if word not in word2emb:continue#否则，将词汇表中每个单词的嵌入向量赋值给初始化的权重矩阵weights[idx] = word2emb[word]#返回初始化的权重矩阵和单词到嵌入向量的映射return weights, word2emb



（3）main

  • 创建词典，并保存到指定路径dump_to_file
  • 加载词典对象(load_from_file)，设置嵌入维度为300
  • 获取初始化权重和单词到嵌入向量的映射(create_glove_embedding_init())，保存至glove6b_init_300d.npy
#创建词典d = create_dictionary('D:/bottom-up-attention-vqa-master/data')#将创建的词典对象保存到指定路径下d.dump_to_file('D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/dictionary.pkl')#加载词典对象d = Dictionary.load_from_file('D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/dictionary.pkl')emb_dim = 300 #设置嵌入维度为300#'data/glove/glove.6B.300.txt'glove_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/glove/glove.6B.%dd.txt' % emb_dim#获取初始化权重矩阵和单词到嵌入向量的映射weights, word2emb = create_glove_embedding_init(d.idx2word, glove_file)#将初始化的权重矩阵保存到下列文件中np.save('D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/glove6b_init_%dd.npy' % emb_dim, weights)

2、compute_softscore.py

annotation部分的处理。

（1）main

  • 打开并加载JSON数据中的annotation部分（训练集答案信息、验证集答案信息）、question部分（训练集问题信息、验证集问题信息）
  • answers = train_answers + val_answers
  • filter_answers() :对答案数据集进行预处理和筛选，返回occurence
  • create_ans2label()：创建答案到标签的映射ans2label，标签到答案的映射label2ans，并保存为2个文件，返回答案到标签的映射ans2label
  • compute_target()：为数据集中的答案计算目标标签并保存，用于训练和评估模型
if __name__ == '__main__':train_answer_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/v2_mscoco_train2014_annotations.json'#打开并加载JSON数据中的annotations部分，其中包含训练集的答案信息train_answers = json.load(open(train_answer_file))['annotations']val_answer_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/v2_mscoco_val2014_annotations.json'#验证集的答案信息val_answers = json.load(open(val_answer_file))['annotations']#训练集的问题信息train_question_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/v2_OpenEnded_mscoco_train2014_questions.json'train_questions = json.load(open(train_question_file))['questions']#验证集的问题信息val_question_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/v2_OpenEnded_mscoco_val2014_questions.json'val_questions = json.load(open(val_question_file))['questions']answers = train_answers + val_answers#对答案数据集进行预处理及筛选，并返回一个字典occurenceoccurence = filter_answers(answers, 9)# 创建答案到标签的映射、标签到答案的映射，并保存为两个文件，返回答案到标签的映射ans2label = create_ans2label(occurence, 'trainval')compute_target(train_answers, ans2label, 'train')compute_target(val_answers, ans2label, 'val')

（2）filter_answers（answers_dest，min_occurence）

  • occurence 字典，键：预处理过的答案，值：包含该答案的问题ID的set集合
  • 遍历answers_dest中的每个答案 ans_entry

    answers = ans_entry[‘answer’]
    最常见的基准真值gtruth = ans_entry[‘multiple_choice_answer]
    preprocess_answer(gtruth)：对gtruth进行预处理
    若gtruth不在occurence中，第一次遇到这个答案，将gtruth作为字典的键，对应是一个空set集合
    将当前问题id ans_entry[‘question_id’]添加到occurence字典的键的set集合中
  • 遍历occurence字典的键（答案），移除出现次数小于min_occurence的答案及对应ID
  • 打印经过筛选后的occurence的长度
  • 返回occurence
#对答案数据集进行筛选，并返回一个字典occurencedef filter_answers(answers_dset, min_occurence):"""This will change the answer to preprocessed version"""#字典，键：预处理过的答案preprocess_answer()，值：包含该答案的问题ID的set集合occurence = {}#遍历answers_dest中的每个答案for ans_entry in answers_dset:answers = ans_entry['answers']gtruth = ans_entry['multiple_choice_answer']gtruth = preprocess_answer(gtruth)#对答案进行预处理#若gtrush不在occurence中，说明第一次遇到这个答案，将gtrush作为字典的键，对应的值是一个空的集合if gtruth not in occurence:occurence[gtruth] = set()occurence[gtruth].add(ans_entry['question_id'])#将当前问题id添加到occurence中gtruth为键的值set集合当中#遍历occurence字典的键（答案），移除出现次数小于min_occurence的答案及对应的问题IDfor answer in list(occurence.keys()):if len(occurence[answer]) < min_occurence:occurence.pop(answer)#打印经过筛选后的occurence的长度print('Num of answers that appear >= %d times: %d' % (min_occurence, len(occurence)))return occurence
a、preprocess_answer(answer)

对答案进行预处理

  • process_digit_article(process_punctuation(answer))
  • 移除答案中的逗号，返回answer
b、process_punctuation(inText)

处理输入文本中的标点符号

  • 遍历punct中定义好的每个符号
  • 若标点在inText的两侧或是千位分割符，删除该标点；否则，将标点替换成空格
  • 去除文本中的句号
  • 返回经过处理的文本
#处理输入文本中的标点符号def process_punctuation(inText):outText = inText#遍历punct中定义好的每一个标点符号for p in punct:#若该标点在inText的两侧或inText匹配定义好的comma_strip，则删除该标点if (p + ' ' in inText or ' ' + p in inText) \ or (re.search(comma_strip, inText) != None):outText = outText.replace(p, '')#否则，将标点替换为一个空格else:outText = outText.replace(p, ' ')#使用period_strip去除文本中的句号outText = period_strip.sub("", outText, re.UNICODE)#返回经过处理的文本return outText
c、process_digit_article(inText)

处理输入文本中的数字及冠词

  • 将inText转换为小写并拆分成单词 tempText
  • 遍历tempText中的每个单词
  • 若word在manual_map中，将数字单词映射为相应数字，否则，保持不变
  • 若word不是冠词，则添加到outText中，否则，跳过不处理
  • 遍历outText并获取wordId及word。若单词为缩写词，则替换为规范化文本
  • 将处理后的单词列表通过空格连成字符串
  • 返回outText
def process_digit_article(inText):outText = []#存储处理后的文本tempText = inText.lower().split()#将inText转换为小写，并拆分成单词#遍历tempText中的每个单词for word in tempText:#如果word在manual_map中，将其映射为相应的数字；否则，保持不变word = manual_map.setdefault(word, word)#若word不是冠词，则添加到outText列表中；否则，跳过不处理if word not in articles:outText.append(word)else:pass#遍历outText并获取wordId及wordfor wordId, word in enumerate(outText):#如果单词为缩写词，则替换为规范化文本if word in contractions:outText[wordId] = contractions[word]#将处理后的单词列表通过空格连接成一个字符串outText = ' '.join(outText)return outText

