主要观点总结
AI 对工作的影响:
个人应对建议:
教育与培训方向:
社会层面问题:
AI对各行业就业的冲击、社会观念及个人应对建议探讨的讨论细节和观点
关于 AI 对数据分析专业影响的讨论
关于 AI 时代工作市场萎缩的讨论
关于 AI 时代重要技能的讨论
关于 AI 时代课堂教学与实践的讨论
关于 AI 时代个人机遇与挑战的讨论
关于社会观念与保障机制转变的讨论
关于蓝领与白领工作替代风险的讨论
关于劳动观念转变的讨论
AI 对工作的影响:
个人应对建议:
教育与培训方向:
社会层面问题:
音乐生成模型Suno出新版(V4.5)了,于是重新玩起来,的确又有明显进步。
我不知道怎样评价AI音乐的成功度,审美既是很个人的美学体验,别人代替不了自己的感受;同时也是需要学习的鉴赏能力,后者我辈天生短板。
关于个人体验,现在发现制作自己可以循环听而不厌烦的歌曲,已经越来越频繁和容易了。其实让自己能循环听的歌曲,从来都是收藏音乐中的少数,自己的耳朵不骗自己,不会容忍口水歌的反复播放。所以,发现模型能做到这一点,还是很让人惊喜的。可惜 得来太容易,物以多为贱,大多数也只能自生自灭,不大会传唱开去,除非是撞上了大运(例如春晚突然出新,被它选中的AI歌曲笃定火遍大江南北)。
我家领导从来极其挑剔,能进入她法眼的歌曲,很稀少,无论是名曲还是流行。她在中小学是宣传队队长出身,艺术素质是我无法比的。但最近开始松动,偶然会对我做的一两首歌予以正面评价,或赞嗓音,或赞曲调。不过那只是我玩Suno一年多实验出的几百首歌中的极少数几首。即便如此,这个改变让我对Suno的进展更有信心。
「中国好声音」以前有创作奖,对原创歌手予以特别奖励。这是因为原创太难了,多数歌手会唱不会作(曲)。我就在想,年轻歌手现在要做“原创”有多容易。你不妨把各种你喜欢的风格提示,做各种杂交,让DeepSeek作词,不断试验,总会得到你满意或喜出望外的。这是Suno昨天做的一首《风知道》,歌词是DeepSeek出的。
有点爵士乐的色彩,完成后我循环听了多遍,觉得有点上头。我尤其喜欢“你向左走,雨向右飘落”这句词曲,特别是“飘落”两个字的韵味,好像轻轻划过内心非常柔弱的所在 lol。
DeepSeek总爱写些精灵古怪,莫名其妙的歌词。可是歌词搞怪,词不惊人死不休,似乎也是不少作词家的追求。我们遭遇过的古怪歌词还少吗?爱唱歌的人,大多不介意词句的朦胧性,有时候歌词的晦涩反而觉得有助于捕捉我们内心的某种不可言传。因此,虽然 Suno 自己也有歌词创作的实力,对于中文歌词,我还是倾向于用国内大模型DeepSeek。
这一首个别地方吐词不清是个瑕疵(沉没 chenmo 唱成了 chenmei,好没文化)。Suno 中文歌曲咬字错误的问题,由来已久了,毕竟中文只是他们 cover 的语种之一。他们一年多来有一些改进,但还是没有做足够的中文 debug 和优化。
本来以为国内音乐生成,会像视频生成那样,很快赶上或超越 Suno,尤其是中文歌曲方面。但迄今没发现可以真正与 Suno 比试功力的。可能是因为 Suno 的创始人们是一群对音乐非常专注的码农极客,非常纯粹的一族,坚持 passion 驱动,免费普及,薄利多销,算是走出了自己的商业闭环。而国内这方面还没有闭环。
要说音乐模态,相比于其他模态和数据,是一个更容易聚焦和搞定的对象。模型也不需要那么大,国内对音乐版权也基本放任自流,技术门槛与数据来源及其使用,都比美国有更好的条件,就是抄作业,也能抄个赶超世界水平的结果来吧。
几个原因。一个是浮躁,一个是国内商业闭环更难做:软件白嫖,不愿意订阅付费,在国内是病入膏肓的用户心态,出手阔绰的中产以上也大多如此。但真做得好,你出海打Suno 呀。当然,Suno也没能大发,只是商业上站住了而已。假以时间,我还是相信国内会跑出来更牛气的音乐模型出来。
音乐鉴赏主观性特别强,one man’s meat,他人也许无感,甚至可能是 another man’s poison。音乐口味的难以一致,比食品更甚。模型所做的,是尽量满足多数人的不同口味,求同存异。 宗旨是让人人成为自己的歌者,能把心里表达不出来的感受唱出来。这一点,前大模型时代是不敢想象的。
昨天在旧金山参加谷歌Gemini应用路演的活动,听大模型应用讲座。那位ceo和活动组织者说:你们知道 Andrew Ng 吗?就是那位全球知名的AI大佬,Andrew 说,他曾经与一位美术家一起使用 Midjourney 作画,Andrew 承认自己一败涂地。照说 Andrew 对模型架构和原理,都有深入的了解,而那位美术家对AI一窍不通。 但美术家懂得美术品鉴和美术术语,知道如何用合适的 prompt,让模型输出品质作品,Andrew 一个科学家如何能比呢?
音乐也是一样。我们乐盲玩音乐模型常常很盲目,就是知道自己喜欢什么、希望什么,也不知道如何表达成合适的 prompt 指令。那些个音乐术语,一套一套的,在我们就是雾里看花:例如,Ornate symphonic folk opens with intricate minor key acoustic guitar arpeggios, surrounded by cello and violins, Atmospheric, pitch-shifted synths and baroque harpsichord add elegance, An expressive -alto-female-lead-vocal is joined by grand harmonies, over deep synths and layered acoustics for drama and sophistication, male vocals, male-vocals。 好在Suno有风格拷贝和迁移的功能。
Suno 作品分两类:一类是有某种版权保护的创作,好比闭源。大多是非常专业的音乐家或团体,有意识在Suno平台上创作,有计划的利用平台并发挥影响。他们的作品总体是高品质。另一类是我们这些自生自灭的业余爱好者,我们恨不能自己的作品被人使用,属于开源派。开源派因为基数大,也不时有出圈的作品出来。Suno 让开源派完全放开自己作品被 remix(改编)、被 cover(改变风格) 以及 被 extend(延长) 的任意使用权限。
但即便是声称版权保护的闭源作品,它的风格 prompt 也是可以拷贝的,只是不允许直接在人家的作品上动刀子。而且,如果你实在太喜欢某个版权作品,无论是suno平台上的,还是任意一位音乐家作品,你总可以录下一个小样来,灌进去,然后让 Suno extend 或启发Suno做改编。
Suno 尽管据说面临各种侵权官司,还是在合理使用和版权保护的平衡方面更倾斜于音乐民主化,比 YouTube等平台宽松多了。总之,Suno 的民主化理念以及让人人成为歌者的信念,令人印象深刻,也符合AI大趋势。音乐家也有不少选择加入并利用平台,而不仅仅是自我维权,与它打官司。
对于用户的可能侵权的音频输入作为创作灵感,Suno 不是扼杀于摇篮,而是不让 Suno据此加工后的作品在平台公开发表,但可以给链接做内部分享。 如果你用在自己的其他作品里(利用打开别的 app 来 import 的时候),它会给个警告,提醒不得商用。这种非常细致的平衡 policy,也真难为它了。绝大多数音乐玩家,也就是图个开心和抒发,在商业上并没可能侵犯艺术家权益。终局还是极大推进了艺术民主化与多样化。我觉得这既是AIGC不可逆转的大趋势,也是艺术回归人民,而不是局限于小圈子的善举。Anyway,贼佩服Suno这批音乐狂人。
作为从小缺乏音乐素质培训先天不足的用户,我无法学会那些音乐术语,并体会其含义,很难自己独立做有效的 prompt,很难。但有两个路子:一个是拷贝 prompt 或 remix 别人的作品;另一个是随机试验prompt的风格混搭:平台鼓励你用 surprise me 的按钮对不同风格做随机组合。随机尝试的结果自然大多失败,但偶然也有拍案叫绝的作品。用 prompt 拷贝效果好一些,但也看运气。对现存作品做 extend,remix 和 cover 最保险,基础就好,结果不会太差。总之,各种玩法,还是很容易 kill time 的,一不留神就在平台玩了半天。玩Suno最爽的一件事,是每一种玩法都是充分供应、立等可取,可以随心所欲,试错成本为零。与图片和视频aigc创作不同,音乐模型相对较小,消耗的 tokens 有限,推理极快。你prompt刚回车,那边就闪过一行字:your groove is on the way. 再眨一下眼, "songs ready, tap to play", 两首大同小异的歌曲就坐等你鉴赏取舍了。这极大满足了我们草民的艺术好奇心和探索欲。
这一切订阅月费不过8刀包圆,可见也费不了多少计算资源,否则它无法长久维持。这个定价就是Suno赖以生存的商业模式,它还要照顾总多的免费用户,只有免费用户盘子足够大,才能确保其中一定比例的付费用户会稳定维持和增长。
有一个观察值得一提:很多人,有些是很有素质的知识分子,对大模型浅尝辄止,但却常常遽下结论(jump to conclusions)。例如,读了几段AIGC文字,连忙摇头:一股机器味。听了几首AIGC 歌曲,立即说:口水歌。看了几幅AIGC 图画,一脸不屑:太假。看了AIGC视频,两个字:太水。
这些朋友忘了两件事:
说了这么多心得,其实还是不确定自己的“作品”有多少成色或艺术价值。AIGC不过就是模态渲染,用户与潜在受众对渲染的心灵感应可能非常不同。但可以确定一点:它满足了我们个体的美感体验,否则谁吃多撑的,要玩音乐呢(现在开始理解游戏玩家了,一定是类似的满足感,虽然对社会没有贡献)。
哪吒2说:我命由我不由天。在艺术民主化的新时代,我们广大艺术圈外人,也可以说: thanks to aigc,我美由我不由权威。
Remix:对别人歌曲的变奏再创,通常保留旋律结构,换编曲或节奏。
Extend:给原曲加段落、延长高潮,适合舞曲或剧情型歌曲。
Cover:用原曲歌词/旋律但换人演唱,像虚拟KTV。
Duet:与别人作品做 AI 对唱(系统自动处理双人分轨)。
在 Suno AI 里面,persona
是一个控制歌手声音、情感、风格和演唱角色的参数,特别是在 Custom Mode(自定义模式)下最关键。简单说,它让你可以说“用一个什么样的虚拟歌手来唱这首歌”。
在 Suno 中,persona
就像是一个“虚拟歌手的设定”:
你可以指定性别(male, female)
指定风格(folk singer, pop diva, 80s rock star...)
指定角色(AI robot, fairy, cowboy, teenage girl...)
甚至语言口音(Mandarin accent, Spanish accent, etc)
方式一:Custom Mode 的 Prompt 里写上 persona 信息
你在 Custom Mode 里面写歌词或描述时,可以加一句:
"sung by a soft-voiced Chinese girl in folk style"
或者
"persona: a warm male voice like an old blues singer"
更明确的方式是直接加入关键词:
"persona: female, emotional, acoustic folk, in Mandarin accent"
Suno 会根据这个提示来选择一个最匹配的声音模型。
类型 | 示例 persona 描述 |
---|---|
情感 | "a dreamy female voice full of longing" |
年龄 | "a teenage boy voice", "an old man voice" |
风格 | "a K-pop idol voice", "80s synth-pop diva" |
国家与口音 | "Mandarin-accented English female", "Spanish male folk voice" |
虚构角色 | "AI robot voice with metallic resonance", "a fairy singing in the forest" |
情绪匹配歌词:如果你写的是一首伤感的歌,persona 就要选 “soft, melancholic female voice”
配合语言设定:写中文歌词时可加“persona: Mandarin accent female folk singer”
实验组合:可以试试 “persona: female cyberpunk pop singer” 这样更创意的组合,看看 Suno 怎么发挥
奇点真要来了吗, 精英群呼狼来了。
在 Lex 最近对谷歌AI大佬Demis的最新访谈中,这位诺奖获得者说,quote:
AGI的图灵测试: 如何判断AGI已实现?不是通过枯燥的测试集。Hassabis提出了一个爱因斯坦测试:将时间拨回1900年,给AI系统当时所有的物理知识,看它能否独立提出相对论。或者,让它发明一款像围棋一样深邃、优雅的新游戏。这才是真正的创造力,AGI的“Move 37”时刻
这种思维尺度,你说他是先知,却更像是狂人。他说有50%的概率,AGI五年内可实现, 意味着机器可以达到爱因斯坦的创造能力,所有的规律都会被发现,NP问题都可解、可学习、可编程,可以通过数据逆向工程实现。 他没说十年内、五十年内达到这一切的概率多大。想必是笃定了吧。
两位AI诺奖者,AI物理奖辛顿与AI化学奖Demis,一位整天为世界末日焦虑,死马当活马医地全世界到处呼吁;另一位 virtually 宣告上帝(AGI)即将来临。
这不是两位出圈的独特个体(outliers),而是世界上最聪明的人群中信仰者群体的代表人物。我们还可以列举一长串同呼“狼来了”的代表人物:
号召移民火星的马斯克;
声称铲除一切疾病的小扎;
告诉中学生学啥也没用 只能坐等和关注超级智能的伊利亚;
open ai 的Sam 和 anthropic 的 Dario
一个比一个把话说死,不留余地。这样的精英群体正在使用着科技发展史上最大的资源,带领人类向一个未知的目标狂奔。
因为未知,所以才有无限夸张的描述。这类描述原本是宗教教主的专属,任何世俗人出此狂言,隔在任何时代,都会被认定为疯子或邪教,不被世界理睬。如今正在成为技术共同体的主流意识形态或常态。这种变化,细思不仅仅是诡异,更是某种仿佛集体魔障的征兆。
我们也深陷其中,自觉不自觉地成为其吹鼓手或追随者。
虽然目标具有很大的不确定性,也具有浓浓的未知的恐惧,但所有这一切的发生不是没有根据的臆想。具有“自主意识”的智能体,似乎正在“显灵”。
我对形势的观察是:希望最先实现AGI 获得巨大回报(巨额资本投入的动机)或实现“共产主义”理想社会(各种“super abundance”的说法)的说法,现在看来是难以实现的美梦,不是因为AGI不现实,而是越来越多的现象表明:AGI 是一种渐变式形态,其落地和推广更是具有阶段性,而不是所谓奇点式爆发。
Sam 在每次 OpenAI新发布前, 都要绘声绘色描述自己面临AGI到来般的体验,对于即将发布的GPT5,更是觉得真的就是AGI了。也不能说他完全没有依据,我们在使用LLM的过程中,也都在不同时间和情况下,眼前一亮过,有时候觉得模型真地活了过来,善解人意的超级智能就在身边。
So what?
