Lecture 03 学习讲义
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视觉与语言一个条件怎样容纳多种合理结果?

算出最优平均值,再检查它是不是可能样本

解释、算例与证据

P68 · 下一讲:怎样学习可能性,并产生一个样本?

Caption 已经展示了以图像为条件生成文字。接下来把问题推进到更多输出:训练怎样学习条件下的多种可能,使用时怎样产生其中一个样本?第四讲将比较生成路线;本讲的多解算例提供共同起点。

同一条件,可以有多种合理结果学习可能性产生一个样本x ∼ pθ(x | c)第四讲的比较入口GANVAEDiffusion自回归图像 · 文字 · 视频 · 3D逼真,是否意味着理解了规律?

同条件的三幅红杯图,连接学习可能性和产生样本两个问题;下方只列第四讲四类方法入口。

  • 同一条件,可以有多种合理结果
  • 学习可能性
  • 产生一个样本
  • x ∼ pθ(x | c)
  • 第四讲的比较入口
  • GAN
  • VAE
  • Diffusion
  • 自回归
  • 图像 · 文字 · 视频 · 3D
  • 逼真,是否意味着理解了规律?
同条件的三幅红杯图,连接学习可能性和产生样本两个问题;下方只列第四讲四类方法入口。 查看对应图解状态
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课堂讲述

第四讲会比较 GAN、VAE、Diffusion 等路线,也会把已经见过的自回归生成放进同一张问题图。它们不是严格的前后替代史,关键是训练信号、表示方式和产生样本的过程各有什么不同。 图像、文字、视频和三维数据又提出不同要求:文字有离散单位,视频要处理时间关系,三维还要考虑空间和多视角的一致性。这些会在生成问题中逐步进入,不在今天再开启四个专题。Transformer 则是一类可用的网络架构,不等于其中任何一种生成目标。 今天先带走三项判断:看清训练答案从哪里来;看清新任务需要保留和读取什么;看清语言加入以后,还需要建立什么对应。下一讲再问:结果看起来逼真,究竟说明模型掌握了什么规律?

一个可算的多解例子:最小均方误差为何给出不存在的结果

独立阅读

给定同一条件 cc,真实结果 XX 等概率取 −1-1 或 +1+1。若模型只能给一个确定数 aa,并最小化平均平方误差,

E[(X−a)2∣c]=12(−1−a)2+12(1−a)2=1+a2.\mathbb E[(X-a)^2\mid c]=\tfrac12(-1-a)^2+\tfrac12(1-a)^2=1+a^2.

最优值是 a=0a=0,误差为 1;但真实分布从不产生 0。模型给出了最好的条件均值,却没有给出一个真实可能样本。对应图像的直观例子是杯子可能在左或右,逐像素平均可能出现模糊或重影,而不是某一次合理摆放。

再设生成器正确地随机输出 −1-1 或 +1+1,与一份独立抽出的真值比较,二者一半相同、一半差 2,期望平方误差是 0.5×0+0.5×4=20.5\times0+0.5\times4=2。生成器符合真实分布,却在这种独立配对 MSE 上比输出 0 更差。这说明评价没有衡量我们真正要求的对象。

因此生成评价至少拆开条件满足、样本合理和多样性覆盖。逼真但总输出同一种可能会漏掉模式;很多变化但不满足红色条件也失败。这个小算例只解释问题结构,不替任何生成算法背书,完整训练和采样方法留第四讲。

图示条件与公式约定

保留四种方法名作为第四讲比较入口,不引出具体生成算法;文字生成已经在 caption 中出现。

这条线索的展开与后续阅读

视觉与语言一个条件怎样容纳多种合理结果?

带着三个层次进入后续课程

同一指标可能错量所需目标;后续课程据此区分怎样学习分布、怎样计算预测和怎样产生样本。

后续阅读:学习目标、模型架构和采样方式分别是什么

独立阅读

第三讲先带走三件事:训练答案从哪里来,任务输出需要保留与读取什么,语言加入后还需建立什么对应。第四讲把问题转为“模型怎样学习一组可能结果,并从中产生一个样本”。

GAN 通过判别反馈组织生成学习;VAE 用潜变量概率模型和可采样先验连接编码与生成;扩散从构造的破坏过程学习恢复相关预测。自回归已在 caption 中出现,用一连串条件预测组织生成。它们是后续比较入口,不在本页展开完整算法,也不是按课堂顺序互相淘汰的历史。

还要分清三种层次。网络架构规定一次预测怎样计算;训练目标规定参数依据什么反馈更新;采样或解码规定怎样使用已学预测产生结果。Transformer 是架构名称,不能直接等同于某种生成目标。更详细的 RNN、attention、Transformer 留第五讲;扩展定律与训练系统留第六讲;近似索引和检索工程留第八讲。

深读时可以沿原厚材料的生成信号、不同模态与解码算例继续,但先完成第三讲的接口理解即可。视频的时间连续和三维的多视角一致性在第四讲继续,不把它们变成第三讲末尾四个新的主讲专题。

视觉与语言一个条件怎样容纳多种合理结果?

选读:比较局部选择与完整路径概率

Caption 已经使用逐词生成;这段保留为第四讲生成与第七讲搜索的预备阅读。

选读:局部最高概率为何不保证整句最高概率

独立阅读

这段作为第四讲生成和第七讲搜索的预备阅读;第三讲只需知道推理会接续自己的输出。令首词 A/B 概率为 0.6/0.4;A 后 X/Y 为 0.51/0.49;B 后 X/Y 为 0.9/0.1;下一步都以概率 1 输出 EOS。每层出边和为 1。

完整路径 AX、AY、BX、BY 的概率分别为 0.306、0.294、0.360、0.040。greedy 首先取 A,再取 X,得到 0.306;宽度 2 的 beam 首步保留 A/B,再展开并排序,能保留最终的 BX=0.36。这个可算小树解释局部选择与完整路径概率的差别。

有限 beam 仍可能在更大树里提前删掉最优前缀;更高模型概率也不保证更符合图像。如果模型把蓝杯误识成红杯,搜索更充分可能只是更坚定地输出错误描述。必须区分视觉建模错误、概率预测错误和搜索错误。

当前 LAB13 的实际模型中 greedy 与 beam=3 均为 100% 整句匹配,没有显示 beam 的经验优势。其热身代码采用另一棵归一化概率树,greedy=AZ、概率 0.3025,beam=BY、概率 0.36;两棵树各自定义自洽,不能把一棵树的首步概率与另一棵树的结果混用。

沿着图解追问

以下是备课用的模拟师生对话,不是课堂实录。

学生:Caption 都生成文字了,第四讲新增什么?

教师:今天用生成接口完成视觉任务;下一讲研究分布如何学到、不同训练反馈如何组织,以及怎样采样。这是研究焦点的推进,不是第一次出现生成。

沿这个问题继续

回到 ±1 多解算例,分别说清“预测平均值”和“产生一个可能样本”的目标。带着这个区别进入第四讲,再比较不同生成方法。

按问题回查的讲解与短练习(1)

到后续课程继续(1)

出处:课程大纲