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苹果:利用语言模型的自回归方法进行图像模型的预训练

1、背景在GPT等大模型出现后,语言模型这种Transformer+自回归建模的方式,也就是预测nexttoken的预训练任务,取得了非常大的成功。那么,这种自回归建模方式能不能在视觉模型上取得比较好的效果呢?今天介绍的这篇文章,就是Apple近期发表的基于Transformer+自回归预训练的方式训练视觉模型的文章,下面给大家展开介绍一下这篇工作。图片论文标题:ScalablePre-trainingofLargeAutoregressiveImageModels下载地址:https://arxiv.o

1、背景

在GPT等大模型出现后,语言模型这种Transformer+自回归建模的方式,也就是预测next token的预训练任务,取得了非常大的成功。那么,这种自回归建模方式能不能在视觉模型上取得比较好的效果呢?今天介绍的这篇文章,就是Apple近期发表的基于Transformer+自回归预训练的方式训练视觉模型的文章,下面给大家展开介绍一下这篇工作。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练图片

论文标题:Scalable Pre-training of Large Autoregressive Image Models

下载地址:https://arxiv.org/pdf/2401.08541v1.pdf

开源代码:https://github.com/apple/ml-aim

2、模型结构

模型结构基于Transformer,并采用语言模型中的next token prediction作为优化目标。主要修改有三个方面。首先,与ViT不同,本文采用GPT的单向attention,即每个位置的元素只与前面的元素计算attention。其次,我们引入了更多的上下文信息,以提高模型的语言理解能力。最后,我们优化了模型的参数设置,以进一步提升性能。通过这些改进,我们的模型在语言任务上取得了显著的性能提升。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练图片

在Transformer模型中,引入了一个新的机制,即在输入序列前面加入了多个prefix token。这些token采用了双向attention机制。这一变化的主要目的是为了增强预训练和下游应用之间的一致性。在下游任务中,类似于ViT的双向attention方法被广泛使用。通过在预训练过程中引入prefix双向attention,模型可以更好地适应各种下游任务的需求。这样的改进可以提高模型的性能和泛化能力。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练图片

在模型最终输出MLP层的优化方面,原先的预训练方法通常会丢弃掉MLP层,并在下游任务中使用一个全新的MLP。这是为了避免预训练的MLP过于偏向预训练任务,导致下游任务的效果下降。然而,在本文中,作者提出了一种新的方法。他们对每个patch都使用一个独立的MLP,同时也采用了各个patch的表征与attention融合的方式来代替传统的pooling操作。这样一来,预训练的MLP head在下游任务中的可用性得到了提升。通过这种方法,作者能够更好地保留图像整体的信息,并且避免了过度依赖预训练任务的问题。这对于提高模型的泛化能力和适应性非常有帮助。

在优化目标上,文中尝试了两种方法,第一种是直接拟合patch像素,用MSE进行预测。第二种是提前对图像patch进行tokenize,转换成分类任务,用交叉熵损失。不过在文中后续的消融实验中发现,第二种方法虽然也可以让模型正常训练,但是效果并不如基于像素粒度MSE的效果更好。

3、实验结果

文中的实验部分详细分析了这种基于自回归的图像模型的效果,以及各个部分对于效果的影响。

首先,随着训练的进行,下游的图像分类任务效果越来越好了,说明这种预训练方式确实能学到良好的图像表征信息。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练图片

在训练数据上,使用小数据集的训练会导致overfitting,而使用DFN-2B虽然最开始验证集loss较大,但是没有明显的过拟合问题。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练图片

对于模型各个模块的设计方式,文中也进行了详细的消融实验分析。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练图片

在最终的效果对比上,AIM取得了非常不错的效果,这也验证了这种自回归的预训练方式在图像上也是可用的,可能会成为后续图像大模型预训练的一种主要方式。

Apple:使用语言模型的自回归方式进行图像模型预训练 图片

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