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39 search results for "自编码器"

变分自编码器概述

介绍 变分自编码器(VAEs)是显式设计用于捕捉给定数据集的潜在概率分布并生成新样本的生成模型。它们采用了一个由编码器-解码器结构组成的架构。编码器将输入数据转换为潜在形式,解码器旨在基于这个潜在表示重构原始数据。VAE被编程为最小化原始数据和重构数据之间的差异,使其能够理解底层数据分布并生成符合相同分布的新样本。 VAEs的一个显著优势是它们能够生成类似于训练数据的新数据样本。由于VAE的潜在空间是连续的,解码器可以生成在训练数据点之间平滑插值的新数据点。VAEs在密度估计和文本生成等各个领域都有应用。 本文是数据科学博文马拉松的一部分。 变分自编码器的架构 一个VAE通常由两个主要组件组成:一个编码器连接和一个解码器连接。编码器网络将输入数据转换为低维的“秘密空间”,通常被称为“秘密代码”。 可以研究使用各种神经网络拓扑结构(如全连接或卷积神经网络)来实现编码器网络。所选择的架构基于数据的特性。编码器网络生成必要的参数,如高斯分布的均值和方差,以用于采样和生成潜在代码。 同样,研究人员可以使用各种类型的神经网络构建解码器网络,其目标是从提供的潜在代码中重构原始数据。 变分自编码器的架构示例:fen VAE包括一个编码器网络,将输入数据映射到潜在代码,并且包括一个解码器网络,通过将潜在代码转换回重构数据来进行逆操作。通过进行这个训练过程,VAE学习到了一个优化的潜在表示,捕捉了数据的基本特征,从而实现精确的重构。 关于正则化的直觉 除了架构方面,研究人员还对潜在代码应用正则化,使其成为VAE的重要元素。这种正则化通过鼓励潜在代码的平滑分布而防止过拟合,而不仅仅是简单地记住训练数据。 正则化不仅有助于生成在训练数据点之间平滑插值的新数据样本,还有助于VAE生成类似于训练数据的新数据。此外,这种正则化还防止解码器网络完美地重构输入数据,促进学习更一般的数据表示,增强VAE生成多样化数据样本的能力。 在VAE中,研究人员通过将Kullback-Leibler(KL)散度项纳入损失函数来数学表达正则化。编码器网络生成高斯分布的参数(如均值和对数方差),用于对潜在代码进行采样。VAE的损失函数包括计算学习到的潜在变量的分布与先验分布(正态分布)之间的KL散度。研究人员将KL散度项纳入损失函数中,以鼓励潜在变量具有与先验分布类似的分布。 KL散度的公式如下: KL(q(z∣x)∣∣p(z)) = E[log q(z∣x) − log p(z)] 总之,VAE中的正则化起着增强模型生成新数据样本的能力并减轻过拟合训练数据风险的关键作用。 VAE的数学细节 概率框架和假设…

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卷积神经网络(CNNs)中的空洞卷积全面指南

介绍 在计算机视觉领域中,卷积神经网络(CNN)已经重新定义了图像分析和理解的领域。这些强大的网络已经在图像分类、物体检测和语义分割等任务中取得了突破。它们为医疗保健、自动驾驶等领域的各种应用奠定了基础。 然而,随着对更具上下文感知和稳健模型的需求不断增长,传统的卷积层在捕捉广泛的上下文信息方面面临限制。这导致了对能够提高网络理解更广泛上下文能力的创新技术的需求,而不会显著增加计算复杂性。 介绍扩张卷积(Atrous Convolution),这是一种颠覆卷积神经网络中常规规则的突破性方法。扩张卷积,也被称为空洞卷积,通过在深度学习领域引入新的维度,使网络能够在不显著增加计算成本或参数的情况下捕捉更广泛的上下文。 学习目标 了解卷积神经网络的基本知识,以及它们如何处理视觉数据来理解图像。 了解扩张卷积如何改进传统卷积方法,从而在图像中捕捉更大的上下文。 探索使用扩张卷积的知名CNN架构,例如DeepLab和WaveNet,以了解它如何提高它们的性能。 通过实际示例和代码片段,获得对扩张卷积在CNN中应用的实际理解。 本文是Data Science Blogathon的一部分。 理解卷积神经网络:它的工作原理 卷积神经网络(CNN)是一类主要用于分析图像和视频等视觉数据的深度神经网络。它们受到人类视觉系统的启发,在涉及视觉数据的模式识别任务中非常有效。以下是详情: 卷积层:CNN由多个层组成,其中卷积层是核心。这些层使用卷积运算将可学习的滤波器应用于输入数据,从图像中提取各种特征。 汇聚层:在卷积之后,通常会使用汇聚层来减小空间维度,压缩卷积层学到的信息。常见的汇聚操作包括最大汇聚或平均汇聚,它们减小表示的大小同时保留关键信息。 激活函数:在卷积和汇聚层之后使用非线性激活函数(例如ReLU)来引入非线性,让网络能够学习数据中的复杂模式和关系。 全连接层:在CNN末尾,通常使用全连接层。这些层整合前面层提取的特征,并执行分类或回归任务。 逐点卷积:逐点卷积,也被称为1×1卷积,是CNN中用于降低维度和特征组合的技术。它涉及将1×1滤波器应用于输入数据,有效减少输入通道数,并允许跨通道组合特征。逐点卷积通常与其他卷积操作一起使用,以增强网络捕捉数据中的复杂模式和关系的能力。 可学习参数:CNN依赖于在训练过程中更新的可学习参数(权重和偏置)。训练过程包括前向传播,其中输入数据通过网络,以及反向传播,根据网络的性能调整参数。 从扩张卷积开始 扩张卷积,也被称为空洞卷积,是一种引入了参数扩张率的卷积操作。与常规卷积将滤波器应用于相邻像素不同,扩张卷积通过在它们之间引入间隙来分散滤波器的参数,由扩张率来控制。这个过程扩大了滤波器的感受野,而不增加参数的数量。简单来说,它允许网络在不增加复杂性的情况下从输入数据中捕获更广泛的上下文。 扩张率决定了卷积的每一步之间跳过多少像素。1的扩张率表示常规卷积,而较高的扩张率跳过更多的像素。这个扩大的感受野能够捕获更大的上下文信息,而不增加计算成本,使网络能够高效地捕获局部细节和全局上下文。 本质上,扩张卷积有助于将更广泛的上下文信息整合到卷积神经网络中,从而更好地对数据中的大规模模式进行建模。它通常用于需要关注不同尺度上的背景信息的应用,例如计算机视觉中的语义分割或自然语言处理任务中处理序列。…

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韩国大学的研究人员推出了HierSpeech++:一种具有突破性的人工智能方法,用于高保真度、高效率的文本转语音和语音转换

韩国大学的研究人员开发了一种新的语音合成器,名为HierSpeech++。 这项研究旨在创造出稳健、富有表现力、自然且类似人类的合成语音。 团队的目标是在不依赖文本-语音配对数据集的情况下实现这一目标,并改善现有模型的缺点。 HierSpeech++旨在填补语音合成中的语义和声学表征差距,从而最终改善风格适应性。 到目前为止,基于LLM的零样本语音合成存在一定的局限性。 但是,HierSpeech++已经针对这些限制进行了解决,并改进了鲁棒性和表现力,同时解决了与慢推断速度有关的问题。 通过利用基于文本和韵律提示的自监督语音和F0表示的文本到向量框架,已经证明了HierSpeech++优于基于LLM和扩散的模型的性能。 这些速度、鲁棒性和质量的提升确立了HierSpeech++作为一种功能强大的零样本语音合成器。 HierSpeech++使用分层框架生成语音而无需预先训练。 它采用文本到向量框架来开发基于文本和韵律提示的自监督地址和F0表示。 使用分层变分自编码器和生成的向量、F0和语音提示来产生语音。 该方法还包括高效的语音超分辨率框架。 全面评估使用各种预先训练的模型和实现,采用log-scale Mel错误距离、感知语音质量评估、音高、周期性、有声/无声F1分数、自然度、平均意见分和语音相似性MOS等客观和主观指标。 HierSpeech++在零样本情况下实现了合成语音的优越自然度,提高了鲁棒性、表现力和说话者相似性。 使用自然度平均意见分和语音相似性MOS等主观指标评估了语音的纯真性,并且结果显示HierSpeech++优于真实语音。 进一步将语音超分辨率框架从16 kHz提高到48 kHz,进一步提高了地址的自然度。 实验结果还证明,HierSpeech++中的分层变分自编码器优于基于LLM和扩散的模型,使其成为一种强大的零样本语音合成器。 研究还发现,使用噪声提示的零样本文本到语音合成验证了HierSpeech++在生成未知说话者的语音方面的有效性。 分层合成框架还可以实现多样化的韵律和语音风格转换,使合成语音更加灵活。 总而言之,HierSpeech提供了一种实现零样本语音合成人级质量的高效而强大的框架。 它在语义建模、语音合成、超分辨率和韵律和语音风格转换方面的解耦,提升了合成语音的灵活性。 即使在小规模数据集的情况下,该系统也表现出鲁棒性、表现力、自然度和说话者相似性的改进,并且具有显著更快的推断速度。…