（3）create_ans2label（occurence，name，cache_root）

  • ans2label：存储答案到标签的映射的字典，label2ans：存储标签到答案的列表。label=0 标签计数器
  • 遍历occurence字典中每个答案
    将ans添加到label2ans列表中
    将ans映射到当前label，存储在ans2label字典中
    标签计数器label递增
  • 使用pickle序列化将ans2label、label2ans存储到对应文件中，返回ans2label
#创建答案到标签的映射，并保存为两个文件def create_ans2label(occurence, name, cache_root='D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/cache'):"""Note that this will also create label2ans.pkl at the same timeoccurence: dict {answer -> whatever}name: prefix of the output filecache_root: str"""ans2label = {}#存储答案到标签的映射label2ans = []#存储标签到答案的映射label = 0#初始化一个标签计数器#遍历occurence字典中的每个答案for answer in occurence:label2ans.append(answer)#将答案添加到label2ans列表中ans2label[answer] = label#将答案映射到当前标签，存储在ans2label字典中label += 1#标签计数器递增utils.create_dir(cache_root)#创建一个目录，确保存储文件的目录存在cache_file = os.path.join(cache_root, name+'_ans2label.pkl')#构建存储映射的文件路径pickle.dump(ans2label, open(cache_file, 'wb'))#使用pickle序列化将ans2label存储到对应文件中cache_file = os.path.join(cache_root, name+'_label2ans.pkl')pickle.dump(label2ans, open(cache_file, 'wb'))#返回存储答案到标签的映射字典return ans2label

（4）compute_target(answers_dest,ans2label,name,cache_root)

为数据集中的答案计算目标标签，并将计算得到的标签信息保存到文件中，标签信息用于训练和评估模型

  • taeget：空列表，存储目标标签

  • 遍历answers_dest中每个答案ans_entry
    answers = ans_entry[‘answers’]是一个包含10个元素的list
    answer_count：字典，记录每个答案出现次数
    遍历当前答案answers中的所有答案answer，获取具体答案answer_，将答案出现的次数记录在answer_count字典中
    列表:标签labels 分数scores
    遍历answer_count中的每个答案，若不在已创建的ans2label中，跳过当前答案；否则，将答案映射到标签，并添加到labels中，根据答案出现的次数计算分数score，将分数添加到scores列表中
    将问题id、图像id、labels、scores组成一个字典并添加到target列表中

  • 将target保存到文件当中，返回target

#出现次数越多的答案，分数越高def get_score(occurences):if occurences == 0:return 0elif occurences == 1:return 0.3elif occurences == 2:return 0.6elif occurences == 3:return 0.9else:return 1#为数据集中的答案计算目标标签，并将计算得到的标签信息保存到文件中，标签信息用于训练和评估模型def compute_target(answers_dset, ans2label, name, cache_root='E:/bottom-up-attention-vqa-master/data/cache'):"""Augment answers_dset with soft score as label***answers_dset should be preprocessed***Write result into a cache file 结果写入缓存文件"""target = []#创建一个空列表，用于存储计算得到的目标标签#遍历answers_dest中的每个答案数据项ans_entryfor ans_entry in answers_dset:answers = ans_entry['answers']answer_count = {} #创建一个空字典，用于记录每个答案的出现次数#遍历当前答案中的所有答案for answer in answers:answer_ = answer['answer']#获取answer的具体内容#将答案出现的次数记录在answer_count字典中answer_count[answer_] = answer_count.get(answer_, 0) + 1#创建两个空列表，用于存储标签和对应的分数labels = []scores = []#遍历answer_count中的每个答案for answer in answer_count:#如果答案不在已经创建的答案到标签的映射中，跳过当前答案if answer not in ans2label:continue#否则，将答案映射到标签，并添加到labels列表中labels.append(ans2label[answer])score = get_score(answer_count[answer])#根据答案出现的次数计算一个分数scores.append(score)#将分数添加到scores列表中#将整个过程得到的信息（问题id、图像id、标签列表、分数列表）组成一个字典，并添加到target列表中target.append({'question_id': ans_entry['question_id'],'image_id': ans_entry['image_id'],'labels': labels,'scores': scores})utils.create_dir(cache_root)cache_file = os.path.join(cache_root, name+'_target.pkl')pickle.dump(target, open(cache_file, 'wb'))return target

结合一段实际案例，理解上述这段代码：

# 定义答案数据集（answers_dset），答案到标签的映射（ans2label）answers_dset = [{'question_id': 1, 'image_id': 101, 'answers': [{'answer': 'yes'}, {'answer': 'yes'}, {'answer': 'no'}]},{'question_id': 2, 'image_id': 102, 'answers': [{'answer': 'dog'}, {'answer': 'cat'}, {'answer': 'dog'}]},# ... 其他答案数据项]ans2label = {'yes': 0, 'no': 1, 'dog': 2, 'cat': 3}# 调用 compute_target 函数计算目标标签和分数target = compute_target(answers_dset, ans2label, 'example')# 打印结果print("Target Information:")for entry in target:print(f"Question ID: {entry['question_id']}, Image ID: {entry['image_id']}")print("Labels: ", entry['labels'])print("Scores: ", entry['scores'])print("--------------------------")

输入结果如下图所示：

3、detection_features_converter.py

  • 创建2个HDF5文件对象h_train、h_val，以写入模式打开
  • 从train_ids_file、val_ids_file文件（图像id数据），打开并加载其中保存的数据到train_imgids、val_imgids
  • 字典 train_indices 、val_indices存储图像ID到特征索引的映射关系
  • 创建训练集、验证集的图像特征、图像边框信息、空间特征信息的数据集
  • train_counter、val_counter初始化为0
  • 打开tsv文件进行读取
    从tsv文件中读取每一行，并将其解析为字典FIELDNAMES

    a、进行一些数据类型转换
    b、bboxes：每行代表一个边界框，每列：左上角x坐标、左上角y坐标、右下角x坐标、右下角y坐标
    box_width、box_height分别表示边界框宽、高度，归一化后为scaled_width、scaled_height
    左上角坐标归一化后为scaled_x、scaled_y
    c、将上述数据进行维度扩展，便于拼接
    d、生成空间特征：归一化后的左上角x、y坐标 右下角x、y坐标、边界框宽度、高度
    e、根据图像ID的归属（是否在训练集或验证集中），将处理后的数据存储到相应的HDF5中