模型对于社会经济的影响,依然是和风细雨,慢了一个节拍的。市场和用户也都还在润物细无声般的普及、启蒙和被教育中。这其实也是Sam自己的困惑,他说过社会对大模型能力的感知和改变与大模型的飞速演进,完全不成比例,对社会为什么没有看到期望的巨变,感到不解和惊诧。这当然是好事,奇点与末日一样,听着就不对劲。
这次回国,至少在我家,大模型成为自然用品,而不是只能仰望和听闻的魔杖了。我哥、我妹、我老爸,都在日常习惯性使用豆包了。询问日常遇到的任何疑问。一年前他们还是对我从事的大模型行业充满好奇,觉得可望不可及,现在却成为最常使用的工具了,失去了敬畏感。此前最常用的工具是百度,但我们在不是标准普通话的地区,打字打不出正确的拼音,以前问百度要一笔一画手写输入,极大限制了使用频度。而且百度的结果良莠不齐,有时候找到了答案,一多半回来的是垃圾。现在好了,任何问题,对着豆包一通询问,口音也无障碍。偶尔豆包误解了,大不了再啰嗦几句,扩大一下 context,它总可以给你提供有意义的信息或答案。
这才是大模型渗透该有的样子,它是一条不归路,习惯了大模型的人不再可以回转。但还有很多人迄今还没有意识到大模型来到了我们的身边。纵然AI以加速度进展呼啸而来,人类的惰性与习惯行为也会在抵抗的过程中,最终渐进式接纳它。
隐性推理指的是不通过显式语言步骤,而是在模型的隐藏状态中逐步完成推理过程。与传统的“思维链”(Chain-of-Thought, CoT)不同,隐性推理将逻辑操作埋藏在神经网络的连续激活中,从而展现出一种“内在的多步思考能力”。
自动生成的英文 PPT presentation:
notebookLM 这项 new feature 目前要蛮长时间才出结果,但最终的 presentation 几乎无可挑剔。
多篇研究提出并探讨了**Coconut(Chain-of-thought in latent space)**这一新兴推理范式:
Coconut 模型模拟了广度优先搜索(BFS)般的策略,在潜空间中并行展开多条推理路径,再筛选收敛于正确答案的路径;
该机制对**数学问答任务(如ProsQA)和程序式逻辑题(如ProntoQA)**表现尤为出色;
相较于传统CoT,它减少了对语言输出的依赖,提升了准确率、稳定性和多样性。
除了 Coconut 以外,研究还提出了多种实现隐性推理的技术路径:
基于激活路径的重用与循环:模型在中间层隐状态中重复利用已有信息;
层作为计算单元(layer-as-computation):模型的每一层可以类比为一次隐性操作或思维跳跃;
递归式控制流:通过特定控制信号或激活结构模拟类似程序的循环与条件分支。
新兴研究探索了**扩散模型(Diffusion Models)**在隐性推理中的应用:
扩散过程被视为**“隐性推理路径的连续展开”,支持理论上无限深度**的思考步骤;
结合LLM的潜空间操作,可实现在语言层难以表达的复杂逻辑求解任务。
成功引导模型掌握隐性推理能力,研究强调:
Curriculum learning(课程学习):由浅入深地训练模型掌握多层次推理;
阶段化的指令微调:先训练基础逻辑能力,再训练复杂推理路径;
推理-生成解耦:训练模型在隐藏层内部完成思考,再单独触发输出。
效率与泛化性:隐性推理为解决token推理长度瓶颈提供新方案;
可解释性难题:隐藏状态中的“思考过程”难以直接观察或控制;
安全与对齐风险:在不可见的推理空间中,模型可能学到“非人类可解释”的思路。
有一派哲学家相信,思维等于语言,二者是一块铜币的两面。或曰:思维是内在的语言,语言是外在的思维。但这种观点经不起推敲。
共识是,语言是思维内容的表达形式。理论上,任何内容都需要赖以存在的形式。老话说:“皮之不存,毛将焉附。” 但形式其实有两种:一种是他人能看得见摸得着的多模态外在形式(例如语言文学,也包括音频视频作品),另一种是无法直接与别人分享的内心活动载体——内在形式(神经元脑电波)。
内容与形式的确是一体两面、相互依赖的整体,但只有内在形式才是思维不可或缺的载体。大模型的实践中,系统把内容抽象为脱离了特定语言的可计算和操作的内部向量(tensor),神经网络把这种内在形式称为意义的隐藏空间。伊利亚曾说,生物大脑的神经网络也差不多是一种类似的电脉冲数据流。这个观点目前还不是科学共识,因为我们对大脑机理的了解远远落后于AI的发展。无论如何,借助这种视角,我们可以更清晰地认识到思维作为内容,与语言作为外在形式之间的关系。
关于思维与语言既密切相关又可以独立这一点,越想越觉得奇妙。哲学上可以持续争论,然而大型语言模型的出现提供了一个活生生的“波粒二象性”般的例证。思维好比波,语言作为离散符号序列,好比粒子(流)。人类意识就像光,具有这种思维/语言的二象性。到底思维在我们大脑里是一种什么形态?它与我们的语言器官(发音或码字)如何相互转化、作用和反作用呢?纯粹从生物学角度可能不易搞清楚。但人工神经网络至少呈现出一种可以将思维表示为内部向量,并在端口之间实现相互转换(embedding / softmax)的机制。如果把语言比作衣服,那么内部思维链就像光着屁股的意识流,是“裸思”;只有当实施语言化时,这条裸思才坍缩成确定性的符号序列,正如我们在推理模型(例如OpenAI的o系列)输出的语言思维链(CoT)上所看到的。
为什么我们总觉得语言与思维密不可分呢?原因大概有以下几点:
首先,人是群体动物,有着强烈分享“心得”的冲动。我们不满足于自闭遐想,而是喜欢不停地唠叨:电话、微信、开会……给人的感觉是内心的想法和情绪很难长久存于心而不吐露(个别例外,如自闭者)。
其次,没有外在形式,思绪难以长久保持连贯和条理。撇开计算机神经网络内部的隐藏空间不谈,只看人脑的内心活动,我们会发现如果不借助语言这类外在形式,天马行空的意念很难拉成长线,难以进行长线条的逻辑推导,更谈不上形成完整的知识体系。知识无法积淀和传承,也就不会有科学技术的继承和发展。可见,语言和艺术作品这些外在的模态数据,对人类文明和科技进步是多么重要!它们也像燃料一样驱动着这一次大模型革命。
我们的生物大脑的神经元数量比目前最大的头部大模型要高出好几个量级,但每个人都深知人脑的局限:它不像计算机模型那样可以持久承载一个包罗万象的知识体系,再博学的知识分子也难与大模型硬碰硬拼深度与广度。韩国围棋冠军一败涂地的经历令人记忆犹新,这是“豆腐脑”与电脑硬碰硬时的鲜活惨状。人脑的内在装载容量和知识持久性、完整性都很成问题,这就是为什么人类需要接受十几年甚至二十多年的教育和训练,才能站在前一代人留下的知识体系之上,继续拓展科学技术的边界。所有这些现实,都强化了思想离不开外在形式的直感。
第三,文明的发展反过来影响了我们的内心活动。从原理上说,人类的内心活动原本无需借助语言等外在模态形式,它可以在内在形式的载体(脑电波、脉冲)上独立存在。然而,自从人类发明语言并用它传承文明上万年以来,我们在交流与传承过程中受到了语言的巨大反作用——尤其是读书人,渐渐习惯于在内心活动时频繁利用语言的外在形式,只不过通常并不大声说出来而已。这一点有实验依据:人类脑电波所代表的思维活动往往与发音器官下意识的“默读”活动高度协调。默读一不小心就会演变成很多人“自言自语”的现象。这更加强化了“思维即语言”的观点。
我们知道,强化学习后训练出来的推理模型通常表现为一条“query–COT–answer”的序列线条。query 是用户给的输入,必然是离散的语言表示;answer 是给用户看的输出,也必然需要通过 softmax 外化为语言。只有两个端口之间的 COT 才是两可的:或者语言化,絮絮叨叨地自言自语;或者抛弃语言化,让思维深藏不露(所谓 latent reasoning),牺牲可解释性,但理论上可以提高答案质量。
人类大脑在思维的时候也有这种不言表的内部状态吗,还是说我们的思维基本上离不开语言?这个问题一直有争论。多数人的体验好像是:完全离开语言我们无法进行长线条、有条理的思维,只是在梦里或深省时会有一种模模糊糊的灵感或想法,暂时找不到合适的语言表达。
概念上,思维不如意识宽泛,语言也只是一种模态,多模态信号的内在所指还是用“意识”涵盖更好。在这样的高度,语言与思维的关系,不过是意识与模态关系的一个特例。说“语言=思维”,就好比说“意识=模态”。
意识是什么呢?古人云“脑之所思,心之所感”。前者即思维,后者是情绪。情绪为什么用心而不用脑,其实没有科学依据;但人的喜怒哀乐常常伴随心跳、血压的变化。爱情来了,是“心动”不是“脑动”。怀疑、猜忌、仰慕、怜悯等情绪好像也不是大脑思考的结果。无论它们来自哪个器官,情绪都是意识的重要组成部分。也许动物也有一些粗线条的情绪,就像它们也有简单的语言一样:高级动物据说也犯忧郁症和狂躁症。但人类的情绪显然更加丰富和细腻,人类语言就更非动物语言可比。
思维和情绪这些意识都是内在的,那外在的表现形式有哪些呢?
诉诸语言文字,这是最常见的方式。人类通过语言刻画和记录内心世界,哪怕它笨拙而有限。
借助音乐,让旋律和节奏承载情感,这也是一种独特的音频“语言”。
借助美术、雕塑、视频等艺术形式,用视觉符号或运动影像去表达难以言明的体验。
借助动作,比如拥抱、接吻、抚爱、挥手、竖大拇指、伸中指,甚至大打出手;还有眼神交流、哭、笑等,这些属于具身智能的范畴了,最终落地到人形机器人身上。
没有形式可表达,只能烂在心里或脑海中,这“不可道”的部分甚至连艺术也无法企及。
具身智能姑且放下不谈,上述意识与模态的关系就是一表一里、内容与外在形式的关系。其中多模态中语言处于核心地位,是思维的核心载体;情绪也可以尝试用语言来描述,但语言表达情绪常常非常笨拙、干瘪或走形。瞎子阿炳尝尽人间辛酸后,用一支《二泉映月》表达自己的感受,是任何语言文字也难以传达的。说了这么一大圈,还是那句话:内容与形式相依而不等同。长线条、体系化的思想往往离不开外在形式,但意识一定程度的独立性已经无可置疑了。换句话说,思维并不是语言,意识也不是模态。二者虽然高度关联,有时密不可分,但绝对不该划等号。
说到这里,还得承认:很多时候语言对情绪和艺术美感也力不从心。白居易的《琵琶行》可能是描写琵琶曲最精彩的诗化语言了,但他也只能用种种比喻或指法描述,如“大珠小珠落玉盘”、“轻拢慢拈抹复挑”,来间接传达琵琶曲的美感。语言的这种力不从心,是多模态大模型在不同模态之间对齐和转换的巨大困扰。用过文生图、文生音乐、文生视频的玩家都有体会:我们常常不知道如何告诉模型想要的结果,很多时候还得靠模型帮我们扩写模态描述的细节,才能增加成功率。即便如此,AIGC优秀作品的诞生也很大程度上要看运气,需要多次尝试、选优(cherry-picking)。
结论:思维是意识的主要成分,属于内容或意义;语言是模态的主要成分,属于形式或载体。所以一般而言,讨论“思维是否等于语言”,其实是在探讨意识是否等于模态,内容是否等于形式。意识既然可以在大脑内部以神经网络的形式存在,就不必完全依赖语言文字或音频视频这种外在形式。独立存在的神经网络是真实的,它否定了“思维=(外在)语言”这类简单假说,但并不否认“思维=内在语言”的可能。
老友说:每次遇到思维和语言的关系,都要祭出这张图,LeCun说的意思是:语言只是心智/意识的低维度离散表示。言下之意,意识是高维连续的表示。诚哉斯言。
Imagine a cosmic library, vast and infinite, housing every possible sentence—from the profound “Artificial intelligence will reshape the future” to the absurd “Cat pillow jumps blue because Wednesday.” In this library, popular sentences sit on bright, accessible shelves, found with a quick note: “Shelf 3, Book 5.” Random gibberish lurks in dusty basements, needing a word-for-word map. GPT, the AI we know as a language wizard, is the cosmic librarian, compressing texts into compact codes that can be perfectly restored. But is this compression flawless, or does it lose something along the way? Let’s embark on a journey through probability, information theory, and engineering to uncover the magic of GPT’s compression—and why it matters.