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字节跳动推出PixelDance:一种基于扩散模型的新型视频生成方法,结合图像指令和文本指令

一支来自字节跳动研究团队的研究者介绍了PixelDance,一种利用文本和图像指示来创建具有多样化和复杂运动的视频生成方法。通过这种方法,研究者展示了他们的系统的有效性,通过合成具有复杂场景和动作的视频,从而在视频生成领域树立了新的标准。PixelDance在合成具有复杂设置和活动的视频方面表现出色,超过了通常生成具有有限动作的视频的现有模型。该模型通过扩展到各种图像指示,并结合时间上连贯的视频片段来生成组合镜头。 与限于简单场景的文本到视频模型不同,PixelDance利用图像指示来增强视频复杂性,并实现更长的连续剪辑生成。这种创新克服了以前方法中出现的运动和细节限制,特别是在领域外内容方面。强调图像指令的优势,将PixelDance确定为生成具有复杂场景、动态动作和复杂摄像机运动的高动态范围视频的解决方案。 PixelDance架构将扩散模型和变分自编码器整合到输入空间中,以对图像指示进行编码。训练和推断技术聚焦于学习视频动力学,利用公共视频数据。PixelDance可扩展到各种图像指示,包括语义地图、草图、姿势和边界框。定性分析评估了文本、首帧和尾帧指示对生成的视频质量的影响。 基于FVD和CLIPSIM指标,PixelDance在MSR-VTT和UCF-101数据集上的表现优于以前的模型。对于UCF-101的消融研究展示了PixelDance组件如文本和最后帧指示在连续片段生成中的有效性。该方法提出了一些改进的思路,包括使用高质量视频数据进行训练、领域特定的微调和模型扩展。PixelDance展示了无需后期处理的视频编辑,将其转化为一项图像编辑任务。它在MSR-VTT和UCF-101数据集上生成满足文本提示的高质量复杂视频的令人印象深刻的定量结果。 PixelDance在合成具有复杂场景和动作的高质量视频方面表现出色,超过了最先进的模型。模型与文本提示的配合展示了其推进视频生成的潜力。已经确定了需要改进的领域,包括领域特定的微调和模型扩展。PixelDance引入了无需后期处理的视频编辑,将其转化为图像编辑任务,并始终生成时间上连贯的视频。定量评估证实了它能够根据文本提示生成高质量、复杂的视频的能力。 PixelDance对显式图像和文本指示的依赖可能会限制其在未知场景中的泛化能力。评估主要侧重于定量指标,需要更多主观质量评估。对训练数据来源和潜在偏差的影响没有进行深入探讨。需要全面讨论模型在可扩展性、计算需求和效率方面的局限性。模型处理特定视频内容类型(如高度动态场景)的能力仍需澄清。需要对其在多样领域和超出示例之外的视频编辑任务中的普适性进行全面讨论。

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遇见SEINE:一种用于高质量延伸视频的短至长视频扩散模型,能够在场景之间实现流畅而有创意的过渡

鉴于扩散模型在文本到图像生成中的成功,涌现出了一系列视频生成技术,展示了在这个领域的有趣应用。然而,大多数视频生成技术往往以“镜头级别”生成视频,仅包含几秒钟的内容和一个场景。鉴于其内容的简洁性,这些视频显然无法满足电影和影视制作的需求。 在电影或工业级视频制作中,通常以创建包含不同场景的不同镜头为特征“故事级别”的长视频。这些不同长度的单个镜头通过转场和编辑等技术相互连接,促进了更长的视频和更复杂的视觉叙事。在影视和视频编辑中结合场景或镜头的方法,称为过渡,对后期制作起着关键作用。传统的过渡方法,如溶解、淡入、擦除,依赖预定义的算法或已建立的界面。然而,这些方法缺乏灵活性,通常受到限制。 一个无缝过渡的替代方法是使用各种富有想象力的镜头以平滑的方式从一个场景切换到另一个场景。这种在电影中常用的技术不能直接使用预定义的程序生成。 本文介绍了一种解决生成两个不同场景之间无缝顺畅过渡的较少见问题的模型,该模型专注于在两个不同场景之间生成中间帧。 这个模型要求生成的过渡帧在语义上与给定的场景图像相关、连贯、平滑,并与提供的文本一致。 本文介绍了一种称为SEINE的短到长视频扩散模型,用于生成具有平滑而创意的场景之间过渡的高质量长视频,包括不同长度的镜头级别视频。下面的图示给出了该方法的概述。 为了基于可观察的条件图像或视频生成以前未见过的过渡和预测帧,SEINE采用了随机蒙版模块。基于视频数据集,作者从原始视频中提取出N帧,这些帧由预训练的变分自编码器编码为潜在向量。此外,模型接受文本描述作为输入,以增强过渡视频的可控性并利用短文本到视频生成的能力。 在训练阶段,潜在向量受到噪声的破坏,并应用随机蒙版条件层捕获帧之间的中间表示。掩蔽机制选择性地保留或抑制原始潜在代码的信息。SEINE将掩蔽潜在代码和掩蔽本身作为条件输入,以确定哪些帧被掩蔽,哪些保持可见。模型被训练以预测影响整个损坏潜在代码的噪声。这意味着学习影响未掩蔽帧和文本描述的噪声的潜在分布。通过对噪声进行建模和预测,模型旨在生成逼真和视觉一致的过渡帧,将可见帧与未掩蔽帧无缝融合。 以下是从研究中选取的一些序列。 这就是SEINE的概述,它是一个用于生成具有平滑和创意过渡的高质量扩展视频的短到长视频扩散模型。如果您感兴趣并希望了解更多信息,请随时参考下面引用的链接。

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揭示生成式人工智能在数据叙事和分析中的影响

简介 在数据分析的广阔领域中,改变规则的最重要发展之一就是生成人工智能(GAI)。现在,人工智能不再仅仅根据历史数据进行处理和预测,而是创造出全新的东西,彻底改变了数据叙事和分析过程。在最近的一次会议中,我有机会探索这一技术创新的基本原理、架构和潜在影响。以下是我们讨论的内容的简洁总结。 学习目标: 了解生成人工智能的基本原理。 学习使用生成人工智能进行不同的数据叙事技术。 认识在数据分析中生成人工智能的伦理实施。 理解生成人工智能 生成人工智能代表了人工智能的一个子领域,专注于创造新颖的内容。传统人工智能依靠历史数据进行训练并进行推理或预测。相比之下,生成人工智能通过合成新内容来实现,涉及视觉、音频和文本创作。这个领域有几种不同的架构,包括生成对抗网络(GANs)、变分自编码器(VAEs)和自回归模型或变换器。 生成对抗网络使用两个神经网络,生成器和判别器,它们一起训练。通过生成接近真实数据同时区分真实数据和生成数据的数据,这个对抗过程使两个网络都得以改进。变分自编码器稍有不同,但目标是相同的。 如今最常见的人工智能模型是基于变换器的自回归模型,比如ChatGPT。这些模型根据先前元素创建数据序列,并且可以预测下一个序列元素。了解这些模型能够帮助我们更有效地利用人工智能。 数据叙事:将生成人工智能与分析相结合 数据分析的影响力在于数据叙事。虽然最初阶段着重于定义、收集、清洗和分析数据,但关键在于展示阶段。在这里,我们必须有效地传达研究结果。制作叙事、准备视觉材料和检查逻辑在数据叙事中起着至关重要的作用。使用生成人工智能可以显著影响这个过程的前两个步骤。 这就是叙事进入场景的地方。数据展示中的叙事涉及与利益相关者的联系,理解他们的需求,并呈现分析结果以促进决策。然而,这个阶段在分析课程中往往被低估,尽管在传达数据的影响方面至关重要。 案例研究:生成人工智能推动业务效率叙事 这个案例研究展示了生成人工智能,特别是GPT-4,如何帮助分析师确定他们演示的目的和角色清晰度。通过向ChatGPT提出特定问题,如“如何在没有裁员的情况下专注于战略性降低运营成本?”,人工智能的建议可以帮助指导和完善叙事和演示策略。 需要明确的是,生成人工智能并不完全创建内容,而是作为一个头脑风暴的合作伙伴,提供方向和想法,允许分析师调整他们的策略。以下是生成人工智能如何帮助推动业务效率的数据分析和叙事。 使用GPT-4进行高级数据分析 GPT-4的高级功能打开了许多可能性。根据我的经验,我选择使用ChatGPT,因为它值得信赖且精确。虽然还有其他可替代的人工智能模型,如LlaMA,但每个模型都有其独特的优势。我发现ChatGPT是一个很好的选择,但其他模型可能同样适合不同的需求。 使用人工智能和原型速度评估超支 在处理超支问题时,人工智能能够极快地进行分析原型设计。虽然Python或SQL也能完成同样的任务,但人工智能可以显著加速过程,实现快速的原型开发。然而,需要强调的是,鉴于我们对结果准确性的责任,所有输出都需要经过仔细的验证和审查。 使用ChatGPT分析回报率和制定战略削减 确定投资回报率(ROI)需要特定的计算方法。我教导ChatGPT进行不同支出领域的ROI计算。它揭示了一个有趣的格局。虽然某些行业出现了大量超支,但它们也提供了可观的投资回报率,表明尽管超支,效益很高。这需要战略性评估,以确定潜在削减的领域。 生成AI和可视化数据表示 生成的AI可视化,如图表和图形,在促进快速探索性数据分析中起着重要作用。它们为深入的战略思考提供了一个起点。然而,评估所选择的可视化表示是否与精确的数据解释需求一致是至关重要的。 在利用AI时考虑隐私和道德问题…