以train_imgids为例

  • 从train_imgids中移除当前的image_id
  • 将image_id映射到train_counter，训练集当前图像索引train_indice
  • train_img_bb的第train_counter行存储当前的边界框信息
  • train_img_features存储图像特征信息
  • train_spatial_img_features存储空间特征信息（这些信息存储在HDF5文件中）
  • train_counter加一

最后，将图像ID到索引的映射关系保存成文件（train36_imgid2idx.pkl），即可以通过该文件确定图像ID对应的特征信息存储在HDF5文件的第train_counter行。

"""读取一个预训练的bottom-up attention 特征的TSV文件，并将其存储为HDF5格式。同时，将{图像ID：特征索引}映射存储为一个pickle文件HDF5文件的层次结构如下：{'image_features':num_images * num_boxes *2048 的特征数组'image_bb':num_images * num_boxes *4 的边界框数组}"""FIELDNAMES = ['image_id', 'image_w', 'image_h', 'num_boxes', 'boxes', 'features']infile = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/trainval_36/trainval_resnet101_faster_rcnn_genome_36.tsv'train_data_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/train36.hdf5'val_data_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/val36.hdf5'train_indices_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/train36_imgid2idx.pkl'val_indices_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/val36_imgid2idx.pkl'train_ids_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/train_ids.pkl'val_ids_file = 'D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/val_ids.pkl'feature_length = 2048num_fixed_boxes = 36if __name__ == '__main__':#使用h5py库创建两个HDF5文件对象：h_train、h_val，并以写入模式打开这两个文件h_train = h5py.File(train_data_file, "w")h_val = h5py.File(val_data_file, "w")#检查文件系统中是否存在train_ids_file和val_ids_file（此时已存在）if os.path.exists(train_ids_file) and os.path.exists(val_ids_file):#若存在，打开这两个文件并加载其中保存的数据到train_imgids、val_imgidstrain_imgids = pickle.load(open(train_ids_file,'rb'))val_imgids = pickle.load(open(val_ids_file,'rb'))else:#否则，从相应目录中加载图像ID数据，并保存到对应文件中train_imgids = utils.load_imageid('data/train2014')val_imgids = utils.load_imageid('data/val2014')pickle.dump(train_imgids, open(train_ids_file, 'wb'))pickle.dump(val_imgids, open(val_ids_file, 'wb'))#创建两个空字典，用于存储图像ID到特征索引的映射关系train_indices = {}val_indices = {}#训练集图像特征、图像边框信息、空间特征信息的数据集train_img_features = h_train.create_dataset('image_features', (len(train_imgids), num_fixed_boxes, feature_length), 'f')train_img_bb = h_train.create_dataset('image_bb', (len(train_imgids), num_fixed_boxes, 4), 'f')train_spatial_img_features = h_train.create_dataset('spatial_features', (len(train_imgids), num_fixed_boxes, 6), 'f')#验证集图像特征、图像边框信息、空间特征信息的数据集val_img_bb = h_val.create_dataset('image_bb', (len(val_imgids), num_fixed_boxes, 4), 'f')val_img_features = h_val.create_dataset('image_features', (len(val_imgids), num_fixed_boxes, feature_length), 'f')val_spatial_img_features = h_val.create_dataset('spatial_features', (len(val_imgids), num_fixed_boxes, 6), 'f')train_counter = 0val_counter = 0print("reading tsv...")#打开tsv文件infile以进行读写with open(infile, "r") as tsv_in_file:#从tsv文件中读取每一行，并将其解析为一个字典，字段名由FIELDNAMES定义reader = csv.DictReader(tsv_in_file, delimiter='\t', fieldnames=FIELDNAMES)#对每一行数据进行处理for item in reader:#转换数据类型item['num_boxes'] = int(item['num_boxes'])image_id = int(item['image_id'])image_w = float(item['image_w'])image_h = float(item['image_h'])#从tsv文件中读取包含边界框信息的base64编码字符串中解析出一个二维float32类型的numpy数组bboxes，# 行数为item['num_boxes']，列数根据数据长度自动计算bboxes = np.frombuffer(base64.decodebytes(item['boxes'].encode()),dtype=np.float32).reshape((item['num_boxes'], -1))#boxes是一个二维数组，每行代表一个边界框，每列包含该边界框的不同属性#列：左上角x坐标、左上角y坐标、右下角x坐标、右下角y坐标#切片bboxes[:,2]表示选取所有行中的第3列数据，即右下角x坐标box_width = bboxes[:, 2] - bboxes[:, 0]#边界框宽度box_height = bboxes[:, 3] - bboxes[:, 1]#边界框高度#宽度和高度的归一化scaled_width = box_width / image_wscaled_height = box_height / image_h#左上角点的x和y坐标想对于图像宽度和高度的归一化值scaled_x = bboxes[:, 0] / image_wscaled_y = bboxes[:, 1] / image_h#扩展维度，(n)的一维数组转换为形状为(n,1)的二维数组box_width = box_width[..., np.newaxis]box_height = box_height[..., np.newaxis]scaled_width = scaled_width[..., np.newaxis]scaled_height = scaled_height[..., np.newaxis]scaled_x = scaled_x[..., np.newaxis]scaled_y = scaled_y[..., np.newaxis]#生成空间特征，将下列数组沿着第二个轴（列轴）进行拼接#包含归一化的x坐标、y坐标、右下角x坐标、右下角y坐标、宽度和高度，皆为用于描述边界框的空间特征spatial_features = np.concatenate((scaled_x, scaled_y, scaled_x + scaled_width, scaled_y + scaled_height, scaled_width, scaled_height),axis=1)#根据图像ID的归属（是否在训练集或验证集中），将处理后的数据存储到相应的HDF5数据集中if image_id in train_imgids:train_imgids.remove(image_id)#从train_imgids中移除当前的image_idtrain_indices[image_id] = train_counter#将image_id映射到train_counter，即训练集中当前图像的索引train_img_bb[train_counter, :, :] = bboxes #将边界框信息存储到train_img_bb数据集的第train_counter行train_img_features[train_counter, :, :] = np.frombuffer(base64.decodebytes(item['features'].encode()),dtype=np.float32).reshape((item['num_boxes'], -1))train_spatial_img_features[train_counter, :, :] = spatial_featurestrain_counter += 1elif image_id in val_imgids:val_imgids.remove(image_id)val_indices[image_id] = val_counterval_img_bb[val_counter, :, :] = bboxesval_img_features[val_counter, :, :] = np.frombuffer(base64.decodebytes(item['features'].encode()),dtype=np.float32).reshape((item['num_boxes'], -1))val_spatial_img_features[val_counter, :, :] = spatial_featuresval_counter += 1else:assert False, 'Unknown image id: %d' % image_idif len(train_imgids) != 0:print('Warning: train_image_ids is not empty')if len(val_imgids) != 0:print('Warning: val_image_ids is not empty')#将图像ID到索引的额映射关系保存到文件系统中pickle.dump(train_indices, open(train_indices_file, 'wb'))pickle.dump(val_indices, open(val_indices_file, 'wb'))h_train.close()h_val.close()print("done!")