Picture yourself in this library, tasked with sending a sentence across the galaxy. A predictable sentence like “Artificial intelligence will reshape the future” is easy to pinpoint, requiring just a short instruction. A random jumble, like “Cat pillow jumps blue,” demands spelling out every word, taking up more space. GPT’s brilliance lies in its world model—a map of language probabilities built from vast data. It knows which sentences are “popular” (high-probability) and encodes them efficiently. Why do you think predictable text is easier to compress than random noise?
This process is called lossless compression, meaning the original text is perfectly restored, bit for bit. Unlike a compressed JPEG that blurs details, GPT’s compression ensures no loss. But some argue it’s lossy, losing information like a summary. Who’s right? To answer, we need to explore the mechanics and the theory behind it.
GPT’s compression relies on arithmetic coding, a method that turns text into a number on a line from 0 to 1. Think of it as a GPS coordinate for a sentence’s location in the probability universe. Here’s how it works for “cat eats fish”:
Decompression reverses this, using the same GPT model to retrace the intervals, ensuring the exact sequence—“cat eats fish”—is restored. Why is using the same model crucial for perfect reconstruction?
The interval’s length (0.14 = 0.5 * 0.7 * 0.4) reflects the sequence’s probability. High-probability sequences create larger intervals, needing fewer bits to encode (e.g., -log₂(0.14) ≈ 2.84 bits). Random sequences, with lower probabilities, need more bits. This is rooted in information theory, where a word’s information content is -log₂(P(x)). A likely word (P=0.95) carries little information (0.07 bits), while a rare one (P=0.0001) carries much (13.3 bits). How does this explain why semantic text compresses better than noise?
The debate over whether GPT’s compression is lossless or lossy stems from a subtle distinction. Lossless compression ensures the original data is perfectly restored, like unzipping a file to its exact form. Lossy compression, like MP3s, discards details for smaller size, losing fidelity. GPT’s compression, using arithmetic coding, is lossless: the encoded binary number uniquely maps back to the original text, preserving every bit. Experiments like ts_zip by Fabrice Bellard and 2022-2023 work by Li Ming and Nick show GPT outperforming gzip by up to 10x for semantic data, with no loss. Why might some still call it lossy?
The confusion arises from GPT’s training process. When GPT learns from vast data, it abstracts patterns into a simplified world model, discarding noise and details—clearly a lossy process, much like summarizing a library. But when used as a tool for compression, there exists a lessless compression algorithm that applies the model to encode and decode specific texts deterministically, ensuring no loss. The lossy aspect lives in the model’s creation, not its application. How does this distinction change your view of GPT’s capabilities?
At the heart of this lies Kolmogorov complexity (KC), the length of the shortest program to generate a dataset. An ideal compressor would find this program, but KC is uncomputable—a theoretical dream. GPT’s next-token prediction approximates this, acting like a “prophet” forecasting sequences based on learned patterns. This aligns with Solomonoff induction, where predicting the next token mirrors finding compact descriptions. Ilya Sutskever noted in a 2023 Berkeley talk that this is the secret behind GPT’s efficiency compared to models like BERT. Why might prediction be a form of compression, and how does it reflect intelligence?
For semantic data, like news articles or logs, GPT’s predictions are highly accurate, leading to compact codes. For random noise, where KC equals the data’s length, compression fails—no model can predict chaos. This highlights a limit: GPT excels where patterns exist. What types of data do you think GPT could compress best?
High compression rates are powerful but fragile. A single bit error in a highly compressed file can derail decompression, like a misstep on a tightrope. Consider the trade-offs:
Dimension | High Compression Rate | Low Compression Rate |
---|---|---|
Restoration Accuracy | 100% (theoretical) | 100% (theoretical) |
Error Resistance | Fragile (1-bit error can crash) | Robust (local errors) |
Computational Cost | High (GPT + coding) | Low (e.g., gzip) |
Readability | None (ciphertext) | High (text/binary) |
High rates suit scenarios where bandwidth is costly, like interstellar communication, but require error correction (e.g., CRC) to prevent crashes. Low rates are ideal for reliable archiving, like server logs, where robustness trumps size.
GPT’s compression could transform how we store and send data. In interstellar missions, where every bit is precious, it could shrink messages dramatically. In data centers, it could optimize archival storage, though computational costs (e.g., ts_zip at 1k/s) pose challenges. Future models, with sharper predictions, could push efficiency closer to the theoretical limit.
This cosmic dance of bits and meaning reveals a profound truth: compression is intelligence, and GPT is a master choreographer. By mapping language to probabilities, it turns texts into elegant codes, preserving every detail. Whether you’re an AI enthusiast or a tech expert, this opens a universe of possibilities.
Sources: Adapted from posts on liweinlp.com (13277, 13272, 13275, 13273, 13279, 13281).
About the Author: Dr. Li Wei, a senior NLP/LLM consultant, has led innovations at MobVoi, Netbase, and Cymfony, earning the TREC-8 QA Track and 17 SBIR awards.
GPT’s compression can shrink data dramatically, but high efficiency comes with risks. A single bit error could unravel everything, like a tightrope walker losing balance. How do we balance compression’s power with reliability?
High compression rates save space but are fragile, while low rates are robust but bulky. Here’s a comparison:
Dimension | High Compression Rate | Low Compression Rate |
---|---|---|
Restoration Accuracy | 100% (theoretical) | 100% (theoretical) |
Error Resistance | Fragile (1-bit error can crash) | Robust (local errors) |
Computational Cost | High (GPT + coding) | Low (e.g., gzip) |
Readability | None (ciphertext) | High (text/binary) |
High rates suit costly transmission (e.g., interstellar), while low rates fit archiving. Why might a bit error be catastrophic in high compression?
Error correction (e.g., CRC) can protect high-rate compression, ensuring reliability. For archives, lower rates may suffice. What scenarios demand high efficiency, and how can we safeguard them?
Original post: https://liweinlp.com/13281
At the heart of GPT’s compression lies arithmetic coding, a method that turns text into numbers with surgical precision. Like a GPS encoding a house’s location, it captures sentences in compact codes. How does this engine work, and why is it so effective?
GPT predicts probabilities for each token (e.g., P(“future” | “Artificial intelligence is”)=0.6), and arithmetic coding divides [0, 1) into subintervals:
Start with [0, 1).
Assign [0, 0.6) to “future,” narrowing the range.
Iterate for each token, ending with a tiny interval (e.g., [0.3654321, 0.3654343]).
Output a binary number as the compressed code.
Decompression uses the same GPT model to reverse the process, ensuring bit-level accuracy. Why is the same model critical?
Compression is like encoding a villa’s address into a postal code. Decompression follows this code to the exact spot. This precision ensures no loss. How does this analogy clarify the process?
GPT’s accurate predictions make intervals larger for predictable text, reducing bits needed. What limits this approach, and how might better models enhance it?
Original post: https://liweinlp.com/13273
Every sentence has a unique address in a probability universe, a number line from 0 to 1. GPT maps texts to these addresses, compressing them into compact codes. How does this cosmic navigation work, and why is it a breakthrough for compression?
Each sequence corresponds to a unique interval in [0, 1), with its length equaling the sequence’s probability. For “cat eats fish” (P(“cat”)=0.5, P(“eats” | “cat”)=0.7, P(“fish” | “cat eats”)=0.4), the interval is [0, 0.14), with length 0.5 * 0.7 * 0.4 = 0.14. Arithmetic coding narrows this interval step-by-step, outputting a binary number. Decompression retraces the path, ensuring perfection. Why are these intervals unique?
The interval’s length reflects the sequence’s probability, with high-probability sequences needing fewer bits (-log₂(0.14) ≈ 2.84 bits). This approaches Shannon’s entropy limit, where GPT’s precise predictions minimize bits for semantic data. Why does predictability reduce bit requirements?
Unlike traditional methods (e.g., Huffman coding), GPT’s approach handles continuous streams and leverages semantic patterns, making it ideal for texts. What data types might benefit most, and how could this evolve with better models?
Original post: https://liweinlp.com/13275
The claim that “compression is intelligence” sparks debate: does GPT compress data perfectly, or does it lose something along the way? Some argue it’s lossy, like a compressed JPEG, while others insist it’s lossless, restoring every bit. The answer hinges on a key distinction: GPT’s training versus its use as a compressor. Let’s unravel this mystery.
Kolmogorov complexity defines a data’s essence as the shortest program to generate it—an uncomputable ideal. GPT’s next-token prediction approximates this, acting like a “prophet” forecasting sequences based on its world model. This predictive power drives from compression. How does predicting the next word relate to shrinking data size?
Using GPT for compressing a tring of target sequence data is lossless, meaning the original data can be perfectly restored. Experiments like ts_zip (Fabrice Bellard) and Li Ming & Nick’s 2022-2023 work show GPT with arithmetic coding outperforming gzip, sometimes by 10x, in high-transmission-cost scenarios like interstellar communication. Here’s why it’s lossless:
Why might some confuse this with lossy compression?
The confusion arises from GPT’s training, where it abstracts vast data into a simplified world model—a lossy process, like summarizing a library. But compression using this model encodes specific data losslessly. How does this distinction clarify the debate?
This approach excels for language data (e.g., texts, logs) but struggles with random noise, where complexity equals length. Scenarios like space missions, data archives could leverage this.
Original post: https://liweinlp.com/13272
Imagine a cosmic library holding every possible sentence, from the profound “Artificial intelligence will reshape the future” to the absurd “Cat pillow jumps blue.” Popular sentences sit on prominent shelves, easily found with a short note like “Shelf 3, Book 5.” Random gibberish hides in dusty basements, requiring a long, word-for-word map. GPT, our cosmic librarian, navigates this library with uncanny precision, compressing texts into compact codes that can be perfectly restored. How does it work, and why is this a game-changer for data compression?
In this infinite library, each sentence has a “popularity” score—its probability based on grammar, meaning, and context. GPT’s world model, trained on vast texts, assigns high probabilities to meaningful sentences, making them easier to locate. For example, “Artificial intelligence will reshape the future” is a bestseller, while “Cat pillow jumps blue” is obscure. Compression is about encoding these locations efficiently. How might GPT’s understanding of language make this possible?
GPT teams up with arithmetic coding to turn sentences into numbers. Here’s how it compresses “Artificial intelligence will reshape…” (tokenized as “Artificial,” “intelligence,” “will,” …):
Decompression reverses this, using the same GPT model to retrace the intervals and reconstruct the exact text. Why does this ensure no data is lost?
Information theory reveals why this works. A word’s information content is -log₂(P(x)). High-probability words carry little information, rare words carry more. Predictable sentences, rich in semantic patterns, form larger intervals in the line, requiring fewer bits. Why might random text, like white noise, resist compression?
This approach could revolutionize data storage and transmission, from archiving logs to sending messages across galaxies. But what challenges might arise in real-world applications? How could GPT’s predictive power evolve with better models?
Original post: https://liweinlp.com/13277
在语义压缩框架里,发送端和接收端都共享一个超大的知识库(也就是大语言模型GPT本身)。只要两边都装好了这台“超级预言机”,你就只需要传那些模型无法直接预测的信息——往往是微小的差异。
模型分发成本:把模型先安置到两端,是一次性“沉没成本”。
消息传输成本:之后每条消息,只要剩下差分信息,就能拿到极致压缩比。
(想象一下:家里装了电表,后来用电就只需按表读数付费,不用每次都搬来发电机。)
所以,如果你要传送海量短消息,中心节点(也就是先统一部署好那个大模型)无疑是最省每条消息比特数的做法。
不是的。即便有了一个近似 Solomonoff 预测器(不可计算的最优压缩器),它也只能针对有规律的数据把消息压得很小;面对真正的随机噪声或 Kolmogorov 意义上的不可压缩序列(比如纯白噪声),你依然得用与原始数据相同的位数来描述它。
有损 vs. 无损:大模型做的是“无损语义压缩”的近似——理论上目标是无损,但实践里模型参数、截断长度、tokenizer 带来的误差都让它“看起来”有点像有损。或者说,语义层面上无损,但比特层面依然因截断、tokenizer 等带来轻微有损。
序列号/元数据开销:举例来说,为了保证顺序和可解压,你往往需要加上序列号、checksum 等元信息。
最短描述长度
对任意字符串 x,其 Kolmogorov 复杂度 K_U(x) 定义为:在一台通用图灵机 U 上,能输出 x 的最短程序(二进制串)长度。
可加常数不变性
虽然不同的通用图灵机 U 和 U′ 会有不同的基准,但对于任意 x,都有
其中 C_{U,U′} 与 x 无关。
朴素复杂度 vs 前缀复杂度
朴素复杂度 C(x):
算法概率(Algorithmic Probability)
Solomonoff 提出“通用先验”
意味着:字符串 x 的出现概率和它的最短程序长度成反比。
归纳推理
通过给所有可能程序打上权重(2^{-|p|}),Solomonoff 归纳理论就是在做全空间搜索 + 加权平均,推断下一个 token 的概率,完美符合 GPT “next token prediction” 的理论——只是不可计算。
不可计算性
理论上的最优 K(x)永远算不出来(停机问题),要么只能上界估计(通过各种压缩算法),要么用算术编码等手段做近似。
结构函数(Structure Function)
李明书中详细讨论如何分离“随机性”与“结构”:给定 x,寻找一个模型类 𝓜 (记作 ℳ)和其中的模型 M∈𝓜,使得
尽可能小——这就是对数据 x 做两部编码(two-part code),也是最优压缩与模型选择的数学基础。第一部分 K(M) 是模型本身的描述长度。第二部分 log |{ y : M(y)=x }| 是给定模型 M 后,还需要的那部分随机性长度。
算法充要统计量 S(x)(Algorithmic Sufficient Statistic)
这是李明重点:一个“充要”统计量 S(x),能在最小化两部编码的同时,既把数据的“规律”压进模型,又把剩余噪声放进随机部分,做到最简洁的描述。第一部分 K(S(x)):用最短的程序描述模型 S(x) 本身;第二部分 log |{ y : S(x)(y) = x }|:在给定模型之后,为了完全还原 x,还需多少比特来区分所有被该模型映射到 x 的可能 y。
把它们加起来,就是“用这个模型+随机补充”来描述 x 的总代价。找到能让这个和最小的 S(x),就相当于找到了对 x 最好的“充要”统计量。
随机性测度(Randomness Deficiency)
定量衡量某个样本 x 相对于模型 M 是多“典型”或多“离谱”,用于指导是否要换模型或增加模型复杂度。
学习就是“求逆”问题,训练即最短程序逼近
Nick 强调:训练一个模型,就是在可计算的程序空间中,寻找一个能够“生成”训练集的短程序——也就是在实战中做的近似。
大模型的“内容压缩” vs “形式压缩”
个体压缩(Instance):像无损 ZIP,一首歌可以 100% 还原,对应形式压缩。
整体压缩(Dataset):面对海量文本,关注的是文本背后的意义或“语义信息”,此时“无损”只针对意义层面,形式上允许丢弃多余噪声。这正是 LLM 做到的:内容/语义的“无损”——虽然编码字符上看似“有损”。
近似最优 vs 真最优
Nick 提到:任何可实现的压缩算法(gzip、xz、算术编码加GPT…)都只能逼近K(x),而 GPT 则是在“预测分布”上进行近似,用一个固定模型去对抗所有序列,其优势是语义联想和上下文填空,但仍旧受限于模型容量与截断长度。
李明教授给我们一整套两部编码、结构函数和充要统计量的严谨框架;
尼克的大模型论:训练≈求逆,预测≈Solomonoff 归纳,压缩≈最优编码的近似实践。
真正的“最优无损”只有在理论上存在,现实里每一次“预测+编码”都在做逼近,同时也承载了网络协议的元信息开销。
预测下一词的自回归大模型GPT早已风靡全球。压缩即智能的说法已经广为人知,但关于其无损压缩的能力貌似一直有争议。GPT压缩到底是无损还是有损呢?
