機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以在沒有人類幫助的情況下識(shí)別視頻剪輯中的動(dòng)作并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。人類通過不同方式的組合來觀察世界，例如視覺、聽覺和我們對(duì)語(yǔ)言的理解。另一方面，機(jī)器通過算法可以處理的數(shù)據(jù)來解釋世界。

因此，當(dāng)機(jī)器“看到”一張照片時(shí)，它必須將該照片編碼為可用于執(zhí)行圖像分類等任務(wù)的數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入有多種格式(如視頻、音頻剪輯和圖像)時(shí)，此過程會(huì)變得更加復(fù)雜。

麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，該技術(shù)學(xué)習(xí)以一種捕獲在視覺和音頻模式之間共享的概念的方式來表示數(shù)據(jù)。他們的模型可以識(shí)別視頻中某些動(dòng)作發(fā)生的位置并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。麻省理工學(xué)院新聞插圖

“這里的主要挑戰(zhàn)是，機(jī)器如何調(diào)整這些不同的模式?作為人類，這對(duì)我們來說很容易。我們看到一輛汽車，然后聽到汽車駛過的聲音，我們知道這些是一回事。但對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)來說，這并不是那么簡(jiǎn)單，”計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室 (CSAIL) 的研究生、解決這個(gè)問題的論文的第一作者 Alexander Liu 說。

Liu 和他的合作者開發(fā)了一種人工智能技術(shù)，該技術(shù)學(xué)習(xí)以捕捉視覺和音頻模式之間共享的概念的方式來表示數(shù)據(jù)。例如，他們的方法可以了解到視頻中嬰兒哭泣的動(dòng)作與音頻剪輯中的口語(yǔ)“哭泣”有關(guān)。

利用這些知識(shí)，他們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以識(shí)別視頻中某個(gè)動(dòng)作發(fā)生的位置并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。

在跨模態(tài)檢索任務(wù)中，它比其他機(jī)器學(xué)習(xí)方法表現(xiàn)更好，這些任務(wù)涉及查找一段數(shù)據(jù)，如視頻，與以另一種形式(如口語(yǔ))給出的用戶查詢相匹配。他們的模型還使用戶更容易了解為什么機(jī)器認(rèn)為它檢索到的視頻與他們的查詢匹配。

有朝一日，這種技術(shù)可以用來幫助機(jī)器人通過感知來了解世界上的概念，就像人類一樣。

與劉一起參與論文的是 CSAIL 博士后 SouYoung Jin;研究生 Cheng-I Jeff Lai 和 Andrew Rouditchenko;Aude Oliva，CSAIL 高級(jí)研究科學(xué)家，MIT-IBM Watson AI 實(shí)驗(yàn)室主任;和資深作者詹姆斯格拉斯，高級(jí)研究科學(xué)家和 CSAIL 口語(yǔ)系統(tǒng)小組的負(fù)責(zé)人。該研究將在計(jì)算語(yǔ)言學(xué)協(xié)會(huì)年會(huì)上發(fā)表。

學(xué)習(xí)表征

研究人員將他們的工作重點(diǎn)放在表示學(xué)習(xí)上，這是一種機(jī)器學(xué)習(xí)形式，旨在轉(zhuǎn)換輸入數(shù)據(jù)以使其更容易執(zhí)行分類或預(yù)測(cè)等任務(wù)。

表示學(xué)習(xí)模型獲取原始數(shù)據(jù)，例如視頻及其相應(yīng)的文本字幕，并通過提取特征或?qū)σ曨l中對(duì)象和動(dòng)作的觀察來對(duì)它們進(jìn)行編碼。然后它將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)映射到一個(gè)網(wǎng)格中，稱為嵌入空間。該模型將相似的數(shù)據(jù)聚集在一起作為網(wǎng)格中的單個(gè)點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)或向量中的每一個(gè)都由一個(gè)單獨(dú)的單詞表示。

例如，一個(gè)人雜耍的視頻剪輯可能會(huì)映射到一個(gè)標(biāo)有“雜耍”的向量。

研究人員對(duì)模型進(jìn)行了限制，使其只能使用 1000 個(gè)單詞來標(biāo)記向量。該模型可以決定要將哪些動(dòng)作或概念編碼到單個(gè)向量中，但它只能使用 1,000 個(gè)向量。模型選擇它認(rèn)為最能代表數(shù)據(jù)的詞。

他們的方法不是將來自不同模態(tài)的數(shù)據(jù)編碼到單獨(dú)的網(wǎng)格上，而是采用共享的嵌入空間，其中兩個(gè)模態(tài)可以一起編碼。這使模型能夠從兩種模式中學(xué)習(xí)表示之間的關(guān)系，例如顯示一個(gè)人雜耍的視頻和一個(gè)人說“雜耍”的錄音。

為了幫助系統(tǒng)處理來自多種模式的數(shù)據(jù)，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種算法，引導(dǎo)機(jī)器將相似的概念編碼到同一個(gè)向量中。

“如果有一個(gè)關(guān)于豬的視頻，模型可能會(huì)將‘豬’這個(gè)詞分配給 1000 個(gè)向量中的一個(gè)。然后，如果模型聽到有人在音頻剪輯中說出“豬”這個(gè)詞，它仍應(yīng)使用相同的向量對(duì)其進(jìn)行編碼，”劉解釋道。

更好的獵犬

他們使用三個(gè)數(shù)據(jù)集在跨模態(tài)檢索任務(wù)中測(cè)試了該模型：一個(gè)包含視頻剪輯和文本字幕的視頻-文本數(shù)據(jù)集，一個(gè)包含視頻剪輯和語(yǔ)音音頻字幕的視頻-音頻數(shù)據(jù)集，以及一個(gè)包含圖像和語(yǔ)音音頻的圖像-音頻數(shù)據(jù)集字幕。

例如，在視頻-音頻數(shù)據(jù)集中，模型選擇了 1000 個(gè)單詞來表示視頻中的動(dòng)作。然后，當(dāng)研究人員向其提供音頻查詢時(shí)，該模型試圖找到與這些口語(yǔ)最匹配的剪輯。

“就像谷歌搜索一樣，你輸入一些文本，機(jī)器會(huì)嘗試告訴你正在搜索的最相關(guān)的內(nèi)容。只有我們?cè)谙蛄靠臻g中這樣做，”劉說。

與他們比較的模型相比，他們的技術(shù)不僅更有可能找到更好的匹配，而且更容易理解。

因?yàn)樵撃Ｐ椭荒苁褂每偣?1,000 個(gè)單詞來標(biāo)記向量，所以用戶可以更容易地看到機(jī)器用來推斷視頻和口語(yǔ)單詞相似的單詞。劉說，這可以使模型更容易應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界的情況，在這種情況下，用戶了解它如何做出決策至關(guān)重要。

該模型仍有一些限制，他們希望在未來的工作中解決。一方面，他們的研究一次集中在兩種模式的數(shù)據(jù)上，但在現(xiàn)實(shí)世界中，人類會(huì)同時(shí)遇到許多數(shù)據(jù)模式，劉說。

“我們知道 1,000 個(gè)單詞在這種數(shù)據(jù)集上有效，但我們不知道它是否可以推廣到現(xiàn)實(shí)世界的問題，”他補(bǔ)充道。

此外，他們數(shù)據(jù)集中的圖像和視頻包含簡(jiǎn)單的對(duì)象或直接的動(dòng)作;現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)要混亂得多。他們還想確定當(dāng)輸入的多樣性更廣泛時(shí)，他們的方法擴(kuò)大規(guī)模的效果如何。

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