4、main.py

  • parse_args()解析命令行参数：epochs、num_hid、model、output、batch_size、seed
  • 设置pytorch的随机种子，生成随机数、pytorch在cuda设备上的随机种子，启动cudnn库的benchmark模式，根据输入数据的大小、硬件性能等自动选择最优算法提高速度
  • 加载词典 dictionary
  • 构造VQAFeatureDataset并初始化train_dest、eval_deat
  • 使用给定数据集和隐藏层维度获取并实例化模型对象（base_model->build_baseline0_newatt）
  • 加载预训练词嵌入权重，初始化文本嵌入器w_emb
  • 数据并行处理，GPU加速
  • 创建用于训练、评估的数据加载器
  • 开始训练
#解析命令行参数def parse_args():parser = argparse.ArgumentParser()#创建命令行参数#添加命令行参数的定义parser.add_argument('--epochs', type=int, default=30)parser.add_argument('--num_hid', type=int, default=1024)parser.add_argument('--model', type=str, default='baseline0_newatt')parser.add_argument('--output', type=str, default='D:/bottom-up-attention-vqa-master/saved_models/exp0')parser.add_argument('--batch_size', type=int, default=512)parser.add_argument('--seed', type=int, default=1111, help='random seed')args = parser.parse_args()return argsif __name__ == '__main__':args = parse_args()#设置pytorch的随机种子，用于生成随机数torch.manual_seed(args.seed)#设置pytorch在cuda设备上的随机种子torch.cuda.manual_seed(args.seed)#启动cudnn库的benchmark模式，会根据输入数据的大小和硬件性能自动选择最优的算法来提高速度，以加速深度学习计算torch.backends.cudnn.benchmark = True#从文件中加载词典dictionary = Dictionary.load_from_file('D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/dictionary.pkl')#构造VQAFeatureDataset对象并初始化train_dset = VQAFeatureDataset('train', dictionary)eval_dset = VQAFeatureDataset('val', dictionary)batch_size = args.batch_sizeconstructor = 'build_%s' % args.model#动态获取类并实例化得到的模型对象，使用给定的数据集和隐藏层维度model = getattr(base_model, constructor)(train_dset, args.num_hid).cuda()model.w_emb.init_embedding('D:/bottom-up-attention-vqa-master/data/glove6b_init_300d.npy')model = nn.DataParallel(model).cuda()train_loader = DataLoader(train_dset, batch_size, shuffle=True, num_workers=0)eval_loader =DataLoader(eval_dset, batch_size, shuffle=True, num_workers=0)train(model, train_loader, eval_loader, args.epochs, args.output)

5、dataset.py

（1）Dictionary

  • 构造函数 word2idx：将词映射到索引（字典）；idx2word：将索引映射回词（列表）
  • ntoken()返回词典中词的数量
  • padding_idx()返回词典中词的数量，用作特殊标记的索引，表示填充索引从该位置开始
  • tokenize() 将句子分词
    小写
    去除。？将’’s’替换为‘ ‘s’，便于更好分离
    使用空格分割句子，得到单词列表 sentence ->words
    tokens 空列表，存储分词
    根据add_word，True则将新词添加到词典中；False将返回词的索引
  • dump_to_file()将包含word2idx和idx2word的列表保存到文件中，dictionary.pkl
  • load_from_file()从文件中加载词典
  • add_word()将新单词添加到idx2word、word2idx
class Dictionary(object):#类的构造函数，用于初始化词典def __init__(self, word2idx=None, idx2word=None):#word2idx:将词映射到索引的字典#idx2word：将索引映射回词的列表#如果没有提供这些参数，默认是空字典和空列表if word2idx is None:word2idx = {}if idx2word is None:idx2word = []self.word2idx = word2idxself.idx2word = idx2word@property#返回词典中词的数量def ntoken(self):return len(self.word2idx)@property#返回词典中特殊标记（padding标记）的索引#返回词典中词的数量，用作特殊标记的索引，表示新词的索引将从该位置开始def padding_idx(self):return len(self.word2idx)#将句子分词def tokenize(self, sentence, add_word):sentence = sentence.lower()#将句子转换为小写#去除逗号、问号、将'\'s'替换为' \'s'，以便更好地分割's与其他单词sentence = sentence.replace(',', '').replace('" />, '').replace('\'s', ' \'s')words = sentence.split()#使用空格分割句子，得到一个单词的列表tokens = [] #空列表，存储分词#根据add_word选择将新词添加到词典中，还是返回词的索引if add_word:for w in words:tokens.append(self.add_word(w))else:for w in words:tokens.append(self.word2idx[w])return tokens#将包含word2idx和idx2word的列表保存到文件中def dump_to_file(self, path):pickle.dump([self.word2idx, self.idx2word], open(path, 'wb'))print('dictionary dumped to %s' % path)@classmethod#从文件中加载词典def load_from_file(cls, path):print('loading dictionary from %s' % path)word2idx, idx2word = pickle.load(open(path, 'rb'))#创建新的词典示例，并使用加载的映射关系进行初始化d = cls(word2idx, idx2word)#cls，特殊变量表示当前的类return d#返回新创建的词典实例#将新单词添加到idx2word、word2idx中def add_word(self, word):if word not in self.word2idx:self.idx2word.append(word)self.word2idx[word] = len(self.idx2word) - 1return self.word2idx[word]def __len__(self):return len(self.idx2word)