这是一个非常值得打破沙锅问到底的问题,它正好切入了LLM压缩最核心、也最巧妙的部分。我们来把这个过程彻底拆解一下,让它变得清晰易懂。
想象一个图书馆,里面包含了所有可能的句子。
现在,我需要告诉您具体是哪句话。
GPT的作用,就是建立了这个图书馆的终极索引系统(世界模型)。它知道每一句话“热门”的程度(概率)。算术编码就是那个高效的区间定位系统。
现在我们进入技术细节。算术编码的精髓是把一整段信息表示成 0.0
到 1.0
之间的一个小数。
我们以您的例子 “人工智能将重塑未来产业格局” 来走一遍流程。为了简化,我们假设分词是:“人工”, “智能”, “将”, “重塑”, “未来”, “产业”, “格局”。
[0.0, 1.0]
。[0.0, 1.0]
的区间里,把开头 5%
的位置,也就是 [0.0, 0.05]
,分配给"人工"。[0.0, 0.05]
。[0.0, 0.05]
里,把前 80%
的位置分配给"智能"。[0.0, (0.05 * 0.8)]
,即 [0.0, 0.04]
。[0.0, 0.04]
。[0.0, (0.04 * 0.6)]
,即 [0.0, 0.024]
。最终结果:当整句话编码完毕,我们得到了一个非常精确定位的、极小的最终区间,比如 [0.02113, 0.02114]
。
关键来了:我们只需要从这个最终区间里随便挑选一个数,比如 0.02113
,把它转换成二进制(比如 0.00010101...
),这个二进制串就是我们的压缩结果。因为它是一个高概率句子,每一步都取了较大的百分比,所以最终区间的范围相对较大(虽然数值很小),可以用较少的二进制位数来精确表示。
解压过程就是上述步骤的逆向操作,像拿着藏宝图找宝藏一样。让我们用数学语言走一遍解压流程。
V = 0.02113
第一轮:解码第一个词
[0.0, 1.0]
被划分为:
[0.0, 0.05]
-> '人工'[0.05, 0.08]
-> '智能'V = 0.02113
落在 [0.0, 0.05]
区间内。L=0.0
, H=0.05
。第二轮:解码第二个词
V
,计算它在 [0.0, 0.05]
这个新区间里的相对位置。V_new = (V_old - L) / (H - L)
V_new = (0.02113 - 0.0) / (0.05 - 0.0) = 0.4226
0.4226
。[0.0, 1.0]
:
[0.0, 0.8]
-> '智能'[0.8, 0.9]
-> '智慧'V_new = 0.4226
来比较。它落在 [0.0, 0.8]
这个区间内。[L, H]
:为下一轮的计算定义新的边界。方法:将相对的 [l,h]
区间缩小/映射回绝对坐标系中。'智能'对应的区间是 [0.0, 0.8]
。映射回绝对坐标系的工作区间是 [0.0, 0.04]
。这个 [0.0, 0.04]
精确地定义了“人工智能”这个词序列在整个 [0.0, 1.0]
空间中的最终位置。L_new = L_prev + (l_curr * Width_Previous)
H_new = L_prev + (h_curr * Width_Previous)
这个过程不断重复,每一步都包含 定位 -> 解码 -> 归一化 三个动作,直到结束。具体说,更新指针 V
与 更新区间 [L, H]
这两个过程交替进行,一个负责“决策”,一个负责“更新状态”,共同驱动解码器精确地还原出原始文本。因为每一步的选择都是唯一的,所以解压结果能100%保证和原文一致。
这背后的数学原理是信息论。一个事件所包含的信息量是其概率的负对数:
I(x) = -log₂(P(x))
算术编码巧妙地将这个理论变成了现实。对于一个高概率序列,最终的区间总大小(即所有概率的乘积)会比较“大”,从而可以用一个位数较少的二进制小数来表示。这就是“语义级消除冗余”的本质:所有符合人类知识、语法和逻辑的“意料之中”的内容,都被GPT这个“世界模型”识别出来,并用最少的信息量进行了编码。
GPT训练中的压缩,与拿GPT当压缩器工具不是一回事,二者有很大的关联,但不是同一个层面的问题。GPT是无损还是有损压缩的混淆与争论,就是搞错了这个层面和视角。
理论基础 (Solomonoff-Kolmogorov-Chaitin / Kolmogorov Complexity):
任何数据的“最本质”信息量是其柯氏复杂性 (KC) —— 计算理论中定义为能生成该数据的最短程序的长度。
理想的最优无损压缩器就是能找出这个最短程序的“预言机”。
GPT 的 Next Token Prediction 本质上是 Solomonoff 归纳法的近似实现:它利用在海量数据上学到的统计规律/模式(共享知识库,或曰“世界模型”),预测序列的下一个元素。预测越准,对序列的描述(压缩)就越高效。Ilya 在 Berkeley 的演讲确认的就是这点。
工程实现 (ts_zip / L3TC / GPT 算术编码):
ts_zip
(Bellard): 早期实验,证明了利用Transformer模型预测下一个Token + 算术编码,可以超越传统压缩器(如xz),代价是慢。核心是利用模型作为“预测器”。
李明 & 尼克 (2022-2023) 的 GPT 实验: 直接用GPT类模型做概率预测 + 算术编码进行无损压缩,效果显著优于gzip(极端情况好10倍),验证了理论可行性。应用场景:传输成本 >> 计算成本时(如星际通信、昂贵带宽)。
核心优势与限制:
优势: 对富含语义、符合“世界模型”的序列数据(如自然语言、结构化日志)压缩率极高。利用的是数据背后的“意义”和“规律性”。
局限:
计算成本高: 压缩/解压慢(如ts_zip 1k/s)。
对随机噪声无效: 真正的随机数据(Kolmogorov噪音)KC等于其长度,无法被任何模型压缩。
依赖模型质量: “共享知识库”(GPT模型)的质量直接影响压缩率。模型越好,对相关数据的“理解”越深,压缩越高效。
这是最容易混淆的点!
李明 & 尼克的坚持:GPT压缩就是无损压缩
定义层面: 只要压缩后能精确地、比特级还原原始数据,无论压缩率如何,无论是否达到理论最优(KC),无论用了什么方法(这里是GPT预测+算术编码),它就是无损压缩。
“次优” ≠ “有损”: 一个压缩算法压缩率不够好(比如只用gzip压缩文本,远没达到KC),它依然是无损的——解压后还是原文。它的“次优”体现在压缩率不够高,而不是丢失了信息。
GPT + 算术编码 的机制: GPT 提供下一个Token的概率分布(logits)。算术编码器利用这个分布,将输入Token序列编码成一个比特串(离散数)。解压时,同一个GPT按相同概率分布逐步解码出原始Token序列。输入输出比特完全一致。这是标准的无损压缩流程。
李飞飞强调的“有损”可能是指: 模型在学习过程中,必然会对训练数据进行抽象、泛化、丢弃个体噪声,形成一个内部的、简化的“世界模型”。这个学习过程本身可以看作是对原始训练数据的有损压缩(它丢弃了无法纳入模型的细节)。但请注意:这是指模型内部表示的形成过程,而不是指 “GPT+算术编码“作为压缩器对特定文件进行压缩的过程。后者是明确的无损过程。
结论:
严格定义上: 使用LLM进行概率预测 + 算术编码是一种无损压缩技术。它保证原始数据的精确还原,只是压缩率依赖于模型的质量和数据的性质。
理论理想 vs 现实: 任何实际无损压缩器(包括GPT)都达不到理论最优压缩率 (KC),都是“次优”的。“次优”不等于“有损”。“次优”指压缩效率不够好,“有损”指信息永久丢失。
理解“有损”说法的来源:
学习过程的本质: 模型从海量数据中学习形成“世界模型”的过程,本身可视为对训练数据的有损压缩(提取精华,丢弃无关细节和噪声)。
压缩“意义”的模糊性: 当我们谈论压缩数据集整体的“意义”而非具体比特时,“无损”的定义变得模糊。LLM压缩的优势恰恰在于它利用了“意义”来实现对“比特”的高效无损压缩。
与理论最优值KC的差距: 因为无法达到KC,总存在理论上的“浪费”,这种感觉类似有损,但本质是计算不可行性导致的效率不足,而非信息损失。
简单比喻:
无损压缩 (gzip, GPT+算术编码): 把一本厚书用一种非常高效的密语(可能是基于百科全书知识的缩写)写成一个密码序列。只要有密码本和规则,就能一字不差还原原书。 密码本短(压缩率高)说明密语设计得好(模型好)。
次优无损压缩: 密语设计得不够好,密码序列比别人的长(压缩率低),但依然能完全还原原书。
有损压缩 (jpg, mp3): 把书提炼成一篇摘要、画面或音乐降低了精度。保留了核心思想(主要特征),但永远无法还原原作的每一个token和所有细节(包括瑕疵)。
GPT学习形成“世界模型”: 读了图书馆所有书后,模型形成了对“世界”的理解。这个理解是训练数据海量信息的高度抽象和简化(有损)。但当他用这个模型来帮你压缩某一本具体的书时(通过预测+编码),他可以做到无损。
所以,回到你的话: “目标是无损,结果是有损” —— 对于利用现存GPT作为压缩器,这个说法不准确。对特定数据的GPT压缩总是无损的,但压缩率是次优的(未达KC)。对于GPT学习构建其内部模型的过程,这个说法有一定道理(内部模型是对训练数据的有损表示)。关键在于要区分 “使用工具(GPT压缩器)的过程” 和 “工具本身(GPT模型内部)的构建过程”,否则就不在同一个概念频道,鸡同鸭讲。
GPT+算术编码是对数据的无损压缩。什么是算术编码?它是怎么工作的?
算术编码 (Arithmetic Coding) 是经典的无损压缩算法。GPT作为“世界模型”为这个算法提供了前所未有的、超精准的语言数据的“概率地图”。
核心作用:把概率分布变成最短的比特流
GPT内部的输出是什么?
当输入一个序列 token1, token2, ... token_{i-1}
时,LLM 输出的是 下一个 token token_i
在整个词汇表上的概率分布 P(token_i | context)
,称为 logits。
例如: 输入 “人工智能是”
,LLM 可能输出 P(“未来”)=0.6, P(“趋势”)=0.3, P(“什么”)=0.05, ... P(“香蕉”)=0.0000001
。
算术编码器如何工作?
想象一条0到1的数轴: 初始区间是 [0, 1)
。
按概率切分区间: 根据 P(token_i)
将当前区间划分成若干子区间,每个子区间对应一个可能的 token。
接上例:“未来”
-> [0, 0.6)
, “趋势”
-> [0.6, 0.9)
, “什么”
-> [0.9, 0.95)
, ... “香蕉”
-> [0.9999999, 1)
。
选中真实token的区间: 如果实际的下一个 token 是 “未来”
,则新的当前区间变为 [0, 0.6)
。
迭代: 用这个新区间 [0, 0.6)
作为起点,输入下一个 token token_{i+1}
到GPT获得新的概率分布,再次切分这个新区间。如此反复直到序列结束。
输出一个“代表点”: 最终得到一个非常小的区间 [low, high)
。选择一个该区间内的二进制小数(比如 (low + high)/2
),只保留其小数点后的有效比特位。这个比特串就是压缩结果。区间越小,所需的比特数越少 (-log2(区间长度)
)。
这里,算术编码中区间和比特输出的转换关系容易让人困惑,这确实是理解无损压缩最烧脑的部分。需要理解“代表点”的生成逻辑。看上去有一个矛盾:区间是连续的,怎么能离散化,用有限比特精确代表?这需要从信息论和计算机表示两个层面拆解。需要彻底打通“概率→区间→比特”的转换链条,想明白为何最终输出的是有限比特而非无限小数。“区间长度对应概率”不难理解,当前瓶颈在于如何把连续区间离散化成比特流。需要重点讲清楚两点:一是-log2(概率)为何等于比特长度(香农极限),二是如何用二进制分数逼近实数而不损失信息。
假设经过对整段文本的逐词编码,算术编码器得到最终区间:
[low, high) = [0.3654321, 0.3654343)
区间长度 = high - low = 0.0000022
这长度就是整个文本出现的概率值!