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苹果研究人员推出了Matryoshka扩散模型(MDM):一种用于高分辨率图像和视频合成的端到端人工智能框架

在近期,大型语言模型展示了惊人的能力。其中扩散模型尤其广泛用于多种生成应用,包括3D建模、文本生成、图像和视频生成。尽管这些模型适用于各种任务,但在处理高分辨率数据时会遇到很大的困难。由于每个步骤都需要重新对整个高分辨率输入进行编码,因此将它们扩展到高分辨率需要大量的计算资源和内存。 为了克服这些问题,研究人员经常使用具有注意力机制的深度架构来进行处理,尽管这样会增加计算和内存需求,并且使优化变得复杂。研究人员一直在努力开发有效的网络设计来处理高分辨率照片。然而,当前的方法在输出质量上不及DALL-E 2和IMAGEN等标准技术,并且在512×512分辨率之上尚未展示出竞争力。 这些广泛使用的技术通过合并许多独立训练的超分辨扩散模型与低分辨率模型来减少计算量。相反,潜在扩散方法(LDMs)依赖于经过单独训练的高分辨率自编码器,只训练低分辨率扩散模型。这两种策略都需要使用多阶段的流程和精细的超参数优化。 在最近的研究中,苹果的研究团队提出了万花筒扩散模型(MDM),这是一系列为端到端高分辨率图像和视频合成而设计的扩散模型。MDM的思想是将低分辨率扩散过程作为高分辨率生成的关键组成部分。该方法受到了生成对抗网络(GANs)多尺度学习的启发,团队通过使用嵌套的 UNet 架构,在多个分辨率上进行联合扩散过程。 该方法的一些主要组成部分如下所示。 多分辨率扩散过程:MDM使用嵌套的 UNet 架构,同时对多个分辨率的输入进行去噪处理,从而能够同时处理和生成具有不同细节级别的图像。 嵌套 UNet 架构:嵌套的 UNet 架构将较小尺度的输入特征和参数嵌套在较大尺度的输入特征和参数中。通过这种嵌套,可以有效地在各个尺度上共享信息,提高模型在捕捉细节特征时的能力,同时保持计算效率。 渐进式训练计划:MDM提出了一个逐渐提高分辨率的训练计划,从较低分辨率开始。使用这种训练方法,可以增强优化过程,并使模型更好地学习如何生成高分辨率内容。 团队通过一系列基准测试来分享这种方法的性能和效果,例如文本到视频应用、高分辨率文本到图像生成和条件图片生成。MDM已经证明可以训练一个像素级模型,分辨率高达1024×1024像素。考虑到这一成就是使用相对较小的数据集(CC12M)实现的,该数据集只包含1200万张照片,这是非常令人瞩目的。MDM展示出鲁棒的零样本泛化能力,使其能够为其未经专门训练的分辨率生成高质量信息。总而言之,万花筒扩散模型(MDM)代表了高分辨率图像和视频合成领域的重大进步。

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为SDXL探索简单的优化方案

稳定扩散 XL(SDXL) 是 Stability AI 最新的潜在扩散模型,用于生成高质量、逼真的图像。它解决了以前稳定扩散模型的一些挑战,例如处理手部和文本的正确性以及空间上正确的构图。此外,SDXL 还更具上下文意识,并且在生成更好的图像时需要较少的提示词。 然而,所有这些改进都以模型更大的代价为代价。有多大呢?基本的 SDXL 模型有 35 亿个参数(特别是 UNet),比以前的稳定扩散模型大约大了 3 倍。 为了探索如何优化 SDXL 的推理速度和内存使用,我们在 A100 GPU(40 GB)上进行了一些测试。对于每次推理运行,我们会生成 4 张图像,并重复 3 次。在计算推理延迟时,我们只考虑…

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这项人工智能研究揭示了“康定斯基1号”:一种在COCO-30K上以杰出的FID分数进行潜在扩散文本到图像生成的新方法

近年来,计算机视觉和生成建模取得了显著进展,推动了文本到图像生成的发展。包括扩散模型在内的各种生成架构在提高生成图像的质量和多样性方面起到了关键作用。本文探讨了Kandinsky1的原理、特点和能力,这是一个具有33亿参数的强大模型,并强调了它在可衡量的图像生成质量方面的顶级表现。 文本到图像生成模型已经从内容级别的自回归方法演变为像DALL-E 2和Imagen这样的基于扩散的模型。这些扩散模型被分类为像素级和潜在级别的模型,在图像生成方面表现出色,超越了GAN在忠实度和多样性方面。它们在不需要对抗训练的情况下整合文本条件,如GLIDE和eDiff-I模型所示,这些模型生成低分辨率的图像,并使用超分辨率扩散模型将其放大。这些进步改变了文本到图像生成的方式。 AIRI、Skoltech和Sber AI的研究人员介绍了Kandinsky,这是一种结合了潜在扩散技术和图像先验模型的新型文本到图像生成模型。Kandinsky以修改后的MoVQ实现作为其图像自编码器组件,并单独训练图像先验模型将文本嵌入映射到CLIP的图像嵌入中。他们的方法提供了一个用户友好的演示系统,支持多种生成模式,并发布了模型的源代码和检查点。 他们的方法引入了一种潜在扩散架构,用于文本到图像合成,利用图像先验模型和潜在扩散技术。它采用了一种图像先验方法,通过使用CLIP和XLMR文本嵌入之间的扩散和线性映射,将文本与图像嵌入相结合。他们的模型包括三个关键步骤:文本编码、嵌入映射(图像先验)和潜在扩散。基于全数据集统计的视觉嵌入逐元素归一化实现可以加速扩散过程的收敛。 Kandinsky架构在文本到图像生成方面表现出色,在256×256分辨率下在COCO-30K验证数据集上获得了令人印象深刻的FID分数8.03。线性先验配置获得了最佳的FID分数,表明视觉和文本嵌入之间存在潜在的线性关系。他们的模型在训练一个“猫先验”时展示了出色的图像生成能力。总体而言,Kandinsky在文本到图像合成方面与最先进的模型竞争激烈。 Kandinsky作为一种基于潜在扩散的系统,在图像生成和处理任务中表现出色。他们的研究广泛探索了图像先验设计选择,线性先验显示出潜在的应用前景,并暗示了视觉和文本嵌入之间存在线性关联。用户友好的界面,如Web应用和Telegram机器人,提高了可访问性。未来的研究方向包括利用先进的图像编码器,增强UNet架构,改进文本提示,生成更高分辨率的图像,以及探索局部编辑和基于物理的控制等功能。研究人员强调需要解决内容方面的问题,建议使用实时审核或强大的分类器来减轻不受欢迎的输出。

