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cnn_bigru/models/multimodal_model.py

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-"""multimodal_model.py — Modelo multimodal CNN-BiGRU completo.
-
-Combina:
-    - CooperativeCNNBiGRU para texto (dual-stream A/B)
-    - ImageEncoder para modalidade visual
-    - AudioEncoder para modalidade auditiva
-    - MultimodalFusion com gated fusion
-    - Cabeçalho de classificação + cabeçalho de geração (LM head)
-
-Suporta dois modos:
-    mode="classify": retorna logits de classificação [B, num_classes]
-    mode="generate": retorna logits de LM [B, T, vocab_size] (autoregressivo)
-"""
-from __future__ import annotations
-
-import logging
-from typing import Optional
-
-import torch
-import torch.nn as nn
-import torch.nn.functional as F
-
-from .cooperative_bigru import CooperativeCNNBiGRU
-from .multimodal_encoders import ImageEncoder, AudioEncoder, MultimodalFusion
-
-logger = logging.getLogger(__name__)
-
-
-class MultimodalCNNBiGRU(nn.Module):
-    """Modelo multimodal completo: texto (dual A/B) + imagem + áudio.
-
-    Fluxo:
-        1. Texto A e Texto B -> CooperativeCNNBiGRU -> fused [B, 256]
-        2. Imagem -> ImageEncoder -> mean-pool -> [B, D_img]
-        3. Áudio  -> AudioEncoder -> mean-pool -> [B, D_aud]
-        4. Fusão multimodal -> [B, out_dim]
-        5. Classificação: Linear(out_dim, num_classes)
-        6. Geração (opcional): Linear(out_dim, vocab_size) autoregressivo
-    """
-
-    def __init__(
-        self,
-        vocab_size: int,
-        num_classes: int = 3,
-        embedding_dim: int = 64,
-        cnn_filters: int = 64,
-        gru_hidden: int = 64,
-        n_heads: int = 4,
-        dropout: float = 0.1,
-        pad_idx: int = 1,
-        img_channels: int = 1,
-        img_hidden: int = 32,
-        img_out_dim: int = 64,
-        audio_freq: int = 40,
-        audio_hidden: int = 32,
-        audio_out_dim: int = 64,
-        fusion_dim: int = 128,
-        use_spectral_norm: bool = False,
-    ):
-        super().__init__()
-        self.pad_idx = pad_idx
-        self.vocab_size = vocab_size
-        self.num_classes = num_classes
-
-        # Núcleo cooperativo de texto
-        self.text_core = CooperativeCNNBiGRU(
-            vocab_size=vocab_size,
-            embedding_dim=embedding_dim,
-            cnn_filters=cnn_filters,
-            gru_hidden=gru_hidden,
-            n_heads=n_heads,
-            dropout=dropout,
-            pad_idx=pad_idx,
-            use_spectral_norm=use_spectral_norm,
-        )
-        d_text = self.text_core.feat_dim * 2  # 256 (fused A+B = 256, *2 para foco)
-
-        # Encoders multimodais
-        self.image_encoder = ImageEncoder(
-            in_channels=img_channels,
-            out_dim=img_out_dim,
-            hidden_dim=img_hidden,
-        )
-        self.audio_encoder = AudioEncoder(
-            n_freq=audio_freq,
-            out_dim=audio_out_dim,
-            hidden_dim=audio_hidden,
-        )
-
-        # Pooling de imagem/áudio para vetor fixo
-        self.img_proj = nn.Linear(img_out_dim, img_out_dim)
-        self.aud_proj = nn.Linear(audio_out_dim, audio_out_dim)
-
-        # Fusão multimodal
-        self.fusion = MultimodalFusion(
-            d_text=d_text,
-            d_img=img_out_dim,
-            d_aud=audio_out_dim,
-            out_dim=fusion_dim,
-            dropout=dropout,
-        )
-
-        # Cabeçalho de classificação
-        self.classifier = nn.Linear(fusion_dim, num_classes)
-
-        # Cabeçalho de geração (LM head) — para modo autoregressivo
-        self.lm_head = nn.Linear(fusion_dim, vocab_size, bias=False)
-
-        # Dropout final
-        self.dropout = nn.Dropout(dropout)
-
-    def forward(
-        self,
-        input_ids_a: torch.Tensor,
-        input_ids_b: torch.Tensor,
-        images: Optional[torch.Tensor] = None,
-        audios: Optional[torch.Tensor] = None,
-        attn_mask_a: Optional[torch.Tensor] = None,
-        attn_mask_b: Optional[torch.Tensor] = None,
-        mode: str = "classify",
-    ) -> dict:
-        """
-        Args:
-            input_ids_a, input_ids_b: [B, T] tokens dos streams A e B
-            images: [B, C, H, W] ou None
-            audios: [B, 1, T, F] ou None
-            mode: "classify" | "generate"
-
-        Returns:
-            dict com logits (classificação ou geração) + features intermediárias
-        """
-        # 1. Núcleo cooperativo de texto
-        text_out = self.text_core(input_ids_a, input_ids_b, return_sequences=(mode == "generate"))
-        fused_text = text_out["fused"]  # [B, 256]
-
-        # 2. Imagem
-        if images is not None:
-            img_seq = self.image_encoder(images)  # [B, T_img, D_img]
-            img_feat = img_seq.mean(dim=1)         # [B, D_img]
-            img_feat = self.img_proj(img_feat)
-        else:
-            # Vetor zero se não houver modalidade
-            img_feat = torch.zeros(
-                fused_text.size(0), self.img_proj.out_features,
-                device=fused_text.device, dtype=fused_text.dtype,
-            )
-
-        # 3. Áudio
-        if audios is not None:
-            aud_seq = self.audio_encoder(audios)  # [B, T_aud, D_aud]
-            aud_feat = aud_seq.mean(dim=1)
-            aud_feat = self.aud_proj(aud_feat)
-        else:
-            aud_feat = torch.zeros(
-                fused_text.size(0), self.aud_proj.out_features,
-                device=fused_text.device, dtype=fused_text.dtype,
-            )
-
-        # 4. Fusão multimodal
-        fused = self.fusion(fused_text, img_feat, aud_feat)  # [B, fusion_dim]
-        fused = self.dropout(fused)
-
-        result = {
-            "fused": fused,
-            "text_out": text_out,
-            "img_feat": img_feat,
-            "aud_feat": aud_feat,
-        }
-
-        # 5. Cabeçalhos
-        if mode == "classify":
-            result["logits"] = self.classifier(fused)  # [B, num_classes]
-        elif mode == "generate":
-            # Modo geração: projetar fusão para vocab_size
-            # (modo simplificado: geração single-step baseada na fusão)
-            result["logits"] = self.lm_head(fused)  # [B, vocab_size]
-        else:
-            raise ValueError(f"mode deve ser 'classify' ou 'generate', recebeu '{mode}'")
-
-        return result
-
-
-__all__ = ["MultimodalCNNBiGRU"]