若每个词概率为 P1, P2, ..., Pn
,则长度 = P1 × P2 × ... × Pn
我们可以这样比喻:将整个[0,1)区间看作一个序列数据的“宇宙”,每个可能的序列都对应这个宇宙中的一个子区间。序列出现的概率越大,对应的子区间就越长:长度等于概率。编码过程就是逐步缩小范围,最后定位到代表输入序列的那个子区间。一个非常简单的演示例子:
假设符号集:A(概率0.6),B(概率0.4)
要编码的序列:"AB"
步骤:
1. 初始区间[0,1)
2. 编码第一个符号'A':将[0,1)划分为 [0,0.6) 和 [0.6,1) 两个子区间。选择'A'对应的区间[0,0.6)。
3. 编码第二个符号'B':将当前区间[0,0.6)按相同比例划分:A占60%:[0,0.36),B占40%:[0.36,0.6)。选择'B'对应的区间[0.36,0.6)。最终区间为[0.36,0.6),区间长度=0.24,等于序列"AB"的概率:P(A)*P(B)=0.6*0.4=0.24。
最终区间内的任何数都可以作为代表点。通常取最终区间[0.36,0.6)的中点(0.48)可能更靠近中间,但实际中我们取最短的二进制小数,比特串011(代表数值0.375)。
解码过程:
解码器已知概率模型,初始区间[0,1)。它接收到比特串011。
第一步:将[0,1)划分为[0,0.6)和[0.6,1),0.375落在[0,0.6)内,所以第一个符号为'A'。
第二步:将当前区间[0,0.6)按比例划分:A:[0,0.36),B:[0.36,0.6)。数值0.375在[0.36,0.6)内,所以第二个符号是'B'。
因此,解码正确。
最终区间的概念可以总结为:
- 它是整个序列在[0,1)区间内的“身份证”,其长度等于序列的概率。
- 区间的位置和长度由序列中每个符号的概率逐步决定。
- 编码输出的是这个区间内的一个代表点的二进制表示(取足够位数以唯一确定这个区间)。
通过这种方式,算术编码实现了近乎最优的无损压缩(每个符号的编码长度接近其信息熵)。
原始文本 → 一栋精确的别墅 (目标区间 = 别墅占地
)
比特串 0101110111010111001
→ 别墅的 邮政编码 + 门牌号 (19位编码)
邮政编码区域 > 别墅面积 → 邮编一定能覆盖别墅
门牌号指向别墅内的一个点 (代表点)
解压 → 快递员用邮编找到区域,用门牌号送货上门
(只要地址在别墅内,就能正确无误送达)
步骤 | 数学动作 | 信息意义 |
---|---|---|
区间生成 | [low,high) = ∏ P(word) |
文本的概率指纹 |
比特计算 | k = ceil(-log₂(high-low)) |
指纹的最短身份证位数 |
代表点 | 选区间内一个数,转k 位二进制 |
生成身份证号 (压缩比特流 ) |
解压 | 用身份证号反向追踪概率划分 | 凭身份证找回完整指纹 (无损还原 ) |
最终输出的是概率空间的唯一坐标值,而非数据本身——这正是算术编码以逼近香农极限的方式实现无损压缩的魔力!
解压时,算术编码器反向操作:
从同一个初始区间 [0,1)
和同一个初始模型状态开始。
读入压缩后的比特串,将其视为一个二进制小数 C
。
用 GPT 预测第一个 token 的概率分布,切分区间。
看 C
落在哪个 token 的子区间里,那个 token 就是解压出的第一个 token。
用选中的子区间作为新范围,继续用 LLM 预测下一个 token 的概率分布,切分,看 C
落在哪里... 直到序列结束。
关键: 压缩和解压使用完全相同的LLM和完全相同的概率预测流程。只要 C
在最终压缩区间内,就能一步步唯一确定当初编码时的每个 token 选择。输入序列和输出序列比特级一致。
压缩率不够高不是更容易还原原文吗?从无损还原角度,我们其实不想模型压缩率“过高”。
这个问题非常犀利,直接点中了无损压缩理论中一个反直觉的关键点,质疑的是压缩效率与还原可靠性的关系——这恰恰是信息论最精妙的部分。
你可能正在脑补这样的场景:如果压缩率太高,就像把文件压得过于紧实,解压时反而容易出错。但无损压缩的数学基础保证了只要算法正确,100%还原与压缩率高低无关。
然而,这个问题的提出具备工程思维,是从实际系统角度质疑理论模型。“不想模型压缩率过高”,背后可能隐藏着对极端压缩场景下数据完整性的担忧——比如航天器用超高压缩率传输数据时,一个比特错误就可能导致整个文件崩溃。这种担忧很合理,但需要区分压缩算法本身和信道传输问题。
技术上需要强调两点:第一,算术编码作为熵编码,其压缩率逼近香农极限是数学特性,不会影响无损性;第二,高压缩率带来的系统脆弱性属于工程问题,可通过校验码解决。你可能混淆了算法层和系统层的可靠性。
特别要注意不要对“矛盾数据”有执念。数据集内部的矛盾不会导致信息损失,正如之前解释的,LLM压缩是通过增加比特开销来保留异常值,而非丢弃它们。这就像用高清扫描仪保存一幅有瑕疵的画作——瑕疵本身也被完整记录了。
应用层面,“压缩率不够高反而安全”的论述很有洞察。确实在工程实践中,适度冗余能提升系统鲁棒性。但理论上无损压缩的还原能力与压缩率无关这个铁律,需要用通信系统的分层模型来解释清楚。
好,这个问题触及了信息论中最精妙的反直觉点,我们一起来彻底解开这个悖论:
“压缩率不够高 ≠ 更易还原”
“高压缩率 ≠ 更难还原”
在无损压缩中(包括GPT+算术编码),压缩率与还原能力完全无关。只要算法正确:
1比特压缩的文件和几乎无压缩的文件,解压后都同等完美还原原始数据。这是无损压缩的定义决定的铁律。
核心原理:消除冗余
高压缩率 = 找到更高效的方式描述数据 = 用更少的比特表示相同信息。
例:原始数据 "0000000000"
(10字节) → 压缩为 "10个0"
(4字节)。解压时完美还原10个0。
GPT的威力:语义级消除冗余
GPT发现 “人工智能将重塑未来产业格局”
这句话在它的“世界模型”中概率很高 → 用极小的区间(极少的比特)编码。
关键:区间虽小,但精确对应这句话。解压时,靠比特流定位回这个区间,唯一还原这句话。
为什么高压缩率不伤害还原?
压缩率 | 数据特性 | 编码动作 | 还原保障 |
---|---|---|---|
高 | 高度可预测 (如 “00000” ) |
分配极小区间 (比特少) | 比特流精确定位到该区间 → 还原 |
低 | 不可预测 (如白噪声) | 分配接近整个区间 (比特多) | 比特流覆盖大区间 → 还原 |
真正的顾虑是:当压缩率极高时,系统对错误的容忍度急剧下降! 这是完全正确的工程直觉:
场景 | 低压缩率 (如未压缩文本) | 高压缩率 (GPT极致压缩) | 原因 |
---|---|---|---|
1比特传输错误 | 可能只影响1个字符 (A →B ) |
整个文件可能报废 | 一个比特错误,算术编码的区间定位完全错乱,后续解码雪崩式崩塌。 |
模型版本不一致 | 解压可能正常 | 解压必然失败/乱码 | 概率分布不同 → 区间划分不同 → 同一个比特流落在错误子区间,token全错。 |
数据边界不匹配 | 容易发现 | 难以诊断 | 高压缩数据像密文,失去人类可读性。 |
这才是“不想压缩率过高”的根源!无损压缩理论保证: 只要比特流无误+模型一致,100%还原。 工程现实: 高压缩率将系统的脆弱性放大了——它像一件极其精密的瓷器,完美但怕磕碰。
还原可靠性需求 >> 存储/带宽成本时
选择低压缩率甚至不压缩。
优点:抗比特错误、易调试、人类可读。
代价:占用更多空间/带宽。
存储/带宽成本 >> 计算成本时
选择高压缩率(如GPT+算术编码)。
优点:极致节省空间/带宽(尤其对语义丰富数据)。
代价:必须配套 强校验机制 (如CRC, 前向纠错码) + 严格版本控制。
对抗信道噪声的黄金法则
核心:在压缩后的密文级数据上叠加纠错层,抵御物理信道噪声。
维度 | 高压缩率 | 低压缩率 |
---|---|---|
还原准确性 | ✅ 100% (理论保证) | ✅ 100% (理论保证) |
抗干扰能力 | ❌ 极脆弱 (1比特可崩溃) | ✅ 强韧 (局部错误) |
计算开销 | ❌ 极高 (GPT预测+编码) | ✅ 极低 (如gzip) |
人类可读性 | ❌ 无 (密文) | ✅ 有 (文本/二进制) |
您的直觉是对的——在需要系统鲁棒性的场景下,确实要谨慎追求极致压缩率。但这无损压缩本身的数学纯洁性,而是工程权衡的智慧。
“视觉是连续空间的模拟信号,每个像素点就是一个连续变量。”
这是很多计算机视觉教材和模型论文中默认的假设。听起来合理,似乎也和物理世界接轨。但只要稍加推敲,就会暴露出它并非科学结论,而是工程手段的一种近似表达。
我们必须首先区分几个层面:
自然界的光波、亮度和色彩是连续的,这没错。但人类并非以连续方式感知这些物理量——我们的眼睛和大脑会自动将其量化、概念化。例如:
也就是说,虽然世界本身是连续的,人类感知和认知所依赖的输入体验早已是量化后的结果。
数字化图像以像素构成,通常每个通道8位,表示0到255之间的整数值。无论是JPEG、PNG还是RAW图像,底层存储都是有限精度的离散整数。模型所接收的图像本质上早已是数字化采样后的结果,并非模拟信号。
然而,在神经网络训练过程中,图像输入往往被归一化为0到1之间的浮点数。这一步并非出于感知上的真实需要,而是出于数值计算的方便性。深度学习系统依赖于梯度传播进行优化,而梯度下降算法要求输入数据分布平滑、可导、易归一化。因此,离散像素被“伪装”为连续变量,是为了解决优化问题,而非反映图像本质的必需。
模型在训练中处理的是张量空间上的浮点向量,并依赖于连续空间的插值、卷积、归一化等操作。这使得像素在模型编码实现上被强行纳入连续数域,但这种连续性是工程层面的假设,并非信息层面的需求。
人类的视觉系统并不需要那么高的分辨率。绝大多数图像中的数值精度远远超出了人类的感知极限。8-bit 表示的256级灰度中,人眼实际可分辨的亮度等级可能不超过100级。而RGB色彩空间中的1670万种组合,也远远超过人类色彩分辨能力的上限。
这意味着:我们为模型输入提供的“连续性”,大部分是感知冗余。高精度浮点表示中的大部分“细节”信息,对人类无感,也并不必然提升模型表现。它们只是方便训练,“让梯度更好传播”的工具,本身并不承载有意义的知识。从信息论角度衡量,每一个像素点的连续表示空间远远超过其必要承载的信息量。这种表征冗余本质上可能是计算资源的结构性浪费。
当我们把图像建模为“连续变量组成的张量”,其实是在把一个本可以紧凑表达的问题,拆成了浮点优化问题。它解决的是训练上的可微问题,而不是表达上的本质问题。
未来的视觉模型及其编码,可能应该从三个方向反思:
归根结底,“像素是连续变量”不是对世界的解释,而是对神经网络计算架构的妥协。它解决了梯度下降的问题,却掩盖了表征效率的问题。
我们应当意识到,这种假设在科学意义上是伪装的;在工程意义上是权宜的;而在未来的表征体系中,它可能具有进一步量化的优化空间。
Yann LeCun 所鼓吹的「世界模型」(World Model)是一種旨在模仿人類和動物學習世界運作方式的新興 AI 概念 [P1, P62]。他認為,這條路徑不同於主流的 GPT/Diffusion 模型所依賴的大數據、大參數和自迴歸 Transformer 架構,是實現通用人工智慧(AGI)的關鍵 [P1, P62]。
以下將從實際能力、優缺點等方面,對最新發布的 LeCun 世界模型(如 I-JEPA 和 V-JEPA 2)與主流 GPT/Diffusion 模型進行比較:
LeCun 世界模型的缺點與挑戰:
主流 GPT/Diffusion 模型的缺點與挑戰:
立委按:一辈子从事NLP/AI工作,已经习惯于在自己的博客频道持续写笔记,记下一路走来的观察和体会。所写貌似科普,但实际上不是为了迎合大众或普惠天下,根本动因还是为自己留下足迹,其次才是与亲友、同人、后学分享。大模型爆发是个分水岭。爆发前的博客集中在NLP的方方面面,大多是符号逻辑路线在自然语言文法方面的挣扎与进展。爆发后也没闲着,在这个有如寒武纪生物大爆发一样的让人眼花缭乱的世界,兴奋与刺激大于焦虑和恐怖,于是一路紧随,只问耕耘。现不揣拙陋,结集于此,定时更新,留下这个时代一位老兵的视界。
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Cross-modal Knowledge Transfer of Large Models Proven (Gemini Notes 1/8)
Decoding the New EMPO Reasoning Paradigm
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The ChatGPT Tsunami and Its Impact on IT Landscape and New Ecosystem
从0实现并理解GPT 2025-06-04
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立委按:張祥雨是一位備受推崇的AI科學家,總論文引用數已超過 37萬次。他在AI圈內口碑良好,被譽為新一代華人AI科學家中最傑出的之一。張祥雨的博士研究時期(2012年至2016年)恰逢 深度學習的爆發。他認為這個時期時間點非常好,趕上了2012年AlexNet的成功,深度学习革命的起点,而他的ResNet工作也成为了这场革命的关键推手。 張祥雨最近接受了一次深度访谈,难得他有机会自由抒发两个多小时,描述了一个深刻而完整的的大模型的研究探索旅程和一路走来的心路历程。上一次感觉精彩绝伦学到了真经受到重要启发的,还是伊利亚关于next token prediction溯源到K氏复杂性的伯克利演讲。祥雨的这个访谈听下来体感不亚于那一次的收获和叹服。虽然这次访谈的录音效果欠佳,还是强烈建议AI-ers不要错过这个充满了洞见和认知的精彩,他对十多年来在大模型研发上不断探索的心得体会,相信对后学和同仁具有启发意义。本文是这次访谈的听书笔记,可供参照。
AlexNet的成功主要在於它做到了 scaling(規模化),包括模型、數據和算力。當時,數據規模化有李飞飞的ImageNet(提供的大數據集120多萬張圖),算力規模化有英伟达GPU CUDA的發展,都已經不是瓶頸。因此,最關鍵的一點是誰能先把 模型規模化 (model scale up)。
張祥雨在博士階段,工作主線就是 做模型規模化 (model scaling),目標是把模型做得更大。這無非是追求更大的寬度、更大的深度以及更大的分辨率。他與何凱明和孫劍老師進行了大量的合作。在這個階段,他們提出了許多方法來解決模型規模化中的問題,尤其是在深度方面的擴展。之前的一些模型過了十幾層效果就會迅速下降,而他們提出的 ResNet(殘差網絡)是一項具有巨大影響力的工作,能夠將網絡從十幾層擴展到上百層,甚至上千層。這項工作被認為基本解決了當時模型規模化的問題,為深度學習的大爆发奠定了基礎。
張祥雨指出,在 2019 年,NLP 領域取得了非常大的進展(BERT 和 GPT)。許多人認為這得益於 Transformer 架構。然而,他強調架構並非核心,真正的關鍵是優化算法。之前的 NLP 方法與 CV 類似,依賴大量人工標註數據。但 NLP 幸運地發現了無需人工標註的自監督訓練方式,例如 BERT 使用的類似完形填空的方法,以及 GPT 使用的預測下一個 token 的方式。 這種自監督方式使得模型可以几乎無限擴展地利用數據。模型透過上游任務學習到更強的表徵。 GPT 的方式還能透過 in-context modeling 解锁許多下游任務。這種 不依賴人工標註、可以大規模利用數據 的特性,是 NLP 實現真正做大 (scale up) 的關鍵,張祥雨稱之為 NLP 領域的 「GPT 時刻」。