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用生成式人工智能推动法庭科学的发展

介绍 刑事科学中的生成式人工智能(Generative AI)涉及将人工智能技术应用于生成数据、图像或其他与法庭证据相关的信息。这项技术有潜力通过帮助调查人员进行图像和视频分析、文档伪造检测、现场重建等任务来彻底改变刑事科学。长期以来,刑事科学依靠对物证的细致检查来解决犯罪问题。然而,随着技术的快速发展,该领域已经开始采用人工智能(AI),尤其是生成式人工智能,以增强其能力。在本文中,我们将探讨生成式人工智能在刑事科学中的实际应用,并提供一些应用的代码实现。 https://www.analyticsinsight.net/wp-content/uploads/2021/08/AI-in-Forensic-Investigation-and-Crime-Detection.jpg 学习目标 了解生成式人工智能(包括生成对抗网络(GANs)和孪生网络)在刑事科学中的实际应用场景。 学习如何实现图像重建、指纹识别和文档伪造检测等关键生成式人工智能算法。 了解在刑事调查中使用人工智能的伦理考虑,包括数据隐私和公平性问题。 本文作为数据科学博客马拉松的一部分发表。 利用生成式人工智能增强图像重建 利用生成式人工智能增强图像重建已成为刑事科学中的一项突破性进展,为图像分析和证据解释提供了一种革新性的方法。在这一领域的研究论文中,生成式对抗网络(GANs)和其他生成式人工智能技术的巨大潜力得到了突出展示。这些创新技术使得刑事调查人员能够重建和增强来自各种来源的图像,包括监控摄像头、低分辨率照片或像素化图像,在犯罪调查中提供了宝贵的支持。 生成式人工智能,特别是GANs,利用由生成器和判别器组成的双网络架构生成逼真、高质量的图像。通过对多样化图像数据集进行训练,GANs学习理解视觉数据中的模式、纹理和结构。在刑事科学中,这项技术使专家们能够从模糊、碎片化或不完整的图像中揭示关键细节。此外,GANs已被用于人脸识别和合成素描生成,帮助执法机构更准确地识别潜在嫌疑人。重建犯罪现场和生成缺失证据也彻底改变了调查过程,实现了更全面和数据驱动的分析。随着利用生成式人工智能增强图像重建的研究不断推进,解决复杂刑事案件和确保正义的潜力变得越来越有希望,巩固了其在现代刑事科学中的转型力量。  https://aihubprojects.com/forensic-sketch-to-image-generator-using-gan/ 使用GANs进行图像超分辨率 import tensorflow as tf from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import…

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在自然语言处理中探索除了GAN和VAE之外的扩散模型

介绍 扩散模型近年来引起了广泛关注,尤其在自然语言处理(NLP)领域。基于通过数据传播噪声的概念,这些模型在各种NLP任务中展现出了显著的能力。在本文中,我们将深入研究扩散模型,了解它们的基本原理,并探讨实际应用、优势、计算考虑因素、扩散模型在多模态数据处理中的相关性、预训练扩散模型的可用性以及挑战。我们还将通过代码示例展示它们在实际场景中的有效性。 学习目标 理解扩散模型在随机过程中的理论基础以及噪声在数据优化中的作用。 掌握扩散模型的架构,包括扩散和生成过程,以及它们如何迭代改善数据质量。 掌握使用PyTorch等深度学习框架实现扩散模型的实际知识。 本文是数据科学博客马拉松的一部分。 理解扩散模型 研究人员将扩散模型根植于随机过程理论,并设计它们通过迭代优化噪声数据来捕捉潜在的数据分布。关键思想是从输入数据的噪声版本开始,并逐步改进它们,就像扩散一样,信息逐渐传播到一个VoAGI中。 该模型通过在每个步骤中引入和消除噪声,迭代地将数据转化为接近真实潜在数据分布的过程。它可以被看作是一个类似于扩散的过程,其中信息逐渐在数据中传播。 在扩散模型中,通常有两个主要过程: 扩散过程:该过程通过添加噪声对数据进行迭代优化。在每个步骤中,将噪声引入数据,使其变得更加嘈杂。然后,模型旨在逐渐减少这种噪声,以逼近真实的数据分布。 生成过程:在数据经过扩散过程后,应用生成过程。该过程根据改进后的分布生成新的数据样本,有效地产生高质量的样本。 下图突出显示了不同生成模型工作方式的差异。 不同生成模型的工作方式:https://lilianweng.github.io/posts/2021-07-11-diffusion-models/ 理论基础 1. 随机过程: 扩散模型建立在随机过程的基础上。随机过程是描述随机变量随时间或空间演化的数学概念。它以概率的方式模拟系统随时间的变化。在扩散模型的情况下,该过程涉及迭代优化数据。 2. 噪声: 扩散模型的核心概念是噪声。噪声指的是数据中的随机变异或不确定性。在扩散模型的上下文中,引入噪声到输入数据中,创建数据的噪声版本。 这里的噪声指的是粒子位置的随机波动。它代表了测量中的不确定性或扩散过程本身的固有随机性。噪声可以建模为从分布中采样的随机变量。在简单的扩散过程中,通常将其建模为高斯噪声。 3. 马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC):…

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利用生成模型提升半监督学习

介绍 在机器学习这个充满活力的世界中,一个不断面临的挑战是如何充分利用有限的标记数据的潜力。这就是半监督学习的领域——一种巧妙的方法,将少量标记数据与大量未标记数据相结合。在本文中,我们将探索一种具有改变游戏规则的策略:利用生成模型,特别是变分自动编码器(VAEs)和生成对抗网络(GANs)。通过本文的精彩旅程,您将理解这些生成模型如何极大地提升半监督学习算法的性能,就像扣人心弦的故事中的巧妙转折一样。 来源:researchgate.net 学习目标 我们将首先深入探讨半监督学习,了解它的重要性,以及它在实际机器学习场景中的应用。 接下来,我们将介绍令人着迷的生成模型世界,重点介绍VAEs和GANs。我们将了解它们如何为半监督学习增添活力。 准备好动手实践吧,我们将指导您如何将这些生成模型整合到真实世界的机器学习项目中,从数据准备到模型训练。 我们将强调一些好处,如改进模型泛化能力和节省成本。此外,我们还将展示这种方法如何适用于不同领域。 每段旅程都会面临挑战,我们将应对这些挑战。我们还将看到重要的伦理考虑,确保您有能力在半监督学习中负责任地使用生成模型。 本文作为数据科学博客马拉松的一部分发表。 半监督学习简介 在广阔的机器学习领域中,获取标记数据可能是一项艰巨的任务。它常常涉及耗时且昂贵的工作来对数据进行注释,这可能限制了监督学习的可扩展性。这时就需要半监督学习,这是一种巧妙的方法,弥合了标记和未标记数据领域之间的差距。它认识到,虽然标记数据非常重要,但大量的未标记数据常常处于休眠状态,可以被利用起来。 想象一下,您的任务是教会计算机识别图像中的各种动物,但对每个动物进行标记是一项艰巨的任务。这就是半监督学习发挥作用的地方。它建议将少量标记图像与大量未标记图像混合在一起,用于训练机器学习模型。这种方法使模型能够利用未标记数据的潜力,提高其性能和适应性。就像在一个信息星系中有一些指引星星,帮助您导航。 来源:festinais.medium.com 在我们探索半监督学习的旅程中,我们将探讨其重要性、基本原理和创新策略,特别关注生成模型如VAEs和GANs如何增强其能力。让我们与生成模型一起释放半监督学习的力量。 生成模型:增强半监督学习 在引人入胜的机器学习世界中,生成模型成为真正的游戏改变者,为半监督学习注入新的活力。这些模型具有独特的才能——它们不仅可以理解数据的复杂性,还可以生成与其所学内容相似的新数据。在这个领域中表现最好的模型之一是变分自动编码器(VAEs)和生成对抗网络(GANs)。让我们踏上一段旅程,了解这些生成模型如何成为催化剂,推动半监督学习的界限。 VAEs擅长捕捉数据分布的本质。它通过将输入数据映射到隐藏空间,然后精心重构数据来实现。在半监督学习中,这种能力有着深远的意义,因为VAEs鼓励模型提炼有意义且简洁的数据表示。这些表示不需要大量标记数据的培养,却能提供改进的泛化能力,即使面对有限的标记示例。在另一方面,GANs进行着引人入胜的对抗舞蹈。在这里,生成器努力创建与真实数据几乎无法区分的数据,而鉴别器则扮演警惕的批评家的角色。这个动态二重奏导致数据增强,并为生成全新的数据值铺平了道路。正是通过这些引人入胜的表演,VAEs和GANs获得了关注,开启了半监督学习的新时代。 实际实施步骤 现在我们已经探索了理论方面,是时候卷起袖子,深入探讨使用生成模型的半监督学习的实际实施了。这是魔术发生的地方,我们将想法转化为现实解决方案。以下是将这种协同效应变为现实的必要步骤: 来源:google-cloud.com 第一步:数据准备 – 设置舞台 就像任何成功的制作一样,我们需要一个好的基础。首先收集你的数据。你应该有一小部分有标签的数据和大量未标记的数据。确保你的数据干净、组织良好,并准备好上场。…

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AI能否真正从低质量图像中还原面部细节?认识DAEFR:一种用于增强质量的双分支框架

