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billzi2016/foundation-model-analysis

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Foundation Model Analysis

这个目录用于整理视觉基础模型、视觉 Transformer、多模态模型和自监督表示学习方法的结构解读与实验 Notebook。

内容重点包括:

  • 数据集加载与预处理流程
  • 模型结构拆解
  • 特征图或 token 变化分析
  • 训练、验证与预测代码
  • feature 提取与表示学习流程
  • 模型设计逻辑与论文对应关系

内容总览

经典监督视觉模型

序列建模

  • transformer-translation.ipynb

    • Multi30k 英德翻译数据集
    • Positional Encoding、Multi-head Self-Attention、Cross-Attention、Encoder-Decoder 结构、Greedy Decoding
  • gpt2-causal-lm.ipynb

    • TinyShakespeare,字符级语言模型
    • 可学习绝对位置 Embedding、Causal Self-Attention、GeLU MLP、Pre-LayerNorm
  • llama-causal-lm.ipynb

    • TinyShakespeare,字符级语言模型
    • RMSNorm、RoPE、GQA(Grouped Query Attention)、SwiGLU、Pre-Norm、温度采样

生成模型

  • ddpm-cifar10.ipynb

    • CIFAR-1032x32
    • 前向加噪过程、线性 Beta Schedule、U-Net 去噪网络、时间步嵌入、DDPM 采样算法
  • stable-diffusion.ipynb

    • 文本提示图像生成
    • VAE Encoder/Decoder、CLIP 文本编码、Latent Diffusion U-Net、调度器(PNDM/DDIM)、Classifier-Free Guidance

目标检测

  • yolo-object-detection.ipynb

    • COCO 类别,自然图像输入
    • YOLOv8 推理流程、CSP Backbone、PANet FPN Neck、检测头、NMS 后处理、边界框可视化
  • detr-object-detection.ipynb

    • COCO 类别,自然图像输入
    • ResNet-50 Backbone、Transformer Encoder/Decoder、Object Query、二分图匹配、Cross-Attention 可视化

多模态模型

自监督表示学习

  • simclr-cifar10.ipynb

    • CIFAR-10224x224
    • 双视图增强、projection head、NT-Xent / InfoNCE、线性评估
  • moco-cifar10.ipynb

    • CIFAR-10224x224
    • query/key encoder、momentum update、queue memory bank、InfoNCE
  • byol-cifar10.ipynb

    • CIFAR-10224x224
    • online/target network、predictor、BYOL loss、无负样本训练

运行环境

  • Python 3
  • PyTorch
  • torchvision
  • matplotlib
  • transformers
  • diffusers
  • datasets
  • ultralytics
  • pillow

可使用以下命令安装基础依赖:

pip install torch torchvision matplotlib transformers diffusers datasets ultralytics pillow

阅读路径

  1. 先看 AlexNet -> VGG16 -> ResNet18 -> DenseNet121,建立经典视觉模型演化脉络。
  2. 再看 ViT -> Swin Transformer,对比 CNN 和 Transformer 的视觉建模差异,以及全局 vs 窗口注意力。
  3. Transformer(翻译任务),理解 Encoder-Decoder 结构与序列生成原理。
  4. GPT-2 -> LLaMA,对比 Decoder-only 语言模型的演化(绝对 PE → RoPE,MHA → GQA,GeLU → SwiGLU)。
  5. DDPM -> Stable Diffusion,从基础扩散模型到潜在扩散生成流程。
  6. YOLO -> DETR,对比密集预测(Anchor-free)和集合预测(Transformer)两种检测范式。
  7. 最后看 CLIP,切到图文共同嵌入和零样本分类。
  8. SimCLR / MoCo / BYOL,对比自监督表示学习三种典型路线。

对应论文

经典监督视觉模型

序列建模

生成模型

目标检测

语言模型

多模态模型

自监督表示学习

说明

这里统一将 CIFAR-10 图像拉伸到 224x224,主要目的是让经典 CNN、ViT 和自监督模型在更接近标准视觉输入设定的条件下进行结构分析、特征分析和实现对比。

About

Notebook collection for analyzing vision foundation models, transformers, multimodal systems, and self-supervised representation learning workflows.

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