（2）VQAFeatureDataset

a、构造函数
  • 初始化ans2label、label2ans、num_ans_candidates（答案候选数量）、dictionary、img_id2idx、features、spatials、v_dim、s_dim
  • 调用load_dataset函数加载问题-答案的条目列表
  • 调用**tokenize()**分词
  • 调用**tensorize()**转换为tensor格式
#类的初始化方法def __init__(self, name, dictionary, dataroot='D:/bottom-up-attention-vqa-master/data'):#通过super()调用父类的构造函数super(VQAFeatureDataset, self).__init__()#断言，确保name的值在指定列表['train','val']中，若不在，将引发AssertionError异常assert name in ['train', 'val']#构建文件路径ans2label_path = os.path.join(dataroot, 'cache', 'trainval_ans2label.pkl')label2ans_path = os.path.join(dataroot, 'cache', 'trainval_label2ans.pkl')#从文件中加载ans2label和label2ans的映射关系self.ans2label = pickle.load(open(ans2label_path, 'rb'))self.label2ans = pickle.load(open(label2ans_path, 'rb'))self.num_ans_candidates = len(self.ans2label)#初始化答案候选数量，即答案到标签映射关系中的标签数量self.dictionary = dictionary#初始化img_id到idx的映射关系self.img_id2idx = pickle.load(open(os.path.join(dataroot, '%s36_imgid2idx.pkl' % name),'rb+'))print('loading features from h5 file')#构建HDF5文件路径h5_path = os.path.join(dataroot, '%s36.hdf5' % name)#使用h5py库打开HDF5文件并读取图像特征和空间特征with h5py.File(h5_path, 'r') as hf:self.features = np.array(hf.get('image_features'))self.spatials = np.array(hf.get('spatial_features'))#调用_load_dataset()函数加载问题-答案的条目列表self.entries = _load_dataset(dataroot, name, self.img_id2idx)self.tokenize()#分词self.tensorize()#转换为tensor格式#获取图像特征的维度和空间特征的维度#索引2可以获取第三大维度的大小self.v_dim = self.features.size(2)#2048self.s_dim = self.spatials.size(2)#6
b、load_dataset()

加载数据集中的问题和答案信息，并生成一个包含特定字段的条目列表

  • 加载问题JSON数据，并按照question_id排序questions
  • 加载目标标签target，并按question_id排序answers
  • 检查问题-答案数量是否相等
  • entries ：条目列表
  • 遍历questions、answers，构建条目列表create_entry()
#加载数据集中的问题和答案信息，并生成一个包含特定字段的条目列表def _load_dataset(dataroot, name, img_id2val):"""加载条目img_id2val：字典{img_id ->val} val可用于检索图像或特征dataroot： 数据集的根路径name: ’train','val'"""#构建问题文件路径question_path = os.path.join(dataroot, 'v2_OpenEnded_mscoco_%s2014_questions.json' % name)#加载问题JSON数据并按照question_id进行排序questions = sorted(json.load(open(question_path))['questions'], key=lambda x: x['question_id'])#构建目标标签文件路径answer_path = os.path.join(dataroot, 'cache', '%s_target.pkl' % name)#加载目标标签并按照question_id进行排序answers = pickle.load(open(answer_path, 'rb'))answers = sorted(answers, key=lambda x: x['question_id'])#检查问题和答案的数量是否相等utils.assert_eq(len(questions), len(answers))#创建一个空的条目列表entries = []#遍历问题和答案，构建条目列表for question, answer in zip(questions, answers):#检查问题和答案的标识符是否匹配utils.assert_eq(question['question_id'], answer['question_id'])utils.assert_eq(question['image_id'], answer['image_id'])img_id = question['image_id']#获取img_id#使用_create_entry函数创建一个条目，并添加到条目列表中entries.append(_create_entry(img_id2val[img_id], question, answer))return entries
  • 构建条目列表，其中answer字段是target去除question_id、image_id，即包含labels、scores
#创建包含特定字段的字典entry，用于表示一个问题-回答对应的条目def _create_entry(img, question, answer):#移除answer字典中image_id和question_id字段answer.pop('image_id')answer.pop('question_id')entry = {'question_id' : question['question_id'],'image_id': question['image_id'],'image' : img,'question': question['question'],'answer': answer}return entry
c、tokenize()
#分词def tokenize(self, max_length=14):"""Tokenizes the questions.This will add q_token in each entry of the dataset.-1 represent nil, and should be treated as padding_idx in embedding"""for entry in self.entries:#将问题进程分词，不添加新词汇到词典中，返回词的索引tokens = self.dictionary.tokenize(entry['question'], False)#根据指定最大长度max_length截断或填充分词列表tokens = tokens[:max_length]if len(tokens) < max_length:# Note here we pad in front of the sentencepadding = [self.dictionary.padding_idx] * (max_length - len(tokens))tokens = padding + tokensutils.assert_eq(len(tokens), max_length)entry['q_token'] = tokens

6、base_model.py

#基础模型class BaseModel(nn.Module):'''构造函数，初始化，接收6个参数：w_emb：文本嵌入器q_emb：问题嵌入器v_att：视觉注意力模块q_net：问题网络v_net：视觉网络classifier：分类器'''def __init__(self, w_emb, q_emb, v_att, q_net, v_net, classifier):super(BaseModel, self).__init__()self.w_emb = w_embself.q_emb = q_embself.v_att = v_attself.q_net = q_netself.v_net = v_netself.classifier = classifierdef forward(self, v, b, q, labels):"""Forwardv: [batch, num_objs, obj_dim]视觉特征b: [batch, num_objs, b_dim]边界框特征q: [batch_size, seq_length]问题特征return: logits, not probs"""q = torch.tensor(q).to(torch.int64)w_emb = self.w_emb(q)#将问题特征q转换为文本嵌入q_emb = self.q_emb(w_emb) # [batch, q_dim]通过问题嵌入去将文本嵌入转换为问题嵌入att = self.v_att(v, q_emb)#计算视觉特征v关于问题嵌入q_emb的注意力权重att#将注意力权重与视觉特征逐元素相乘，每个对象的加权视觉特征进行求和，得到视觉嵌入v_emb = (att * v).sum(1) # [batch, v_dim]q_repr = self.q_net(q_emb)#使用问题网络对问题嵌入转换为问题表示v_repr = self.v_net(v_emb)joint_repr = q_repr * v_repr#对问题表示和视觉表示逐元素相乘，得到联合表示logits = self.classifier(joint_repr)return logitsdef build_baseline0(dataset, num_hid):w_emb = WordEmbedding(dataset.dictionary.ntoken, 300, 0.0)q_emb = QuestionEmbedding(300, num_hid, 1, False, 0.0)v_att = Attention(dataset.v_dim, q_emb.num_hid, num_hid)q_net = FCNet([num_hid, num_hid])v_net = FCNet([dataset.v_dim, num_hid])classifier = SimpleClassifier(num_hid, 2 * num_hid, dataset.num_ans_candidates, 0.5)return BaseModel(w_emb, q_emb, v_att, q_net, v_net, classifier)#基准模型def build_baseline0_newatt(dataset, num_hid):#词嵌入层初始化，将单词映射到300维的嵌入空间w_emb = WordEmbedding(dataset.dictionary.ntoken, 300, 0.0)#问题嵌入层初始化q_emb = QuestionEmbedding(300, num_hid, 1, False, 0.0)#注意力机制初始化v_att = NewAttention(dataset.v_dim, q_emb.num_hid, num_hid)#问题网络初始化，将问题特征映射到num_hid维隐藏空间q_net = FCNet([q_emb.num_hid, num_hid])# 视觉网络初始化，将视觉特征映射到num_hid维隐藏空间v_net = FCNet([dataset.v_dim, num_hid])#分类器初始化classifier = SimpleClassifier(num_hid, num_hid * 2, dataset.num_ans_candidates, 0.5)return BaseModel(w_emb, q_emb, v_att, q_net, v_net, classifier)

