多阶段对比学习+多专家CLIP实现细粒度多模态表征学习

今天给大家介绍一篇港中文、上海AI Lab等机构联合发表的CLIP优化工作，构建了基于多专家网络的MoE模型，实现更细粒度的视觉表征器训练，提升下游多模态大模型

论文标题：CLIP-MOE: TOWARDS BUILDING MIXTURE OF EXPERTS FOR CLIP WITH DIVERSIFIED MULTIPLET UPCYCLING

下载地址：​​https://arxiv.org/pdf/2409.19291v2​​

1.背景

基于CLIP的图文对比学习预训练是构建多模态大模型的一个核心基础模块。通过图片和文本的对比学习过程，训练图片和文本的Encoder，能够对齐图片和文本这两个模态的表征。

然而，很多工作都发现，CLIP训练的Encoder，提取的更多是粗粒度的图像信息，例如CLIP的表征会存在语义不同、内容相似的图像被分到同一个类别中。这种比较弱的视觉Encoder会影响下游任务的效果。

为了解决上述问题，本文构建了一种基于多专家网络的CLIP模型，不同专家从不同维度提取视觉表征，提升视觉编码器能力。并且整个过程只需要基于已有的checkpoint进行finetune，不用从0训练CLIP模型。

2.建模方法

CLIP-MoE的核心建模方法可以分成3个部分：多阶段对比学习、多专家网络、训练方式。

多阶段对比学习是港中文在Avoiding feature suppression in contrastive learning: Learning what has not been learned before中提出的CLIP训练方法。进行多轮的CLIP训练，每轮训练后，根据表征进行聚类，下一轮的对比学习在每个聚类类簇内进行训练。通过多轮训练，得到一系列的CLIP模型。这种建模方法可以理解为，比如最开始对比学习学到了根据颜色进行表征对齐，在聚类后，颜色相同的聚类到了一起，第二阶段就可以学到颜色以外的其他信息进行表征区分。通过这种方式实现不同维度的表征学习。

本文也利用多阶段对比学习的思路，基于一个预训练的CLIP模型，将参数固定，只对Transformer中的FFN层进行finetune。通过多阶段对比学习，生成多组FFN参数。

基于上述不同阶段的FFN参数，可以构建多专家网络。通过门控网络，设定样本通过各个FFN的概率，各个FFN的输出结果进行加权求和。并且在损失函数中引入复杂均衡loss，防止MoE被少数专家主导的情况。

在训练方式上，包含2个阶段。第一阶段，在多阶段对比学习过程中，基于预训练CLIP，模型参数freeze，只对FFN层进行finetune。在第二阶段，冻结所有参数，只对多专家网络中的路由部分进行finetune。

3.实验结果

通过实验结果来看，本文的CLIP预训练方法在零样本学习场景的图文检索、图像分类等任务上取得了显著的效果提升。

文中也通过case分析了这种CLIP-MoE结构对于细粒度图文匹配的有效性。CLIP-MoE能够更加关注图像中的细节信息，做出和文本更准确的匹配。

本文转载自 ​​圆圆的算法笔记​​，作者： Fareise