NLP 方法進軍 CV 到了 2020 年,領域發生了另一件大事:Transformer 架構被成功地完全應用於 CV 任務,其中最具代表性的是 ViT 架构。這使得學術研究人員自然而然地認為,可以將 NLP 領域成功的方法直接搬到 CV 中嘗試。因此,產生了許多模仿 NLP 方法的 CV 模型,例如 CV 中的 iGPT (模仿 NLP 的 GPT) 和 BEiT (模仿 NLP 的 BERT)。尤其是在何凱明提出了 MAE 系列之後,這些自監督方法在下游任務上的性能甚至能夠逼近或略超過使用全監督數據訓練的模型。這再次讓 CV 社群感到振奮。
Open AI 2022年底发布 ChatGPT(3.5) ,是大模型规模化效应的里程碑,引发了全社会的关注与震撼。此前国内小圈子也有不同的探索,但限于规模,效果都不太好,到了ChatGPT,scaling 成为广泛共识,GPT规模化高歌猛进,到GPT4发布形成AI的又一个高潮。
不變性與缺乏泛化能力 儘管初期看起來很有希望,但張祥雨對此一直持謹慎態度。他發現許多這些方法 只在小模型上有效,一旦放到更大的模型上,就不具備 scale up 的特性,效果會迅速下降。 他仔細分析後認為,這些方法 (無論是 contrastive learning 還是 MIM) 本質上都在學習某種 「不變性」。不變性對於視覺表徵確實非常關鍵。然而,這些方法學到的不變性是 「人工設計的」(handcraft),而非數據驅動的。例如,contrastive learning 極度依賴圖像增強 (augmentation),學到的是透過人工設計的 augmentation 賦予的不變性。MIM 學到的是遮擋不變性。 問題在於,一旦模型學會了你所設計的特定不變性 (如旋轉、顏色變化、遮擋等),即使增加再多數據,也 沒有額外的信息增量 來激發模型學習更多的不變性。這與 NLP 不同,NLP 是真正做到了 「從數據中學習」,高品質語料越多,模型就能學習到語料中更複雜的關聯性,透過壓縮建模聯合分佈來學習更多知識。由於 CV 的這些方法學到的不變性是受限且人工注入的,它們 缺乏像 NLP 那樣的 scale up 效應。張祥雨在 2022 年初就發表觀點認為 MIM 沒有顯著的 scaling law。
當張祥雨看到關於 思維鏈 (Chain-of-Thought, CoT) 的發現和 湧現性 (emergence) 的論文後,他表示「大受震撼」。這些研究顯示,做 NLP 的同行已經開始研究推理 (reasoning) 和更高級別的智能特性,而他感覺自己的研究仍然停留在表徵層面。這讓他更加確信純視覺領域可能存在根本性問題。
張祥雨進一步闡述了他認為純視覺領域(特別是靜態圖像)的根本問題。他從三個關鍵維度進行對比:生成 (Generation)、理解 (Understanding) 和人類對齊 (Human Alignment)。
張祥雨認為,正是因為靜態圖像數據在生成、理解和人類對齊這三項核心能力上不能形成自然、閉環的關係,這成為了視覺智能難以像 NLP 那樣成功復現規模化突破的 底層原因。基於這一認識,他在 2022 年停止了對靜態圖像表徵的研究。
張祥雨在 2022 年時,對於單純依靠視覺領域(尤其是靜態圖像)來實現智能或達到「CV 領域的 GPT 時刻」感到悲觀。他認為,與自然語言模型(如 GPT)能夠同時實現生成、理解和人類對齊的「自閉環」特性不同,靜態圖像在這三者之間是「割裂的」。圖像作為自然世界的客觀存在,其本質上不包含人類對它的理解方式或與人類對齊。意識到這個根本性問題後,他在 2022 年基本上停止了對靜態圖像表徵的研究,並構思了新的研究主題,即在短期內利用視覺和語言的對齊關係來尋求突破。
为了複刻 NLP 成功路徑,將圖像編碼為 Token 並与text進行混合訓練。張祥雨的想法是借鑑 NLP 領域成功的「next token prediction」範式。由於語言模型證明了這種基於自監督訓練(无需人工標註)的方法能夠透過大規模數據實現「scaling up」,他希望也能將這種方法應用於視覺。具體的思路是,將圖像也用 tokenizer 的方法轉換成 token,使其與語言處於同一個内部空間。然後,利用大量的圖文交錯數據(如網頁、書籍、論文等),將數據組織成文本和圖像 token 混排的形式。在預訓練階段,模型像處理純文本一樣,遇到文字就預測文字 token,遇到圖像就預測圖像 token。
根據這一思路,張祥雨團隊在 2023 年做出了他們的第一代大模型 Step1。這個模型從預訓練的最開始就是設計來處理多模態數據的,而非先訓練一個純文本模型再進行視覺對齊。Step1 的參數規模大約是千億級 (一百多B)。他們的目標是實現圖像的理解和生成一體化,希望能夠複刻 NLP 模型那樣,透過統一的生成任務來同時獲得理解和對齊的能力。這條路線與 Google 號稱的多模態大一統模型 Gemini 1.0 在理念上有相似之處。
然而,經過大半年的嘗試,張祥雨發現並沒有做到圖像的理解、生成和對齊一體化。他得到的是一個越來越強的理解模型和一個越來越強的生成模型,但兩者放到一起時並沒有產生「1+1 > 2」的叠加效果。模型實際表現起來仍然像是兩個獨立的模型,移除其中一個並不顯著影響另一個。特別是,圖片生成的可控性並沒有隨著理解能力的提升而顯著提高。他觀察到,像海外的一些知名工作(如 Gemini, GPT-4V)在那個時間點似乎也未能完全實現理解和生成的一體化,而是透過外掛模組的方式實現功能。這使得他在做了大半年之後感到迷茫。他後來分析認為,視覺生成之所以難以實現這種協同效應,根本原因在於它缺失了類似於語言模型的 CoT (思維鏈)。視覺生成過程(無論是 Auto-regressive 還是 Diffusion)本質上是一種「一口爆」或單步生成的模式,其複雜度遠超 Transformer 單步處理的能力,無法像語言 CoT 那樣進行分解和逐步推理。
在 Step1 (千億參數) 完成後,團隊很自然地想挑戰更大的模型。於是在 2024 年初上馬了 Step2 項目,目標是萬億參數規模,且激活參數規模也非常巨大(兩百多B)。這個項目前後做了九個多月,總算訓到一個他們認為比較滿意的狀態。然而,訓練這個模型的投入「簡直是一個無底洞」,一方面因為大大低估了訓練如此大模型所需的海量數據,另一方面同時擴大模型參數和數據量,對算力的需求是平方關係,使得訓練過程非常吃力。在數據不足的情況下,僅僅擴大模型參數效果并不理想。這再次凸顯了在模型規模化之後,數據規模化成為新的瓶頸,正如他當年完成 ResNet 後所觀察到的情況。
張祥雨在尋求視覺智能突破的過程中,嘗試將 NLP 的成功範式(next token prediction 和大規模預訓練)遷移到視覺領域,透過多模態混合訓練來實現圖像的理解和生成一體化。儘管在模型規模上不斷擴大(從千億到萬億),但受限於視覺數據本身的特性(生成、理解、人類對齊的割裂)以及當時技術不足的訓練範式(缺乏視覺 CoT),未能有效整合視覺理解和生成能力,並在擴大模型規模時遭遇了嚴峻的數據挑戰。
在這個进军萬億參數規模的 Step2 模型过程中,他們發現了一件「百思不得其解的怪事」:模型的通用對話能力、情商和知識量確實隨著模型變大而變得更強,但模型的推理能力(尤其是數學)表現卻是先上升後平緩,再擴大參數反而是下降。這個現象在當時業界尚未引發廣泛討論。
更深入觀察發現了一些「蛛絲馬跡」:更大的模型在做數學題時,「更傾向於跳步」,「不老實」地一步步推導。它經常會放棄一步步計算,而是直接「一口」報出最後的結果。
張祥雨分析認為,這其實就是 Next Token Prediction (NTP) 的「本質缺陷」。NTP 的核心範式是點態概率建模,也是第一代大模型起飛的基礎算法。它的本質目標是最大化壓縮率。
總結來說,張祥雨的經歷驗證了在將 NTP 範式應用到極大規模模型時,其固有的「最大化壓縮率」目標與某些任務(如數學推理)所需的「最大化精度」目標會產生衝突。由於預訓練數據包含了大量省略中間步驟的「跳步」範例,追求高壓縮率的大模型學會了這種行為,進而在需要嚴謹逐步推理的任務上表現下降。這突顯了 NTP 作為底層算法在處理複雜推理任務上的局限性。
對於視覺生成,不論是擴散模型 (Diffusion Model) 還是自迴歸模型 (Auto-Regressive Model),張祥雨認為從语义角度來看,它們都屬於「一口报」的生成方式。Auto-Regressive Model 最大的特點就是「落子無悔」,需要在單步推理中決定如何繪製區域。Diffusion Model 的降噪過程主要是补充细节,虽然它看上去是一個多步過程,但其中缺乏人類理解中的语义或推理。與人類繪畫過程(打草稿、描繪輪廓、上色等)完全不同,降噪過程更像是在構造一個數學過程來擬合分布,其間沒有明確的语义或物體層次的推理。這兩種方法在他看來,都還處於語言模型NTP范式最初的「一口报」時代,最大的問題在於缺少思維鏈 (CoT)。
他認為,簡單地將生成和理解做到一起難度非常大,中間缺失了重要一環——CoT。借鑑語言模型的經驗,CV 領域的方向可能是先在視覺理解上做 CoT。如果視覺理解的 CoT 能夠成功,再將方法擴展到生成上,也許最终能走通多模態理解生成一體化的道路。
為此,他們在去年年中開啟了一個新的專案,目標是做視覺理解,核心是真正在視覺空間上做思維鏈。這可以理解為視覺空間上的「慢思考」或「long thought」。這個项目做了半年的結果:並非完全沒有效果,透過這樣的方式訓練確實可以解決某些問題。但是,其泛化能力非常有限。他提到,他們造了什麼樣的數據,模型就只能解決這類數據的問題类型,完全沒有展現出在語言模型上 O1 那種強大的泛化能力。
回顧 O1 在語言領域的成功,張祥雨認為其要害在於学习到思維鏈的 pattern,「pattern is all you need」。O1 最吸引人的地方在於其無與倫比的推廣性,不僅能泛化到不同的領域 (domain),也看到思维pattern本身的泛化。
他舉例說明了這種 pattern 的泛化能力:即使只在純數學數據上訓練一個 O1-like 的模型,當應用於需要嚴格格律和押韻的古詩詞寫作時,模型也能激發出與解數學題非常類似的思考 pattern。例如,它會先給出一個初步嘗試,然後逐字檢查不符合要求的,一個個替換,如果發現不行,會推翻前面做的部分甚至整首詩,從頭再來。在過程中,它會反复檢查格律要求以及是否符合題意。這些 pattern,如反思 (reflection)、驗算 (verify)、大循環(推翻重來)、審題等,與其在數學問題上的表現幾乎一模一樣。
他也提到存在難以泛化的領域。例如,將一個擅长數學推理的模型應用於博弈類問題(如鬥地主殘局)時,模型會顯示出很多無效思考和低級錯誤。這是因為博弈問題的思考模式與數學套路不同,它更傾向於最大最小化 (min-max) 的思路。所谓最大最小化,指的是模型需要考慮對手可能採取的最佳行動(最大化對手的收益),然後在這個基礎上,選擇自己的行動來盡可能降低對手的這個最佳收益(最小化自己的損失或對手的收益)。這是 O1 在數學數據上未能掌握的一類思維 pattern。這表明模型的泛化能力雖然強大,但仍然需要相應的數據來激發特定的思考 pattern。
針對他們在視覺空間 CoT 嘗試中遇到的泛化問題(給圖像做圈點、批注的數據訓練效果泛化不足),張祥雨分析認為,這是因為他們用合成的數據,其 pattern 過於固定。更重要的是,這種精細化的「在圖上圈點批注」類的 CoT 數據,在自然的預訓練語料中(特別是常用的圖文交錯語料)是極度缺乏的。
他解釋說,O1 能激發出強大的泛化 pattern,是因為那些經驗證有效的反思 pattern,如 wait, alternative, recheck, validate 等,雖然在預訓練語料中數量非常少 (sparse),但確實存在。例如,在 MathOverflow 這樣的高品質論壇上,一些高讚答案會展示嘗試、發現問題、反思、重試、驗算等過程。當 RL 在 dataset 階段將這些 pattern 激發並強化時,由於這些 pattern 在預訓練語料中稀疏地散布且涵蓋不同領域,模型就能順帶將與這些語料相關的廣泛領域融會貫通,實現強大的泛化。
相比之下,他們合成的視覺 CoT 數據因為在預訓練語料中沒有這種 pattern 的呼應,導致無法激發出預訓練模型中更廣泛的模式,因此泛化性就差。這也印證了 RL 並不能無中生有地發現新東西,所有的知識或能力都需要在預訓練中已有分布。
張祥雨還強調,預訓練語料的質量非常關鍵。那些思維特別跳躍、省略大量中間步驟的語言材料(例如國內論壇上喜歡用「注意到」直接跳到結論的風格),對於模型預訓練來說可能是災難性的。這種語料阻礙了模型學習紮實的推理思維鏈。
張祥雨指出,大型模型的發展可以視為由 「底層算法」或「優化方法」 (橫軸) 和 「模態」 (縱軸) 這 兩根軸 共同驅動的,並呈現一種 螺旋上升 的趨勢。
這兩個軸的 起點 分別是:優化方法的起點是「next token prediction 的發現」,而 模態的起點是「語言,自然語言」。
Next Token Prediction (NTP) 這種算法最初在 文本領域非常成功,是支撐第一代大型模型 (如 GPT 系列) 崛起的基礎算法。它的核心原理是建模对下一个词元的序列条件概率,透過對數據進行壓縮,來學習知識和獲得一定的智能。
然而,這種純粹基於壓縮的 Next Token Prediction 方法,在推進大模型發展的過程中,在兩個方向上都遇到了 挑戰和瓶頸:
在純語言模型 (LLM) 方面: 雖然模型的通用對話能力、情商、和知識量隨著模型變大而變強,但其 推理能力(尤其是數學和邏輯) 的表現卻呈現 先上升後平緩,再擴大反而下降 的怪現象。張祥雨認為,這是 Next Token Prediction 的 本質缺陷 所導致的。因為 更大的壓縮率未必對應更高的計算精度。模型為了提高壓縮率,傾向於 跳過中間步驟,直接「一口爆」出結果。這在複雜的數學題或其他需要長鏈推理的問題中,會累積錯誤,導致最終的正確率大幅下降。
在多模態方面: 試圖將 NTP 範式遷移到更多模態(特別是視覺)的過程中,也 反覆碰壁。雖然可以將視覺數據 Token 化並與文本交錯訓練,實現了不錯的圖像理解效果,但 圖像的生成和理解難以融合。現有的圖像生成方法 (如 Auto-regressive 或 Diffusion) 仍然處於類似於語言模型的「一口爆」時代,需要單步完成複雜的生成任務,而其所需複雜度 明顯超過了 Transformer 單步推理的上限。這導致生成的 可控性非常差,即使模型本身知道生成結果不符合常識,也無法控制。這種簡單的生成理解一體化嘗試,並未達到預期效果,视觉理解与视觉生成的效果沒有疊加,1+1没有大于2的效应,甚至可以移除生成部分而不影響理解部分。這中間 缺失了重要的一環:類似於語言模型的 CoT (思維鏈)。
正因為純粹基於壓縮的 Next Token Prediction 在語言推理和多模態融合上都顯現出瓶頸,這成為了引入 強化學習 (RL) 推理模型新范式的重要背景。RL 的核心優勢在於它可以 「直接面向目標優化」,而不是間接透過擬合分布或最大化壓縮率。透過 RL,模型被鼓勵去找到最能達成目標的路徑,這能夠 克服 Next Token Prediction 的一些缺陷 (例如減少跳步、提高穩定性)。張祥雨認為,O1 系列模型之所以成功,核心就在於引入了 RL 來激發並強化了 思維鏈的 pattern,甚至是一種 Meta-CoT,這使得模型能夠在不同的思考路徑中切換以解決複雜問題。RL 這種面向目標優化的方式,使得許多之前難以解決的問題(包括語言模型的推理能力和多模態的生成理解一體化),一下子盤活了思路,有了解法。
根據張祥雨在訪談中的觀點,他將大模型的發展和OpenAI的智能演進路徑與底層算法的迭代關聯起來。他認為,OpenAI的五級智能分類法非常有邏輯,其背後隱含著每一代分級都需要一個全新的算法產生:
關於 Agent 的定義,張祥雨在訪談中也對社群中現行的說法進行了澄清:
張祥雨觀察到一些令人鼓舞的跡象。他提到,目前的圖像生成在可控性上已經做得不錯,例如备受欢迎的 GPT4o native 图像生成能力以及Gemini 的最新進展。他認為,如果能夠限制問題領域 (Domain),清洗好數據,並專注於不需要複雜推理、可以「一口爆」解決的指令型任務,高可控的圖像生成和編輯是完全可行的。例如,執行圖片上的位移、連接線條等指令,這些任務的複雜度較低,可以在單一步驟內完成。他認為,海外同行(特別是美國)在推理模型的認知和實踐上確實走在前面。
張祥雨提出,具備初步生成和理解能力、能夠執行指令型图片生成的模型可以作為起點。有了這種能夠在圖像上執行基本操作(如圈點、批註、編輯)的能力,就可以將其作為思維鏈的「動作空間」。這樣,帶有 CoT 的視覺理解就可以做了。
未來的「GPT-4 時刻」 張祥雨預見未來两年可能會有至少兩個「GPT-4 時刻」。
張祥雨對當前業界一味強調 Long Context 建模持有不同看法。他認為:
張祥雨提出了一種替代 Long Context 的方法,尤其是在處理 Retrieval 任務時。他認為:
展望視覺推理和多模態 CoT 的未來,他認為有兩條主要的發展方向:
自主學習的核心:實現真正的自主學習需要解決多個前置問題,其中最關鍵的是從環境中獲取和利用反饋的能力(尤其是從自然語言或其他非結構化反饋中學習如何改進)。此外,還需要無限長序列的建模能力(環境是動態無限的)和如何設計「內生獎勵」來驅動模型自我學習和進化。
RL(強化學習)作為推動模型發展到推理這一代的重要算法,雖然解決了 Next Token Prediction 在推理和多模態融合上的一些瓶頸(例如克服了跳步、提高了長鏈推理的穩定性、讓多模態融合的思路變得可行),但也面臨著新的挑戰:
最後,關於李飛飛的空間智能和 LeCun 的世界模型,以及與視覺生成和具身智能的關係:
總結來說,大模型的發展是算法和模態螺旋上升的過程,NTP是起點但有其本質缺陷,RL解決了部分問題並引入了新的挑戰(特別是環境和反饋的scaling),而OpenAI體系中的下一代Agent將需要自主學習和線上學習的能力。雖然人類學習世界模型的方式可能非生成式,但當前AGI在視覺等領域的進展可能仍需藉助生成。具身智能等領域正在特定場景下先行發展,但最終將匯入通用AGI的洪流。
原访谈很精彩,有认知高度,也有第一线的实践,还有很多金句,见:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/1913377304173872183
立委按:LLM的强化学习后训练是当前热点,也是最新思维链(CoT)推理模型范式的红利期。推理强化后的模型在复杂任务的表现上普遍性能提升。强化后训练的新范式正在不断推广到不同场景,而且也在多模态方面取得进展。应该是了解一点强化学习的基本工作流程的时候了。
1.1 生成一个完整序列(Trajectory)之后才拿到奖励
1.2 把“序列级别奖励”拆给每一步“选择词元”的策略
1.3 参数更新:一次性影响整个生成过程中的每一步
在拿到梯度之后,往往用类似 PPO(Proximal Policy Optimization)的算法做一次“裁剪式更新”:
整个过程只迭代几轮(若干个序列)就能让策略“尽量往高奖励方向”靠拢,同时保持与旧策略“不要偏差太大”以免训练不稳定。核心思路:采样→拿到 R→把奖励和每一步的 log-prob 相乘→算梯度→更新参数。
完成一次更新后,策略参数 θ 变成 θ_new;下一轮又回到“冻结策略→再采样→再更新”的循环。
模型参数不变,策略就是“固定不变”的
——至少在一次完整的生成(rollout)或一次训练迭代里,它的参数 θ 保持不动,策略自然不变。
策略=“这个 state 下网络给我的下一个 action 打了哪些分,在语言模型就是网络根据当前 context 计算出来的next token 的概率分布”
在训练里,一轮 rollout/采样结束后,你会根据奖励/损失去更新参数 θ,此后策略才会变成“新的策略 π_θ。但在“采样这段对话/文本”的整个过程中,θ 不变,所以策略函数 π_θ(⋅∣s) 也是不变的。
旧策略(π_old)
是“收集轨迹时”的那一套模型参数下的策略网络。
换句话说,你让模型在环境(或是对话上下文)里按照 π_old 去采样,得到了 N 条“(状态₁,动作₁)→(状态₂,动作₂)→ … →(状态_T, 动作_T)”的完整轨迹。
在收集完这些轨迹后,你把这些轨迹连同 π_old 在每一步的 log π_old(a_t|s_t)(或者直接存储下来的 probs)一起都记录下来。这个“旧策略”相当于一个“快照”,是收集数据时的分布。
新策略(π_new)
是“在更新参数过程中所使用的那套参数”——也就是我们正在训练的、会随着梯度下降而不断变化的策略网络。
一旦开始做梯度更新,就会用当前那一刻的网络参数去计算“新策略输出的 log π_new(a_t|s_t)”。随着每一次梯度步,新策略的参数都会微调,这时 π_new(a_t|s_t) 就可能和旧策略 π_old(a_t|s_t) 不再相同。
收集轨迹阶段:
在策略还是 π_old 的时候,让它去环境里跑几千个或几万个 steps,把完整的“状态→动作→奖励→下一个状态”都存下来,连同当时的 log π_old(a_t|s_t)。
由于在这一步,你还未做过任何梯度更新,所以“新策略”和“旧策略”是同一个网络。此时如果你立刻比较 π_new 和 π_old,它们是完全一样的——比值。但你先把 π_old 的值记下来,后面调整参数时就有对比用。
优化阶段:
接下来,你拿到这批已经收集好的轨迹,开始做多轮(多个 epoch)小批量(mini-batch)的梯度更新。
在做第 1 次梯度更新时,虽然此刻的“新策略”参数 θ 与“旧策略”参数(收集时的快照)是一模一样的,但你仍然把它们区分开来:
π_old 作为“分母”是个常数(保留收集轨迹时计算出来的概率值),不会随梯度变化。
π_new 作为分子,用来重新在网络里跑一遍“给定同一个 s_t,计算当前参数下采样 a_t 的概率”——也就是 log π_new(a_t|s_t)
。
从第 1 步到第 k 步,你都会做相同流程:把“旧 log π_old” 和“新 log π_new” 一起塞进目标函数里,再做梯度更新。梯度实际上来自于“新策略”下的 log π_new(a_t|s_t) 与“旧策略” log π_old(a_t|s_t) 的比值,因为你要优化的是 让比值往有利于大优势值 A_t 的方向调整。
所以,重点就在于:
采样:用旧策略(现策略)拿到“随机生成的具体文本”以便算 reward。在采样阶段,模型参数不变,策略自然不变。
reward:只能在“采样出具体文本 τ”后才能得出。
更新:等到我们从多条 τ 上都获取了 reward,再去把这些“sequence-level feedback”切片到每一步,算出梯度更新策略/参数。
立委按:鉴于语言大模型GPT的重要性,特此根据AI大神Karpathy的nanoGPT讲座,编纂此科普系列,计五篇,其中此篇没有代码和数学公式,是最通俗的科普。其他四篇包括一篇英文,均附带可验证的Python代码,并给予不同角度的详细解说,面对有工程背景的对象。
ChatGPT这样的大语言模型在今天已展现出惊人的能力:它们能与人对话,辅助创作,甚至独立生成颇具文采的诗篇。这不禁引人深思:大模型是如何理解并运用复杂的人类语言的呢?本文将以大模型传教士Karpathy简化的迷你版nanoGPT模型为例,揭示其学习模仿大文豪莎士比亚风格的奥秘。
大模型学习过程核心机制之一在于对一句话或一段文字里,接下来会出现哪个字或哪个词的预测。在文本领域,这意味着当nanoGPT接收到一句话的前半部分,例如“生存还是毁灭,这是一个…”,它需要根据已有的信息,推断出最有可能紧随其后的词语,比如“问题”。我们所讨论的这个莎翁风格,其核心训练目标,就是在莎士比亚所有作品的文字里,当读到某处时,能精准地猜出下一个字是什么。
nanoGPT的第一个挑战在于,它难以直接理解人类的文字符号。计算机系统以数字为基础进行运算。因此,首要任务是将莎士比亚的文本转化为机器能够处理的数字形式。
仅仅将字符转化为孤立的、互不相关的数字代号是不够的。nanoGPT需要一种方式来捕捉这些代号背后的“意义/特性”以及它们在特定上下文中的“角色”。这就是“嵌入”(Embedding)技术发挥作用的地方。
最终,输入序列中一个字符的初始信息,就是它自身的“特征数字档案”和它所在“位置数字档案”的结合。这样,nanoGPT拿到的每个字的信息,既包含了字本身的含义,也包含了它在句子中的顺序信息。
这是nanoGPT模型进行复杂信息处理和上下文理解的核心部件。你可以把它想象成一个多层加工的“工厂”,每一层流水线都对输入信息进行更深一步的加工和理解。
nanoGPT内一层流水线通常包含以下关键环节:
在nanoGPT中,通常会堆叠多个这样的加工层。每一层都在前一层的基础上进行更抽象的规律性提取,并把它们和上下文联系起来进行综合理解。
经过多层的深度处理后,nanoGPT对输入序列的每个字符都生成了一个包含了丰富上下文信息的数字总结。现在,需要将这个内部总结转化为对下一个字符的具体预测。
这通常通过以下步骤完成:
nanoGPT模型并非一开始就能准确预测。它需要通过一个称为“训练”的过程,从大量的样本数据中学习规律。
这个“输入-预测-计算差距-复盘调整”的迭代过程会重复进行成千上万甚至上亿次。每一次迭代,模型都会从错误中学习,逐渐提升其预测的准确性,从而更好地捕捉莎士比亚文本的语言模式。
当nanoGPT训练到一定程度后,就可以用它来生成新的、具有莎士比亚风格的文本了。
通过这些机制,nanoGPT模型就能够一句句模仿莎士比亚风格的文本。
本文描述的模仿莎士比亚风格的nanoGPT是一个高度简化的示例。现实中的大型语言模型(LLMs),如OpenAI GPT系列,其核心原理(如Transformer结构、预测下一个词元等)与此相同,但有着显著的量级和复杂度差异:
通过对这个简化AI模型nonoGPT的剖析,我们可以看到,GPT这类模型基于对大量文本数据中复杂模式的统计学习,基于这些规律进行的语言接龙的概率预测。从简单的字符预测任务出发,nanoGPT借助Transformer结构、莎士比亚全集数据和强大的计算能力,AI能够学习并模仿出高度复杂的语言风格。理解GPT背后的机制,有助于我们更理性地看待AI大模型的能力边界,并思考其在未来社会和文化领域中可能扮演的角色。
立委按:鉴于语言大模型GPT的重要性,特此根据AI大神Karpathy的nanoGPT讲座,编纂此科普系列,计五篇,一篇没有代码和数学公式,是最通俗的科普。其他四篇包括一篇英文,均附带可验证的Python代码,并给予不同角度的详细解说,面对有一定工程背景的对象。
下面这篇科普文章,以Karpathy讲座“从零实现莎士比亚风 GPT”为例,把每一行代码背后的思路拆透,感受“技术硬核”的魅力。
data/shakespeare_char/input.txt
,整个文本可能上百万字符。chars = sorted(list(set(open(...).read())))
stoi = {ch:i for i,ch in enumerate(chars)}
itos = {i:ch for i,ch in enumerate(chars)}
set
(字符集合)自然去重后有 65 个字符,包括字母、标点、换行符等。stoi
、itos
分别是一一映射,可做「文字 ↔ 索引」互转,即编码解码。uint16
二进制文件 train.bin
,运行时直接:class SimpleGPT(nn.Module):
def __init__(self, vocab_size, n_embd=128, n_head=4, n_layer=3):
super().__init__()
# 1. Token 嵌入 & 位置嵌入
self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, n_embd)
self.pos_embedding = nn.Embedding(1000, n_embd)
# 2. N 层 TransformerDecoderLayer
self.transformer = nn.ModuleList([
nn.TransformerDecoderLayer(
d_model=n_embd, nhead=n_head,
dim_feedforward=n_embd*4,
batch_first=True, dropout=0.1
) for _ in range(n_layer)
])
# 3. 归一化 + 线性头
self.ln_f = nn.LayerNorm(n_embd)
self.head = nn.Linear(n_embd, vocab_size)
128
维向量;n_embd
(128)→ dim_feedforward
(512);Relu激活;第二层linear2把维度再从 dim_feedforward
(512)→ n_embd
(128));nn.TransformerDecoderLayer
给封装起来了。*4
把隐藏层的宽度调成原来的 4 倍(128*4=512)。 n_head=4
是指 注意力头 数量是 4 个。128
维特征 → 65
个字符的分数(logits),为下一步采样做准备。每个 TransformerBlock(TransformerDecoderLayer
)内部:
# 注意力子层(Self-Attention)
_attn_output = self.self_attn(x, x, x, attn_mask=tgt_mask)
x = x + self.dropout1(_attn_output) # 残差 + Dropout
x = self.norm1(x) # LayerNorm
# 前馈全连接子层(Feed-Forward)
_ffn_output = self.linear2(self.dropout(self.activation(self.linear1(x))))
x = x + self.dropout2(_ffn_output) # 残差 + Dropout
x = self.norm2(x) # LayerNorm
同样,TransformerDecoderLayer
在每个子层的输出上都做了:
x = x + SubLayer(x)
也就是将子层(注意力/前馈)的输出与原输入相加,然后再做 LayerNorm。这能让梯度更容易向前/向后流动,避免深层网络训练困难。
activation='gelu'
、norm_first=True
(预归一化)等。想要完全掌握内部细节,你可以自己写一个自定义的 DecoderLayer,大概长这样:
class MyDecoderLayer(nn.Module):
def __init__(self, d_model, nhead, dim_ff):
super().__init__()
self.self_attn = nn.MultiheadAttention(d_model, nhead, batch_first=True)
self.linear1 = nn.Linear(d_model, dim_ff)
self.linear2 = nn.Linear(dim_ff, d_model)
self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model)
self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model)
self.dropout = nn.Dropout(0.1)
self.act = nn.ReLU()