7、language_model.py

#词嵌入层，WoedEmbedding类，继承自nn.Moduleclass WordEmbedding(nn.Module):"""Word EmbeddingThe ntoken-th dim is used for padding_idx, which agrees *implicitly*with the definition in Dictionary.词嵌入第ntoken维度用于填充索引(padding_idx),这与字典（Dictionary）中的定义隐含一致"""#构造函数：ntoken:词汇表大小、emb_dim:词嵌入维度、dropout:dropout层的概率def __init__(self, ntoken, emb_dim, dropout):super(WordEmbedding, self).__init__()#调用父类nn.Module的构造函数#创建Embedding层，将输入整数序列转换为词嵌入表示#标记为padding_idx的位置被视为填充标记self.emb = nn.Embedding(ntoken+1, emb_dim, padding_idx=ntoken)#创建dropout层，用于在训练过程中随机丢弃部分神经元，以防止过拟合self.dropout = nn.Dropout(dropout)self.ntoken = ntoken#将输入词汇表的大小存储为类的属性self.emb_dim = emb_dim#将输入的词嵌入维度存储为类的属性#初始化词嵌入层的权重def init_embedding(self, np_file):#从numpy文件加载预训练的词嵌入权重，并将其转换为pytorch张量weight_init = torch.from_numpy(np.load(np_file))#断言确保加载的权重与词汇表大小和词嵌入维度匹配assert weight_init.shape == (self.ntoken, self.emb_dim)#将加载的权重赋值给词嵌入层的权重，只覆盖词汇表大小范围内的部分#data[:self.notoken]:切片操作，取列表data的前self.ntoken个元素self.emb.weight.data[:self.ntoken] = weight_init#定义前向传播方法，接收输入x并返回词嵌入表示def forward(self, x):#x = torch.tensor(x).to(torch.int64)emb = self.emb(x)#将输入x传递给词嵌入层，获取词嵌入表示emb = self.dropout(emb)#对词嵌入表示应用dropout操作，随机丢弃部分神经元return emb#QuestionEmbedding类，继续自nn.Module#将输入的问题序列进行嵌入，可以选择性地返回整个序列或仅仅返回最后一个时间步的嵌入，捕捉序列信息class QuestionEmbedding(nn.Module):#构造函数，初始化'''接收系列参数如下：in_dim：输入维度num_hid：隐藏单元数量nlayers：层数bidirect：是否双向dropout：Dropout层的概率rnn_type：RNN类型，默认为GRU'''def __init__(self, in_dim, num_hid, nlayers, bidirect, dropout, rnn_type='GRU'):"""Module for question embedding"""super(QuestionEmbedding, self).__init__()#调用父类构造函数#断言确保RNN类型为LSTM或GRU，避免输入错误的RNN类型assert rnn_type == 'LSTM' or rnn_type == 'GRU'rnn_cls = nn.LSTM if rnn_type == 'LSTM' else nn.GRU#根据指定的RNN类型选择相应的Pytorch RNN类#创建RNN层，根据构造函数中的参数配置#batch_first=True表示输入的第一个维度是批次大小self.rnn = rnn_cls(in_dim, num_hid, nlayers,bidirectional=bidirect,dropout=dropout,batch_first=True)self.in_dim = in_dimself.num_hid = num_hidself.nlayers = nlayersself.rnn_type = rnn_typeself.ndirections = 1 + int(bidirect)#是否双方设置方向的数量#初始化RNN的隐藏状态，接收一个参数batch表示批次大小def init_hidden(self, batch):# just to get the type of tensor#self.parameters()返回模型中所有参数的迭代器#next()获取这个迭代器的下一个元素，即模型的第一个参数#.data属性用于访问参数的底层数据，即包含实际权重值的张量#weight = next(self.parameters()).data#获取模型的第一个参数（权重）并访问其底层数据（tensor），返回模型参数的数据部分weight = 0weight = torch.tensor(weight,dtype=torch.float32)weight = weight.cuda()#计算RNN中隐藏状态的形状#三元组：（层数*方向数，批次大小，隐藏单元数量）hid_shape = (self.nlayers * self.ndirections, batch, self.num_hid)if self.rnn_type == 'LSTM':#若是LSTM模型，返回包含LSTM的隐藏状态和细胞状态，零初始化#Variable：包装张量#weight.new(*hid_shape)：使用模型参数（权重），通过new创建与模型参数相同类型和设备的新张量，形状为hid_shape,_zero()表示将所有元素都设置为零return (Variable(weight.new(*hid_shape).zero_()),Variable(weight.new(*hid_shape).zero_()))else:#GRU模型，返回GRU的隐藏状态return Variable(weight.new(*hid_shape).zero_())#前向传播def forward(self, x):# x: [batch, sequence, in_dim]batch = x.size(0)#获取输入的批次大小hidden = self.init_hidden(batch)#初始化RNN的隐藏状态self.rnn.flatten_parameters()#将参数展平#将输入序列x和隐藏状态传递给RNN，获取输出和更新后的隐藏状态output, hidden = self.rnn(x, hidden)#单向RNN，返回最后一个时间步的输出if self.ndirections == 1:return output[:, -1]#双向RNNforward_ = output[:, -1, :self.num_hid]#获取最后一个时间步的前向部分的输出backward = output[:, 0, self.num_hid:]#获取第一个时间步的后向部分的输出return torch.cat((forward_, backward), dim=1)#将前向和后向的输出在维度1上进行连接，并返回结果#返回所有时间步的输出def forward_all(self, x):# x: [batch, sequence, in_dim]batch = x.size(0)hidden = self.init_hidden(batch)self.rnn.flatten_parameters()output, hidden = self.rnn(x, hidden)return output