在图像处理领域中,从质量较差的面部照片中恢复高清信息仍然是一项困难的任务。由于这些图像经历了许多降级,经常导致关键信息的丢失,这些活动本质上很困难。这个问题凸显了低质量和高质量照片之间的质量差异。接下来的问题是是否可以利用低质量领域的固有特性来更好地理解和改善面部修复的过程。 最近的方法已经融入了码本先验、自动编码器和高质量特征集来解决这个问题。然而,这些方法仍然有一个显著的弱点。它们通常依赖于一个仅在高质量数据上训练的单个编码器,忽略了低质量图像所具有的特殊复杂性。虽然创新,但这种方法可能无意中扩大了领域差距,错过了低质量数据的细微差别。 最近有一篇新的论文提出了一个新的解决方案来解决这些问题。这种方法使用额外的“低质量”分支从模糊或不清晰的图像中提取重要细节,将其与更清晰的图像细节结合起来,以改善面部图像恢复。 他们的工作有以下几个突出之处: 1. 他们添加了一个特殊的工具来捕捉低质量图像的独特特征,弥合了清晰和不清晰图像之间的差距。 2. 他们的方法混合了低质量和高质量图像的细节。这种混合有助于克服图像恢复中的常见问题,导致更清晰、更好的结果。 3. 他们引入了一种称为DAEFR的技术来处理模糊或不清晰的面部图像。 具体而言,他们的方法包括以下几个关键步骤: 离散码本学习阶段:他们为HQ和LQ图像建立码本。使用向量量化,他们训练一个自编码器进行自重构,以捕捉领域特定的信息。这个阶段产生了HQ和LQ领域的编码器和码本。 关联阶段:他们借鉴了CLIP模型的灵感,将HQ和LQ领域的特征进行关联。来自领域特定编码器的特征被展平成补丁,构建相似性矩阵。该矩阵以空间位置和特征级别的接近度来衡量这些补丁之间的接近程度。目标是最小化领域差距,产生两个整合了来自两个领域信息的关联编码器。 特征融合和编码预测阶段:在获得关联编码器后,使用这两个编码器对LQ图像进行编码。一个多头交叉注意力模块将这些编码器的特征进行融合,生成一个融合特征,包含来自HQ和LQ领域的信息。随后,一个Transformer预测HQ码本的相关编码元素,这些元素由解码器用于生成恢复的HQ图像。 作者通过一系列实验评估了他们的方法。他们使用PyTorch框架在70,000张高质量人脸图像的FFHQ数据集上训练了他们的模型。这些图像经过调整大小和合成降级以供训练。对于测试,他们选择了四个数据集:CelebA-Test和三个真实世界的数据集。他们的评估指标包括具有真实值的数据集的PSNR和SSIM,以及没有真实值的真实世界数据集的FID和NIQE。与最先进的方法相比,他们的DAEFR模型在真实世界数据集上展现出了更好的感知质量,并在合成数据集上展现出了竞争性的性能。此外,消融研究表明使用两个编码器是最优的,他们提出的多头交叉注意力模块改善了特征融合,突显了该方法在恢复退化图像方面的有效性。 总而言之,本文介绍了一篇新的论文,旨在解决图像恢复的挑战,特别是针对低质量的面部照片。研究人员引入了一种新颖的方法DAEFR,利用高质量和低质量图像特征来产生更清晰、更精细的恢复结果。这种方法独特地使用了一个双编码器系统,一个用于高质量图像,一个用于低质量图像,弥合了两个领域之间的差距。该解决方案经过了严格的评估,显示出比以前的方法有显著的改进。该论文的研究结果强调了DAEFR在提高图像处理领域的潜力,为更准确的面部图像恢复铺平了道路。

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ATLAS研究人员通过无监督机器学习中的异常检测探索新颖现象

自2009年成立以来,大型强子对撞机(LHC)一直是科学探索的先锋工具,旨在揭示超越标准模型边界的粒子和现象。然而,寻找新物理的传统方法涉及复杂的计算机模拟,将观测到的碰撞数据与标准模型和其他理论模型的预测相匹配。这些方法受到预定义模型和模拟的限制,可能忽视不符合这些模型的意外现象。为了解决这个限制,研究人员转向无监督机器学习,以检测碰撞数据中可能表示新物理现象的异常。 目前,寻找新物理涉及模拟,模拟已知粒子的行为,根据已建立的模型。将准确的碰撞数据与这些模拟进行比较,有助于识别可能暗示新现象的偏差。另一种方法是寻找标准模型背景的微小变化,这表明存在新的过程。然而,这些方法受到所测试模型固有假设的限制。 ATLAS的一项新研究提出了一种用于分析LHC碰撞数据的新框架。这个框架利用无监督机器学习技术,特别是一种复杂的神经网络,称为自编码器。与现有方法不同,这种方法不受模型和预设期望的限制。 引入的框架涉及对实际LHC碰撞数据进行复杂神经网络的训练。这个由许多相互连接的“神经元”组成的网络被称为自编码器。训练过程涉及压缩输入数据,然后在比较初始输入和输出时进行解压缩。通过这种比较,自编码器可以识别“典型”的碰撞事件并将其滤除,留下偏离正常的事件-称为“异常”。异常表示神经网络在识别模式时遇到困难,暗示着可能存在新的物理现象。为了评估这些异常,研究人员分析碰撞中粒子的不变质量,并评估它们是否可以归因于标准模型过程。 通过识别和表征异常事件,可以衡量这种方法的成功。自编码器检测到的异常事件被仔细检查,以确定它们与新的物理现象的潜在联系。输入和输出数据之间的重建差异越大,事件与标准模型之外的新物理相关的可能性越大。 总之,尽管传统的LHC寻找新物理的方法有效,但受到对预定义模型和模拟的依赖的限制。研究人员提出的新方法通过自编码器引入了无监督机器学习,实现了对碰撞数据的无模型分析。这个框架有潜力揭示逃脱传统方法的意外现象。通过关注自编码器检测到的异常,科学家可以揭示超出我们对宇宙当前理解的粒子和相互作用的奥秘。

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在生成人工智能中探索神经微分方程

介绍 生成式人工智能已经有了巨大发展,涵盖了许多技术,可以创建新颖且多样化的数据。虽然像生成对抗网络(GANs)和变分自编码器(VAEs)这样的模型已经占据了主导地位,但神经微分方程(NDEs)领域是一个鲜为人知但非常有趣的领域。在本文中,我们深入探讨了NDEs在生成式人工智能中的未知领域,揭示了它们的重要应用,并展示了完整的Python实现。 本文是数据科学博客马拉松的一部分。 神经微分方程的威力 神经微分方程(NDEs)将微分方程和神经网络的原理融合在一起,形成了一个动态框架,可以生成连续且平滑的数据。传统的生成模型通常生成离散样本,限制了它们的表现力,使其不适用于需要连续数据的应用,如时间序列预测、流体动力学和逼真的运动合成。NDEs通过引入连续的生成过程来弥合这一差距,实现了随时间无缝演化的数据创造。 神经微分方程的应用 时间序列数据 时间序列数据以其顺序性质而普遍存在于各个领域,从金融市场到生理信号。神经微分方程(NDEs)在时间序列生成中成为了一种开创性的方法,为理解和建模时间依赖关系提供了独特的视角。通过将微分方程的优雅与神经网络的灵活性相结合,NDEs使得AI系统能够以无与伦比的精度合成随时间演变的数据。 在时间序列生成的背景下,NDEs成为流体时序转换的指挥者。它们捕捉隐藏的动态,适应变化的模式,并向未来进行外推。基于NDE的模型能够处理不规则的时间间隔,适应噪声输入,并实现准确的长期预测。这种卓越的能力重新定义了预测的领域,使我们能够预测趋势,预测异常,并增强跨领域的决策能力。 NDE驱动的时间序列生成为基于AI的洞察力提供了一个画布。金融分析师利用其能力来预测市场趋势,医疗从业者利用其进行患者监测,气候科学家利用其预测环境变化。NDEs连续而适应性的特性赋予了时间序列数据以生命力,使得AI系统能够与时间的节奏和谐共舞。 物理模拟 进入物理模拟领域,神经微分方程(NDEs)成为能够揭示自然现象复杂结构的大师。这些模拟支撑着跨学科的科学发现、工程创新和创造性表达。通过将微分方程与神经网络相结合,NDEs赋予了虚拟世界以生命,实现了复杂物理过程的准确和高效仿真。 NDE驱动的物理模拟涵盖了我们宇宙的规律,从流体动力学到量子力学。传统方法通常需要大量的计算资源和手动参数调整。NDEs然而提供了一种新的范式,能够无缝地学习和适应动态系统,避免了对显式方程的需求。这加速了模拟工作流程,加快了实验,并扩大了可模拟的范围。 航空航天、汽车和娱乐等行业利用NDE驱动的模拟来优化设计、测试假设和创建逼真的虚拟环境。工程师和研究人员在未知的领域中探索,探索以前计算上限制的场景。实质上,神经微分方程构建了虚拟和有形之间的桥梁,在数字领域中呈现出物理学的细致交响乐。 运动合成 运动合成是动画、机器人和游戏中的关键组成部分,神经微分方程(NDEs)在这里展示了它们的艺术和实用的才能。传统上,由于底层动力学的复杂性,生成自然而流畅的运动序列存在挑战。NDEs重新定义了这个领域,赋予了基于AI的角色和代理以与人类直觉无缝共鸣的逼真运动。 NDEs赋予了运动合成连续性,无缝链接姿势和轨迹,并消除了离散方法中常见的突兀转换。它们解码了运动的基本机制,赋予了角色优雅、重量和响应性。从模拟蝴蝶翅膀的飘动到编排人形机器人的舞蹈,NDE驱动的运动合成是创造力和物理学的和谐融合。 NDE驱动的运动合成的应用是广泛和变革性的。在电影和游戏中,角色的移动具有真实感,引起情感参与。在机器人技术中,机器以优雅和精确的方式导航环境。康复设备适应用户的运动,促进康复。在NDE的引领下,运动合成超越了简单的动画,成为了一种编排运动交响乐的途径,与创作者和观众产生共鸣。 实现神经微分方程模型 为了说明NDE的概念,让我们深入探讨使用Python和TensorFlow实现基本的连续时间VAE。该模型捕捉了连续的生成过程,并展示了微分方程和神经网络的集成。 (注意:在运行下面的代码之前,请确保安装了TensorFlow和相关依赖项。) import tensorflow as tf…

