零樣本學(xué)習(xí)超越CLIP！谷歌提出首個(gè)多模態(tài)稀疏化模型LIMoE，還能降低計(jì)算成本

明敏 2022-06-13 11:53:29 來源：量子位

明敏 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

多模態(tài)模型常見，但是基于稀疏化的還是頭一個(gè)。

谷歌帶來最新成果LIMoE，首次將稀疏化方法用在了圖像文本混合模型上。

要知道，隨著大模型參數(shù)呈指數(shù)級(jí)增加，訓(xùn)練成本也是一路飆升。

所以如何降低訓(xùn)練成本，成為了目前學(xué)界重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問題。

谷歌想到的辦法，不是拼硬件，而是從模型本身入手。

利用稀疏化的方法，讓每次輸入只需激活部分網(wǎng)絡(luò)就能完成任務(wù)。

它們在模型內(nèi)部設(shè)置了很多“專家”，每個(gè)“專家”只需處理對(duì)應(yīng)部分的輸入，根據(jù)任務(wù)情況按需使用“專家”就好。

這樣一來，盡管模型容量很大，但是計(jì)算成本并沒有暴增。

而且還不會(huì)降低性能。

新方法LIMoE零樣本學(xué)習(xí)任務(wù)中，可是直接超越了CLIP。

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讓不同“專家”處理不同任務(wù)

對(duì)于深度學(xué)習(xí)來說，能同時(shí)處理文本圖像任務(wù)其實(shí)已經(jīng)不稀奇。

不過過去常見的多模態(tài)學(xué)習(xí)方法，往往是單個(gè)輸入就需要激活整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

谷歌這次提出的新方法，最大亮點(diǎn)就是首次在這一領(lǐng)域采用了稀疏化模型。

稀疏化的方法便是無需讓整個(gè)模型來處理所有的輸入。

通過對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，它讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也“專業(yè)對(duì)口”，不同的子模型只處理固定類型的任務(wù)或數(shù)據(jù)。

但也不是完全割裂開來，模型內(nèi)部仍有可共享的部分。

此次基于的模型是MoE（Mixture-of-Experts layer），它被稱為專家混合模型。

也就是在Transformer架構(gòu)的基礎(chǔ)上，加設(shè)了“專家層”。

它是一個(gè)并行的FNN，取代了原本的前饋網(wǎng)絡(luò)。

這里的“專家”，也就是模型內(nèi)部的不同子模型。

每個(gè)子模型專門用于不同的輸入。

每一層中的專家由門控網(wǎng)絡(luò)控制，該網(wǎng)絡(luò)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)激活專家。

對(duì)于每個(gè)標(biāo)記，門控網(wǎng)絡(luò)選擇最合適的專家來處理數(shù)據(jù)。

此次新提出的LIMoE，其實(shí)就是讓MoE能同時(shí)處理圖像文本。

具體來看，就是讓LIMoE進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)。

在利用大量圖像-文本對(duì)訓(xùn)練時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的圖像模型提取圖像表示，文本模型提取文本表示。

針對(duì)相同的圖像-文本對(duì)，模型會(huì)拉近圖像和文本表示的距離。

反之，對(duì)于不同的圖像-文本對(duì)，則會(huì)讓相應(yīng)的表示彼此遠(yuǎn)離。

這樣一來的直接好處，就是能實(shí)現(xiàn)零樣本學(xué)習(xí)。

比如一張圖像的表示更接近文本“狗”的表示，那么它就會(huì)被歸類為狗。

這種思路可以擴(kuò)展到數(shù)千種情況。

實(shí)際上，CLIP和ALIGAN采用的都是這個(gè)思路，它們在ImageNet數(shù)據(jù)集上的精度分別是76.2%、76.4%。

而LIMoE-L/16可以達(dá)到78.6%，已經(jīng)超過了CLIP。

未經(jīng)過預(yù)訓(xùn)練的LIMoE H/14則能達(dá)到84.1%的精度。

而在LIMoE的專家層中，谷歌表示還發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象。

比如在訓(xùn)練設(shè)置中，圖像標(biāo)記比文本標(biāo)記要多很多，因此所有專家都會(huì)在在任務(wù)中多少處理些圖像。

只不過有的會(huì)主要處理圖像，有的主要處理文本，或者二者兼具。

還有在大多數(shù)情況下，都會(huì)有一個(gè)專家來處理所有包含文本表示的圖像patch。

除了性能上的提升，使用稀疏化模型的好處還體現(xiàn)在降低計(jì)算成本上。

因?yàn)椤岸鄬＜摇钡哪Ｊ揭馕吨?，盡管多設(shè)了很多子模型，模型容量顯著增加，但是實(shí)際計(jì)算成本并沒有明顯變化。

如果一次任務(wù)中只使用了一個(gè)子模型，那它的成本和標(biāo)準(zhǔn)Transformer的差不多。

比如LIMoE-H/14總共有5.6B參數(shù)，但是通過稀疏化，它只會(huì)使用每個(gè)token的675M參數(shù)。

One More Thing

稀疏化模型一直是谷歌深度研究的一個(gè)方向，已經(jīng)提出了MoE、GLaM在內(nèi)的多個(gè)模型。

這次LIMoE也不是谷歌第一次魔改MoE。

去年6月，他們提出了V-MoE，是一種新型的視覺架構(gòu)，今年已將全部代碼開源。

參考鏈接：
https://ai.googleblog.com/2022/06/limoe-learning-multiple-modalities-with.html