8、attention.py

#注意力机制class Attention(nn.Module):'''构造函数，初始化,接收以下三个参数：v_dim：视觉特征维度q_dim：问题特征维度num_hid：隐藏层维度'''def __init__(self, v_dim, q_dim, num_hid):super(Attention, self).__init__()#调用父类nn.Module的构造函数#创建全连接网络FCNet，用于处理拼接视觉特征和问题特征的输入self.nonlinear = FCNet([v_dim + q_dim, num_hid])#指定输入和输出的维度#创建一个带有权重标准化的线性层，用于将处理后的输入映射为注意力权重#nn.Linear(num_hid,1)指定输入和输出的维度#dim=None表示对所有权重进行标准化self.linear = weight_norm(nn.Linear(num_hid, 1), dim=None)#前向传播方法：接收视觉特征v和问题特征q，并返回注意力权重def forward(self, v, q):"""v: [batch, k, vdim]q: [batch, qdim]"""logits = self.logits(v, q)#调用logits方法计算未经softmax处理的注意力得分w = nn.functional.softmax(logits, 1)#对得分进行归一化，得到最终的注意力权重return w#计算注意力得分def logits(self, v, q):num_objs = v.size(1)#获取视觉特征中对象的数量#q.unsqueeze(1)，在张量q的第一维上增加一个维度[batch,1,q_dim]，便于与v进行拼接操作#repeat(1,num_objs,1)对张量进行复制，变为[batch,num_objs,q_dim]q = q.unsqueeze(1).repeat(1, num_objs, 1)vq = torch.cat((v, q), 2)#在第3维上进行拼接，将视觉特征和问题特征合并在一起[batch,num_objs,q_dim+v_dim]joint_repr = self.nonlinear(vq)#将拼接后的特征输入到全连接网络中进行处理，得到联合表示logits = self.linear(joint_repr)#将联合表示输入到线性层中，得到注意力得分，未经softmax处理return logits#新的注意力机制class NewAttention(nn.Module):'''构造函数，初始化，接收4个参数v_dim：视觉特征维度q_dim：问题特征维度num_hid：隐藏层的维度dropout：Dropout层的概率，默认为0.2'''def __init__(self, v_dim, q_dim, num_hid, dropout=0.2):super(NewAttention, self).__init__()#调用父类nn.Module的构造函数self.v_proj = FCNet([v_dim, num_hid])#全连接层处理视觉特征，投影到隐藏层的维度self.q_proj = FCNet([q_dim, num_hid])#全连接层处理问题特征，投影到隐藏层的维度self.dropout = nn.Dropout(dropout)#dropout层，在训练时随机丢失部分神经元，以防止过拟合#创建一个带有权重标准化的线性层，用于将处理后的问题特征映射为注意力得分（标量）self.linear = weight_norm(nn.Linear(q_dim, 1), dim=None)def forward(self, v, q):"""v: [batch, k, vdim]q: [batch, qdim]"""logits = self.logits(v, q) #计算注意力得分w = nn.functional.softmax(logits, 1) #使用softmax函数将注意力得分转换为注意力权重，得到归一化的权重分布return w #返回注意力权重#计算注意力得分的函数，接受视觉特征v和问题特征qdef logits(self, v, q):batch, k, _ = v.size()v_proj = self.v_proj(v) # v_dim ->num_hid ->[batch,k,num_hid] #将视觉特征投影到隐藏层的维度q_proj = self.q_proj(q).unsqueeze(1).repeat(1, k, 1) #q_dim -> num_dim ->[batch,k,num_hid]，便于和视觉特征对齐joint_repr = v_proj * q_proj #逐元素乘法，点乘joint_repr = self.dropout(joint_repr)logits = self.linear(joint_repr) #得注意力得分return logits

8、fc.py

#非线性全连接网络FCNet，用于处理输入数据class FCNet(nn.Module):"""Simple class for non-linear fully connect network"""#构造函数，接受参数dimsdef __init__(self, dims):#调用父类构造函数super(FCNet, self).__init__()layers = []#创建一个空列表，用于存储网络的层#遍历输入维度和输出维度列表，创建线性层和激活函数的序列for i in range(len(dims)-2):in_dim = dims[i]#获取当前层的输入维度out_dim = dims[i+1]#获取当前层的输出维度#添加带有权重归一化的线性层layers.append(weight_norm(nn.Linear(in_dim, out_dim), dim=None))#添加ReLU激活函数layers.append(nn.ReLU(inplace=False))#添加输出层的线性层，同样使用权重归一化layers.append(weight_norm(nn.Linear(dims[-2], dims[-1]), dim=None))layers.append(nn.ReLU(inplace=False))#添加输出层的ReLU激活函数#将层序列封装成nn.Sequential对象并赋值给类的main属性，main序列中定义了整个网络的前向传播过程self.main = nn.Sequential(*layers)#定义前向传播函数，接收x并返回网络的输出def forward(self, x):#将输入x通过网络的前向传播得到输出return self.main(x)if __name__ == '__main__':fc1 = FCNet([10, 20, 10])print(fc1)print('============')fc2 = FCNet([10, 20])print(fc2)

10、classifier.py

#简单分类器模型class SimpleClassifier(nn.Module):def __init__(self, in_dim, hid_dim, out_dim, dropout):super(SimpleClassifier, self).__init__()layers = [weight_norm(nn.Linear(in_dim, hid_dim), dim=None),#线性层，全连接层，权重标准化nn.ReLU(inplace=False),#ReLU激活函数nn.Dropout(dropout, inplace=False),#inplace表示原地操作，修改原始输入张量weight_norm(nn.Linear(hid_dim, out_dim), dim=None)]#创建一个序列容器，将之前定义的层按顺序组合起来形成整个模型self.main = nn.Sequential(*layers)def forward(self, x):logits = self.main(x)return logits