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遇见BeLFusion:使用潜在扩散的行为潜在空间方法进行逼真且多样化的随机人体动作预测

随着人工智能(AI)继续吸引世界的目光,一项令人称奇的应用在计算机视觉和AI的交叉领域中崭露头角,即人体运动预测(HMP)。这个引人入胜的任务涉及根据观察到的运动序列预测人体主体的未来运动或动作。其目标是预测一个人的身体姿势或动作如何演变。HMP在机器人学、虚拟化身、自动驾驶车辆和人机交互等多个领域都有应用。 随机HMP是传统HMP的扩展,其重点是预测可能未来动作的分布,而不是单一确定的未来。这种方法认识到人类行为的固有自发性和不可预测性,旨在捕捉与未来动作或运动相关的不确定性。随机HMP通过考虑可能未来动作的分布来解决人类行为的可变性和多样性,从而实现更加真实和灵活的预测。在需要预测多种可能行为至关重要的场景中,如辅助机器人或监控应用,随机HMP尤为有价值。 通常使用生成模型(如GAN或VAE)来预测每个观察序列的多个未来动作来处理随机HMP。然而,这种在坐标空间中生成多样化动作的重点导致了不真实和快速发散的动作预测,可能需要更好地与观察到的动作相一致。此外,这些方法通常忽视了预测具有微小关节位移的多样化低范围行为。因此,需要新的方法来考虑行为多样性并在随机HMP任务中产生更加真实的预测。为了解决现有随机HMP方法的局限性,巴塞罗那大学和计算机视觉中心的研究人员提出了BeLFusion。这种新颖的方法引入了一个行为潜空间,以生成真实且多样化的人体运动序列。 生成模型中的快速和发散的动作。 BeLFusion的主要目标是将行为与动作分离,实现观察到的姿势和预测姿势之间的平滑过渡。这通过行为VAE实现,包括行为编码器、行为耦合器、上下文编码器和辅助解码器。行为编码器结合了门控循环单元(GRU)和2D卷积层,将关节坐标映射到潜在分布。然后,行为耦合器将采样的行为转移到进行中的动作,生成多样化且具有上下文适应性的动作。BeLFusion还结合了一种条件潜空间扩散模型(LDM),以准确地编码行为动态并将其有效地转移到进行中的动作,同时最小化潜在和重构错误,以增强生成动作序列中的多样性。 BeLFusion的创新架构还包括一个观察编码器,它是一个从关节坐标生成隐藏状态的自编码器。该模型利用了潜空间扩散模型(LDM),该模型使用了带有交叉注意机制和残差块的U-Net,从中采样出行为与姿势和动作分离的潜在空间。通过从行为的角度促进多样性并与最近的过去保持一致性,BeLFusion在随机HMP中产生了比最先进方法更加真实和连贯的动作预测。通过行为分离和潜空间扩散的独特组合,BeLFusion在人体运动预测方面代表了一个有希望的进展。它具有为各种应用程序生成更自然和上下文适应的动作的潜力。 实验评估显示,BeLFusion具有令人印象深刻的泛化能力,在已知和未知情景中表现出色。在使用Human3.6M和AMASS数据集的具有挑战性结果进行跨数据集评估时,它在各种指标上表现优于最先进的方法。在H36M上,BeLFusion的平均位移误差(ADE)约为0.372,最终位移误差(FDE)约为0.474。同时,在AMASS上,它的ADE约为1.977,FDE约为0.513。结果表明BeLFusion生成准确且多样化预测的能力优越,展示了它在不同数据集和动作类别上进行逼真人体运动预测的有效性和泛化能力。 总体而言,BeLFusion是一种用于人体运动预测的新方法,其在Human3.6M和AMASS数据集的准确性指标中实现了最先进的性能。它利用行为潜空间和潜扩散模型生成多样化且上下文自适应的预测。该方法能够捕捉和转移序列之间的行为,使其对领域转移具有鲁棒性,并提高了泛化能力。此外,定性评估表明,BeLFusion的预测比其他最先进的方法更加逼真。它为人体运动预测提供了有希望的解决方案,在动画、虚拟现实和机器人技术等领域具有潜在应用。

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中国的一项新的人工智能研究提出了SHIP:一种即插即用的生成式人工智能方法,用于改进现有的微调方法

本文介绍了一种名为合成提示(SHIP)的新方法,用于改进现有的微调方法。 微调:在预训练之后,模型会在一个较小的、特定任务的数据集上进行微调。这涉及到在新数据上继续训练过程,通常使用较小的学习率。其思想是调整模型从预训练中获得的泛化知识,使其更适用于特定任务。 研究人员要解决的问题是某些类别缺乏数据的情况。他们的目标是训练一个生成模型,可以通过提供类别名称合成特征,从而能够为没有数据的类别生成特征。 为没有数据的类别生成特征是指为训练数据集中不存在的类别或类别合成表示的过程。这在收集某些类别的真实数据可能具有挑战性或不可能的情况下特别有用。 研究人员随后使用现成的方法对CLIP进行了原始标记和新合成特征的微调。然而,一个重要障碍是生成模型通常需要大量数据进行训练,这与他们的数据效率目标相矛盾。他们提出利用变分自编码器(VAE)作为框架,相比于需要对抗训练的模型,在低数据场景中更易于训练且更有效。 尽管GAN和VAE都是能够创建新数据样本的生成模型,但它们在架构、目标和训练方法上存在显著差异。GAN以生成高质量、逼真样本而闻名,但训练难度较大。而VAE提供了一个概率框架,在有限数据的情况下更易于处理,但可能不如GAN产生锐利或逼真的样本。 CLIP(对比式语言-图像预训练)是OpenAI开发的一种模型,可以从文本描述中学习理解和生成图像,反之亦然。它已经在大规模数据集上进行了预训练,并具有对齐的视觉和语言表示。预训练的语言编码器有助于生成更逼真的特征。本文旨在通过利用合成数据来增强CLIP微调方法的性能。研究人员在基于新的泛化、跨数据集迁移学习和广义零样本学习的综合实验中进行了全面的实验,取得了最先进的性能。 所提出的模型架构利用VAE框架对特征进行编码和生成,与CLIP集成以提取图像特征并重构它们。在训练过程中,模型学习将特征编码为潜在空间,然后重构它们。在生成阶段,它使用这个学到的编码为新类别合成特征,允许在某些类别没有数据的情况下对CLIP进行微调。基于CLIP的新颖生成器由轻量级MLP和冻结的CLIP文本编码器组成,在转换潜在代码和构建最终提示符进行特征重构方面起到关键作用。 研究人员观察的实验结果: 基于新的泛化:实验在11个不同的图像分类数据集上进行,包括ImageNet、Caltech101、OxfordPets、StanfordCars、Flowers102、Food101、FGVCAircraft、SUN397、DTD、EuroSAT和UCF101。数据集被分为基类和新类,每个基类以16个样本进行训练。评估同时针对基类和新类进行。 广义零样本设置:本文还在更现实的广义零样本设置下评估了基于新的泛化,其中基类和新类的数据混合在测试数据集中。结果表明,以前的方法在新类别中的性能显著下降,但提出的SHIP方法在新类别中的性能继续提高。 与其他方法的比较:结果与其他方法进行了比较,包括CLIP、CoOp、CLIP-Adapter和Tip-Adapter。提出的SHIP方法在各个数据集中的新类别中表现出了改进的性能。 结论: 本文提出了一种新颖的SyntHesIzed Prompts (SHIP)方法,旨在改进现有的微调方法,特别是在某些类别没有数据的情况下。该方法通过为没有数据的类别合成特征,并使用原始标记和新合成特征对CLIP进行微调,实现了各种任务的最先进性能。本文指出了额外的训练成本作为一种限制,并表达了在未来研究中探索SHIP在密集预测任务中的适用性的意愿。 总体而言,本文通过解决某些类别数据稀缺的挑战,并利用合成数据提高CLIP微调方法的性能,在该领域提出了重要贡献。

