A Prompt Array Keeps the Bias Away: Debiasing Vision-Language Models with Adversarial Learning

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1. 研究背景

随着大规模预训练的视觉-语言（VL）模型在各种下游任务中表现出色，它们的普及度越来越高。然而，这些模型在预训练过程中可能会学习并编码社会偏见和刻板印象，这可能导致在实际应用中产生有害的偏见。尽管在自然语言处理（NLP）和计算机视觉（CV）领域已经建立了测量和缓解偏见的框架，但在VL领域，这方面的工作相对较少，且缺乏对原始训练数据的访问和重新训练所需的巨大计算资源。

2. 过去方案和缺点

以往的研究主要集中在NLP和CV的偏见测量和缓解上，而VL模型的偏见问题相对较少被关注。此外，现有的偏见缓解方法往往需要对原始训练数据进行访问和重新训练，这在实际应用中是不切实际的。

3. 本文方案和步骤

本文提出了一种新的偏见缓解方法，该方法通过在敏感文本查询前添加可学习的嵌入（即“去偏见”提示令牌），并结合对抗性去偏见和对比损失进行联合训练，以减少各种偏见度量，同时最小化对图像-文本表示的退化。

4. 本文创新点与贡献

• 提出了一种新的VL模型去偏见方法，该方法不需要原始训练数据，且计算成本相对较低。

• 通过实验验证了该方法在减少性别和种族偏见方面的有效性，同时保持了模型的图像-文本表示质量。

• 提供了一个框架，用于在VL模型中测量和缓解偏见，这对于确保模型的公平性和安全性至关重要。

5. 本文实验

实验部分评估了不同VL模型架构和预训练数据集在性别和种族偏见方面的表现。实验使用了FairFace和UTKFace两个面部数据集，并应用了排名度量（如MaxSkew和NDKL）来测量偏见。此外，还评估了不同去偏见方法对模型性能的影响。

6. 实验结论

实验结果表明，通过在文本查询前添加可学习的提示令牌，并结合对抗性去偏见和对比损失进行训练，可以有效减少VL模型中的性别和种族偏见，同时保持模型的图像-文本表示质量。

7. 全文结论

本文提出了一种有效的VL模型去偏见方法，该方法在减少偏见的同时，保持了模型的表示质量。这一方法为VL模型的公平性和安全性提供了新的视角，并为未来在这一领域的研究提供了新的方向。

阅读总结

本文针对视觉-语言模型中的偏见问题提出了一种新的去偏见策略，通过在文本查询中引入可学习的提示令牌，并结合对抗性训练，实现了在不牺牲模型性能的前提下减少偏见。这一方法不仅在理论上具有创新性，而且在实际应用中具有较高的可行性，为VL模型的公平性和安全性提供了新的解决方案。