11、train.py

def instance_bce_with_logits(logits, labels):#断言确保输入的logits张量是二维的#若logits的维度是2，则程序继续执行；否则，触发AssertionError异常，中断程序执行assert logits.dim() == 2#计算二分类交叉熵损失loss = nn.functional.binary_cross_entropy_with_logits(logits, labels)loss = loss * labels.size(1)#将损失乘以真实标签的维度（通常是类别的数量），将损失值按照每个样本的平均损失进行缩放return loss#计算分类模型得分def compute_score_with_logits(logits, labels):#torch.max(logits,1)选择每行的最大值，返回的元组中的第一个元素是最大值，第二个元素的最大值对应的索引#[1]取得索引，.data取得数据的张量部分logits = torch.max(logits, 1)[1].data # argmax 找到预测的类别#创建一个与labels大小相同的全零张量，移动到GPU（若可用），用于存储独热编码one_hots = torch.zeros(*labels.size()).cuda()#logits.view(-1,1)将logits张量变形为一个列向量，列数为1，-1表示自动推断该维度大小#维度索引为1的指定位置赋值为1#创建一个独热编码，只有预测类别对应的位置上的值为1，其他位置都为0new_one_hots = torch.scatter(one_hots, 1, logits.view(-1, 1), 1)scores = (new_one_hots * labels)#按元素相乘，只有对应正确类别的位置上的值保留，其他位置都是0return scoresdef train(model, train_loader, eval_loader, num_epochs, output):utils.create_dir(output)#创建一个由output指定的目录optim = torch.optim.Adamax(model.parameters())#创建Adamax优化器logger = utils.Logger(os.path.join(output, 'log.txt'))#创建日志记录器对象best_eval_score = 0 #模型在验证集上的某个性能的最佳值#开始训练循环，循环次数为num_epochsfor epoch in range(num_epochs):#初始化训练过程中的总损失和总分数total_loss = 0train_score = 0t = time.time()#获取当前的时间戳#遍历训练数据集中的每个batchfor i, (v, b, q, a) in enumerate(train_loader):v = Variable(v).cuda()b = Variable(b).cuda()q = Variable(q).cuda()a = Variable(a).cuda()#v = v.float()#q = q.float()pred = model(v, b, q, a)#得到模型的预测loss = instance_bce_with_logits(pred, a)#计算二分类交叉熵损失loss.backward()# 反向传播，计算梯度nn.utils.clip_grad_norm(model.parameters(), 0.25)# 对梯度进行裁剪，防止梯度爆炸，所有参数的梯度的L2范数，指定阈值0.25optim.step()# 执行一步优化，更新模型参数optim.zero_grad()# 清零梯度，为下一个batch的梯度计算做准备batch_score = compute_score_with_logits(pred, a.data).sum()#计算当前batch的得分#loss.data[0]获取当前batch损失值，v.size(0)获取当前batch样本数total_loss = total_loss + loss.item() * v.size(0)train_score = train_score + batch_scoretotal_loss = total_loss / len(train_loader.dataset)#整个训练集上的平均损失train_score = 100 * train_score / len(train_loader.dataset)model.train(False)#评估模式eval_score, bound = evaluate(model, eval_loader)model.train(True)#训练模式#记录训练和评估过程中的一些信息，写入日志文件中logger.write('epoch %d, time: %.2f' % (epoch, time.time()-t))logger.write('\ttrain_loss: %.2f, score: %.2f' % (total_loss, train_score))logger.write('\teval score: %.2f (%.2f)' % (100 * eval_score, 100 * bound))#更新最佳得分并保存模型参数if eval_score > best_eval_score:model_path = os.path.join(output, 'model.pth')torch.save(model.state_dict(), model_path)best_eval_score = eval_scoredef evaluate(model, dataloader):score = 0 #评分upper_bound = 0 #最大可能评分num_data = 0 #处理的数据样本总数#遍历数据加载器中的每个batchfor v, b, q, a in iter(dataloader):#将v、b、q数据转换为pytorch变量并移动到GPU上v = Variable(v, volatile=True).cuda()b = Variable(b, volatile=True).cuda()q = Variable(q, volatile=True).cuda()pred = model(v, b, q, None)#使用模型进行预测，无需提供真实标签batch_score = compute_score_with_logits(pred, a.cuda()).sum()#计算当前batch的得分score = score + batch_score #累计分数#a.max(1)计算第一维度上的最大值，返回元组包含两个张量，第一个是每个样本的最大值，第二个是每个最大值的索引# [0].sum()表示对最大值进行求和upper_bound = upper_bound + (a.max(1)[0]).sum() #累计最大可能评分num_data = num_data + pred.size(0)#累计当前的样本数score = score / len(dataloader.dataset) #平均值upper_bound = upper_bound / len(dataloader.dataset) #最大可能得分平均值return score, upper_bound

12、最终复现结果：

epoch 0, time: 269.13train_loss: 9.98, score: 39.04eval score: 50.29 (92.66)epoch 1, time: 265.49train_loss: 3.96, score: 52.18eval score: 55.46 (92.66)epoch 2, time: 267.10train_loss: 3.61, score: 56.99eval score: 58.44 (92.66)epoch 3, time: 266.44train_loss: 3.39, score: 60.05eval score: 59.83 (92.66)epoch 4, time: 256.31train_loss: 3.24, score: 62.45eval score: 60.87 (92.66)epoch 5, time: 255.20train_loss: 3.11, score: 64.41eval score: 61.67 (92.66)epoch 6, time: 254.13train_loss: 3.00, score: 66.10eval score: 62.00 (92.66)epoch 7, time: 255.00train_loss: 2.91, score: 67.69eval score: 62.59 (92.66)epoch 8, time: 254.41train_loss: 2.82, score: 69.16eval score: 62.96 (92.66)epoch 9, time: 255.63train_loss: 2.74, score: 70.57eval score: 62.94 (92.66)epoch 10, time: 254.48train_loss: 2.67, score: 71.77eval score: 63.12 (92.66)epoch 11, time: 255.29train_loss: 2.60, score: 73.00eval score: 63.30 (92.66)epoch 12, time: 256.36train_loss: 2.54, score: 74.11eval score: 63.26 (92.66)epoch 13, time: 255.14train_loss: 2.48, score: 75.12eval score: 63.37 (92.66)epoch 14, time: 255.62train_loss: 2.42, score: 76.04eval score: 63.38 (92.66)epoch 15, time: 255.27train_loss: 2.37, score: 76.91eval score: 63.45 (92.66)epoch 16, time: 255.21train_loss: 2.32, score: 77.71eval score: 63.40 (92.66)epoch 17, time: 255.82train_loss: 2.28, score: 78.40eval score: 63.38 (92.66)epoch 18, time: 255.40train_loss: 2.24, score: 79.02eval score: 63.34 (92.66)epoch 19, time: 254.87train_loss: 2.20, score: 79.57eval score: 63.29 (92.66)epoch 20, time: 255.41train_loss: 2.16, score: 80.13eval score: 63.23 (92.66)epoch 21, time: 255.24train_loss: 2.13, score: 80.62eval score: 63.29 (92.66)epoch 22, time: 255.93train_loss: 2.09, score: 81.14eval score: 63.19 (92.66)epoch 23, time: 255.59train_loss: 2.06, score: 81.58eval score: 63.12 (92.66)epoch 24, time: 254.89train_loss: 2.03, score: 81.94eval score: 63.28 (92.66)epoch 25, time: 256.18train_loss: 2.00, score: 82.31eval score: 63.25 (92.66)epoch 26, time: 256.01train_loss: 1.98, score: 82.73eval score: 63.20 (92.66)epoch 27, time: 255.60train_loss: 1.95, score: 83.09eval score: 63.09 (92.66)epoch 28, time: 255.98train_loss: 1.93, score: 83.35eval score: 63.19 (92.66)epoch 29, time: 255.50train_loss: 1.90, score: 83.69eval score: 63.16 (92.66)