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对话式人工智能中的LLM:构建更智能的聊天机器人和助手

介绍 语言模型在引人入胜的对话型人工智能领域中占据重要地位,该领域涉及技术和人类之间进行自然对话。最近,一种令人瞩目的突破性进展被称为大型语言模型(LLM)引起了大家的注意。像OpenAI令人印象深刻的GPT-3一样,LLM在理解和生成类似人类文本方面表现出了异常能力。这些令人难以置信的模型已成为一种改变游戏规则的技术,尤其在创建更智能的聊天机器人和虚拟助手方面。 在本博客中,我们将探讨LLM如何为对话型人工智能做出贡献,并提供易于理解的代码示例来展示它们的潜力。让我们深入研究一下,看看LLM如何使我们的虚拟互动更具吸引力和直观性。 学习目标 了解大型语言模型(LLM)的概念及其在推进对话型人工智能能力方面的重要性。 了解LLM如何使聊天机器人和虚拟助手能够理解和生成类似人类的文本。 探索提示工程在指导基于LLM的聊天机器人行为中的作用。 认识到LLM相对于传统方法在改进聊天机器人响应方面的优势。 发现LLM在对话型人工智能的实际应用。 本文是作为数据科学博客马拉松的一部分发表的。 理解对话型人工智能 对话型人工智能是人工智能创新领域,专注于开发能够以自然和类似人类的方式理解和回应人类语言的技术。通过使用自然语言处理和机器学习等先进技术,对话型人工智能赋予聊天机器人、虚拟助手和其他对话系统与用户进行动态和交互式对话的能力。这些智能系统可以理解用户的查询,提供相关信息,回答问题,甚至执行复杂任务。 对话型人工智能已经在客户服务、医疗保健、教育和娱乐等各个领域得到应用,彻底改变了人类与技术互动的方式,为更具共情和个性化的人机交互打开了新的前沿。 语言模型的演进:从基于规则的聊天机器人到LLM 在不久的过去,与聊天机器人和虚拟助手的互动往往感觉呆板和令人沮丧。这些基于规则的系统遵循严格预定义的脚本,依靠开发人员编程的特定关键字和响应。同时,它们提供了回答常见问题等基本功能。由于它们缺乏上下文理解,对话感觉僵硬和有限。 基于规则的聊天机器人时代 语言模型的历程始于基于规则的聊天机器人。这些早期聊天机器人基于预定义的规则和模式运行,依靠开发人员编程的特定关键字和响应。与此同时,它们提供了回答常见问题等基本功能。由于它们缺乏上下文理解,对话感觉僵硬和有限。 统计语言模型的兴起 随着技术的进步,统计语言模型进入了舞台。这些模型利用统计算法分析大量的文本数据集,并从数据中学习模式。采用这种方法,聊天机器人可以处理更广泛的输入范围,并提供稍微更具上下文相关的响应。然而,它们仍然难以捕捉人类语言的复杂性,经常导致不自然和脱节的响应。 基于Transformer模型的兴起 真正的突破发生在基于Transformer模型的出现时,尤其是革命性的GPT(Generative Pre-trained Transformer)系列。第三代GPT-3代表了对话型人工智能的一次重大变革。GPT-3在大量互联网文本的预训练基础上,利用深度学习和注意力机制的威力,使其能够理解上下文、语法、语法甚至类似人类的情感。 理解大型语言模型 具有复杂神经网络的LLM,由开创性的GPT-3(Generative…

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这项脑AI研究通过稳定扩散从读取脑电波中重建图像

构建与人类视觉系统类似的人工系统,是计算机视觉的一个重要目标。最近在人口脑活动测量方面的进展,以及深度神经网络模型的实现和设计的改进,使得可以直接比较人工网络的结构特征与生物大脑潜在表示的架构特征,揭示了这些系统的工作方式的关键细节。从脑活动中重建视觉图像,比如通过功能磁共振成像(fMRI)检测到的脑活动,就是其中的一个应用之一。这是一个有趣但困难的问题,因为潜在的脑表示大部分是未知的,而且用于脑数据的样本量通常很小。 近年来,学者们使用深度学习模型和技术,如生成对抗网络(GAN)和自监督学习,来应对这一挑战。然而,这些研究要求对fMRI实验中使用的特定刺激进行微调,或者从头开始训练新的生成模型。这些尝试在像素级和语义保真度方面表现出很大但受限的性能,部分原因是神经科学数据量较小,部分原因是构建复杂生成模型的多个困难。 扩散模型,尤其是计算资源消耗较少的潜在扩散模型,是最近的一个GAN替代方案。然而,由于LDMs仍然相对较新,很难完全理解它们的内部工作原理。 大阪大学和CiNet的研究团队使用一种名为稳定扩散的LDM来从fMRI信号重建视觉图像,试图解决上述问题。他们提出了一个简单的框架,可以在不需要训练或微调复杂深度学习模型的情况下,重建具有高语义保真度的高分辨率图像。 作者在这项研究中使用的数据集是自然场景数据集(NSD),该数据集收集了来自fMRI扫描仪的数据,每个受试者在30-40个会话期间观看了10,000张图片的三次重复。 来源:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.18.517004v2.full 首先,他们使用潜在扩散模型从文本中创建图像。在上图(顶部)中,z被定义为由模型通过c进行修改的生成的潜在表示,c被定义为文本的潜在表示(描述图像),zc被定义为由自编码器压缩的原始图像的潜在表示。 为了分析解码模型,作者按照以下三个步骤进行操作(上图,中部)。首先,他们从早期视觉皮层(蓝色)的fMRI信号中预测出呈现图像X的潜在表示z。然后,将z经过解码器处理,产生粗糙的解码图像Xz,然后将其编码并通过扩散过程。最后,将噪声图像添加到从高级视觉皮层(黄色)的fMRI信号中得到的解码潜在文本表示c中,并进行去噪处理,得到zc。从zc出发,解码模块产生最终重建的图像Xzc。需要强调的是,这个过程所需的唯一训练是线性映射fMRI信号到LDM组件zc、z和c。 从zc、z和c出发,作者进行了编码分析,通过将它们映射到脑活动来解释LDM的内部操作(上图,底部)。从表示中重建图像的结果如下所示。 来源:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.18.517004v2.full 使用简单的 z 重新创建的图像具有与原始图像的视觉一致性,但其语义价值丧失了。另一方面,仅使用 c 部分重建的图像产生了具有很强语义保真度但视觉不一致的图像。通过使用 zc 恢复的图像能够产生具有很高语义保真度的高分辨率图像,从而证明了该方法的有效性。 对大脑的最终分析揭示了关于 DM 模型的新信息。在大脑的后部,即视觉皮层中,所有三个组件都取得了很高的预测性能。特别是,z 在早期视觉皮层(位于视觉皮层后部)中提供了强大的预测性能。同时,它在上部视觉皮层(即视觉皮层的前部)中表现出很强的预测值,但在其他区域的值较小。另一方面,在上部视觉皮层中,c 提供了最佳的预测性能。 来源:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.18.517004v2.full 查看论文和项目页面。所有关于这项研究的荣誉归功于该项目的研究人员。还请不要忘记加入我们的26k+ ML…

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“我们应该如何存储AI图像?谷歌研究人员提出了一种使用基于分数的生成模型的图像压缩方法”

一年前,用人工智能生成逼真的图像还只是一个梦想。尽管大部分生成的输出仍然有三只眼睛、两个鼻子等等,但我们对于看到与真实相似的生成的脸庆幸不已。然而,随着扩散模型的发布,情况发生了很大变化。如今,很难区分出人工智能生成的图像和真实的图像。 生成高质量图像的能力是方程式的一部分。如果我们要充分利用它们,高效地压缩它们在内容生成、数据存储、传输和带宽优化等任务中发挥着至关重要的作用。然而,图像压缩在很大程度上仍然依赖于传统的变换编码和量化技术,对生成模型的探索有限。 尽管扩散模型和基于评分的生成模型在图像生成方面取得了成功,但在图像压缩方面,它们尚未成为主导方法,落后于基于GAN的方法。它们在高分辨率图像上的表现往往比不上HiFiC等基于GAN的方法。即使尝试将文本到图像模型重新用于图像压缩,也会产生不令人满意的结果,生成的重建图像与原始输入有所偏差,或者包含不良伪影。 在图像生成任务中,基于评分的生成模型的性能与它们在图像压缩中的有限成功之间的差距引发了有趣的问题,并激发了进一步的研究。令人惊讶的是,能够生成高质量图像的模型在图像压缩这个特定任务中无法超越GAN。这种差异表明,在将基于评分的生成模型应用于压缩任务时,可能存在独特的挑战和考虑因素,需要专门的方法来充分发挥其潜力。 因此,我们知道在图像压缩中使用基于评分的生成模型存在潜力。问题是,如何实现呢?让我们来看答案。 谷歌研究人员提出了一种方法,将经过均方误差(MSE)优化的标准自编码器与扩散过程结合起来,以恢复并添加自编码器丢弃的细节。对于编码图像的比特率仅由自编码器确定,因为扩散过程不需要额外的比特。通过专门为图像压缩微调扩散模型,结果显示它们在图像质量方面可以胜过几种最近的生成方法。 所提出的方法能够更好地保留细节,与最先进的方法相比。来源:https://arxiv.org/pdf/2305.18231.pdf 该方法探索了两种紧密相关的方法:扩散模型表现出令人印象深刻的性能,但需要大量的采样步骤;而修正流模型在允许较少的采样步骤时表现更好。 这种两步方法首先使用MSE优化的自编码器对输入图像进行编码,然后应用扩散过程或修正流方法来增强重建图像的逼真度。扩散模型采用与文本到图像模型相反方向的噪声调度,优先考虑细节而不是全局结构。另一方面,修正流模型利用自编码器提供的配对关系,直接将自编码器输出映射到未压缩图像。 所提出的HFD模型概述。来源:https://arxiv.org/pdf/2305.18231.pdf 此外,该研究揭示了一些具体细节,这些细节对未来在该领域的研究具有实用价值。例如,研究表明,噪声计划和在图像生成过程中注入的噪声量显著影响结果。有趣的是,尽管文本到图像模型在高分辨率图像上训练时受益于增加的噪声水平,但发现在压缩方面减少扩散过程的整体噪声是有利的。这种调整使模型能够更多地关注细节,因为粗略的细节已经被自动编码器重建充分捕捉到了。

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生成式人工智能的迷人演进

介绍 在不断扩展的人工智能领域中,一个引人入胜的领域吸引着研究人员、技术人员和爱好者的想象力,那就是生成式人工智能。这些聪明的算法每天都在推动机器人的能力和理解力的极限,引领着一个新的创新和创造的时代。在这篇文章中,我们将踏上一段关于生成式人工智能演化的激动人心的旅程,探索其谦逊的起源、重要的转折点以及影响其发展的开创性进展。 我们将研究生成式人工智能如何革新各个领域,从艺术和音乐到医学和金融,从早期尝试创建简单模式到现在创造令人惊叹的杰作。通过理解生成式人工智能的历史背景和创新,我们可以深入了解它对未来的巨大潜力。让我们一起探索机器如何获得创造、发明和想象的能力,从而永远改变人工智能和人类创造力的领域。 生成式人工智能演化时间线 在不断发展的人工智能领域中,很少有分支像生成式人工智能一样引起如此多的好奇和兴趣。从最早的概念化到近年来取得的令人叹为观止的成就,生成式人工智能的发展之旅堪称非凡。 在本节中,我们将踏上一段迷人的时间之旅,揭示塑造生成式人工智能发展的里程碑。我们深入研究关键突破、研究论文和进展,绘制出其增长和演化的全面图景。 让我们一起踏上历史之旅,见证创新概念的诞生,重要人物的出现,以及生成式人工智能在各个行业的渗透,丰富生活并改变我们对人工智能的认知。 1805年:第一个神经网络/线性回归 1805年,Adrien-Marie Legendre引入了一个具有输入层和单个输出单元的线性神经网络(NN)。该网络将输出计算为加权输入的总和。使用最小二乘法调整权重,类似于现代线性神经网络,为浅层学习和随后的复杂结构奠定了基础。 1925年:第一个RNN架构 20世纪20年代,物理学家Ernst Ising和Wilhelm Lenz引入和分析了第一个非学习的循环神经网络(RNN)架构(Ising模型或Lenz-Ising模型)。它以响应输入条件进入平衡状态,并成为第一个学习型循环神经网络的基础。 1943年:神经网络的引入 1943年,Warren McCulloch和Walter Pitts首次引入了神经网络的概念。它受到生物神经元的工作方式的启发。神经网络是用电路模拟的。 1958年:MLP(无深度学习) 1958年,Frank Rosenblatt引入了具有非学习的第一层和自适应输出层的多层感知机(MLP)。尽管这还不是深度学习,因为只有最后一层是学习的,但Rosenblatt基本上拥有了后来被重新命名为极限学习机(ELMs)的东西,只是没有得到适当的归属。 1965年:第一个深度学习 1965年,Alexey Ivakhnenko和Valentin Lapa引入了第一个成功的深度多层感知机(MLP)的学习算法。…

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牛津研究人员提出Farm3D:一种能够通过提炼2D扩散来学习关节3D动物的AI框架,用于实时应用如视频游戏

生成式人工智能的惊人增长引发了图片生成方面的令人着迷的进展,利用DALL-E、Imagen和Stable Diffusion等技术,可以根据文本提示创建出色的图像。这一成就可能不仅局限于2D数据。最近DreamFusion展示了文本到图像生成器可以用于创建高质量的3D模型,尽管生成器缺乏3D训练,但有足够的数据来重建3D形状。本文阐述了如何通过文本到图像生成器获得更多,并获得多个3D物体类型的关节模型。 也就是说,他们不是试图创建单个3D资产(DreamFusion),而是希望创建整个类别的关节3D物体的统计模型(如牛、羊和马),该模型可以用于从单个图像(无论是真实的还是数字化的)创建可用于增强现实/虚拟现实、游戏和内容创作的动画化的3D资产。他们通过训练一个可以根据物体的单张照片预测关节3D模型的网络来解决这个问题。为了引入这样的重建网络,先前的工作一直依赖于真实数据。然而,他们提出使用使用2D扩散模型(如Stable Diffusion)生成的合成数据。 牛津大学视觉几何组的研究人员提出了Farm3D,它是DreamFusion、RealFusion和Make-a-video-3D等3D生成器的一个补充,这些生成器可以通过测试时间优化从文本或图像开始创建单个的3D静态或动态资产,需要数小时。这提供了几个优点。首先,2D图像生成器倾向于生成准确和完好的物体类别示例,从而隐式地筛选训练数据并简化学习过程。其次,通过2D生成器隐含地提供了每个给定物体实例的虚拟视图,进一步提供了对理解的澄清。第三,它通过消除收集(可能还需要审查)真实数据的要求,增加了方法的适应性。 在测试时,他们的网络以前馈方式从单张图像中进行重建,仅需几秒钟即可生成可操作的关节3D模型(例如,可以进行动画化、重新照明),而不是固定的3D或4D工件。他们的方法适用于合成和分析,因为重建网络仅在虚拟输入上进行训练,但能够推广到实际照片。可以将该方法应用于动物行为的研究和保护。Farm3D基于两个重要的技术创新。首先,他们展示了如何通过快速工程使Stable Diffusion产生大量通常干净的物体类别图片,以学习关节3D模型。其次,他们展示了如何将得分蒸馏采样(SDS)损失扩展到合成多视图监督,以训练照片几何自编码器,即MagicPony。为了创建同一物体的新人工视图,照片几何自编码器将物体分成多个方面,这些方面有助于图像形成(例如物体的关节形状、外观、相机视点和照明)。 这些合成视图被输入到SDS损失中,以获得渐变更新和反向传播到自编码器的可学习参数。他们对Farm3D进行了基于3D生成和修复能力的定性评估。由于Farm3D能够进行重建和创建,因此可以在语义关键点传输等分析任务上进行定量评估。尽管该模型不使用任何真实图像进行训练,从而节省了耗时的数据收集和筛选过程,但他们展示了与各种基准相当甚至更好的性能。

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