def forward(self, x, mask=None):
# 注意力 + 残差 + 归一化
attn_out, _ = self.self_attn(x, x, x, attn_mask=mask)
x = x + self.dropout(attn_out)
x = self.norm1(x)
# FFN + 残差 + 归一化
ffn_out = self.linear2(self.dropout(self.act(self.linear1(x))))
x = x + self.dropout(ffn_out)
x = self.norm2(x)
return x
把 N 层这样的 MyDecoderLayer
串起来,就和 nn.TransformerDecoderLayer
是一模一样的套路。
这样你就明确地知道:GPT 的每一层都是「注意力→残差→LayerNorm→前馈→残差→LayerNorm」的循环组合。希望这下彻底搞明白了!
def forward(self, x):
b, t = x.shape # batch 大小 b,序列长度 t
pos = torch.arange(t).unsqueeze(0)
x = self.embedding(x) + self.pos_embedding(pos)
mask = torch.triu(torch.ones(t, t), diagonal=1).bool()
for layer in self.transformer:
x = layer(x, x, tgt_mask=mask)
x = self.ln_f(x)
return self.head(x) # (b, t, vocab_size)
vocab_size
维的分数向量,代表模型对下一个字符的「喜好程度」。optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=3e-4)
model.train()
for step in range(50):
# 1. 随机抓 8 段长度为 block_size 的序列
ix = torch.randint(len(train_data)-block_size, (8,))
x = torch.stack([train_data[i:i+block_size] for i in ix])
y = torch.stack([train_data[i+1:i+block_size+1] for i in ix])
# 2. 前向 + 损失
logits = model(x)
loss = nn.functional.cross_entropy(
logits.view(-1, vocab_size), y.view(-1)
)
# 3. 反向 + 更新
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
optimizer.step()
if step%10==0: print(f"Step {step}: loss={loss.item():.4f}")
def generate_text(prompt="", max_tokens=200, temperature=0.8, top_k=20):
model.eval()
tokens = encode(prompt) if prompt else [encode("ROMEO:")[0]]
with torch.no_grad():
for _ in range(max_tokens):
ctx = torch.tensor([tokens[-block_size:]])
logits = model(ctx)[0, -1] # 取最新位置的 logits
logits = logits / temperature # 温度调节
if top_k>0:
kth, _ = torch.topk(logits, top_k)
logits[logits < kth[-1]] = -float('inf')
probs = torch.softmax(logits, dim=-1)
nxt = torch.multinomial(probs, 1).item()
tokens.append(nxt)
if nxt==encode('\n')[0] and len(tokens)>10: break
return decode(tokens)
<1
:分布更陡峭,生成更“保守”;>1
:分布更平坦,生成更“大胆”。技术环节 | 功能与作用 |
---|---|
嵌入层 | 离散字符→连续向量,便于神经网络处理 |
位置编码 | 注入顺序信息,让模型区分“先后” |
自注意力 | 动态计算序列各位置间的相互影响,捕捉长程依赖 |
因果掩码 | 严格屏蔽「未来信息」,模拟人写作时只能一步步推进 |
前馈网络 | 增加非线性表达能力 |
残差+LayerNorm | 保持梯度稳定,助力深层网络收敛 |
温度 & Top-k | 控制生成文本的“保守度”与“多样性” |
下次想要扩充到单词级、加上多 GPU、混合精度训练,或者接入更大语料,就能顺理成章地在这些模块之上“造船”了。Go build your own GPT!
Large Language Models (LLMs) are constantly rewriting the rules of AI with their astonishing reasoning abilities. Yet, the path to even stronger reasoning is often paved with expensive "gold"—manually labeled reasoning steps, verified answers, or bespoke reward models. These reinforcement methods, rooted in supervised learning, work, but they hit bottlenecks in cost and scalability.
Rewind to this Lunar New Year, when DeepSeek's R1-Zero, a result-driven, supervised reinforcement approach, made waves. We debated its underlying mechanics, converging on a shared understanding: The essence of technologies like Chain-of-Thought (CoT) is to build a "slow-thinking" information bridge between a query and a response in complex tasks. Think of it as a gentle "ramp", designed to lower perplexity, transforming problems with daunting information gaps—unsolvable by "fast thinking"—into something smooth and solvable.
Now, a new paper from Tianjin University and Tencent AI Lab, "Right Question is Already Half the Answer: Fully Unsupervised LLM Reasoning Incentivization," takes this line of thought a step further—a step both radical and elegant. It introduces EMPO (Entropy Minimized Policy Optimization), a fully unsupervised framework for reinforcement reasoning. And the kicker? Its performance reportedly rivals methods that do rely on golden answers.
This paper is a refreshing read. No black magic, no convoluted theories. It’s like a fresh breeze blowing through the landscape of unsupervised learning. It further validates our hunch: give the model a "field" to play in, and it will autonomously find the smoothest path towards entropy reduction.
Frankly, DeepSeek R1-Zero was stunning enough, proving machines could learn autonomously, generating their own data to boost their intelligence. This work feels like "Zero-Squared": Machines can now seemingly learn answers just from questions. It's a bit scary if you think about it. Unsupervised learning has been around for years, but after fueling the pre-trained LLM storm via self-supervised learning, seeing it reach this level of magic in reasoning is truly eye-opening.
The core idea behind EMPO is simple: Instead of telling the model "what is right," why not let it pursue "what is consistent"? It posits that a powerful reasoning model should produce outputs that are stable and semantically aligned. How do we measure this alignment? Through Semantic Entropy.
This isn't your classic Shannon entropy, which focuses on the surface token string and can be easily thrown off by phrasing variations. Semantic entropy operates at the level of meaning. Here’s how EMPO does it:
In short, EMPO encourages the model: "Within your own answer space, find the most 'popular' view, the one you're most sure about, and double down on it!"
EMPO's elegance doesn't mean it's without its nuances. The paper highlights a few key insights and practicalities:
<cot>
Tags Required: EMPO doesn't even need explicit <cot>
tags as format rewards. A simple prompt like, Please resolve it step by step and put the final answer in {...}.
is enough to provide the "space" for the model to explore thinking and refine its reasoning.EMPO shows that even without any external answers, we can significantly boost LLM reasoning through a simple, elegant, and intrinsically motivated mechanism. It's like unlocking a universal "data quality dividend". The only entry fee is feeding the system questions and applying simple clustering – and most likely, accuracy improvements become possible.
The paper's title begins, "Right question is already half the answer." We can extend that: "...the other half is embodied in LLM's internal semantic coherence." By minimizing semantic entropy, EMPO guides the LLM to generate CoT and answers with greater harmony and order, helping it find that "other half."
Given its underlying mechanism of information theory and its generality, we believe EMPO's minimalist, unsupervised approach will spark a wave of follow-up research. It will push boundaries, find applications in diverse tasks, and likely become a cornerstone of future LLM post-training pipelines.
P.S. Rarely is a paper this interesting also this accessible. For those keen on diving into the details, the original paper recently published is just a click away: https://arxiv.org/pdf/2504.05812. Enjoy!
大型语言模型(LLM)在推理任务上的惊人表现,正不断刷新我们对人工智能的认知。然而,通往更强推理能力的道路往往铺满了昂贵的“黄金”——人工标注的推理过程、验证过的答案或是定制的奖励模型。这些基于监督学习的强化方法,虽然有效,却也带来了成本和可扩展性的瓶颈。
就在今年春节期间,DeepSeek 推出的结果驱动/监督强化推理方案引发热议,大家探讨其背后机理。一个普遍的共识是,思维链(Chain-of-Thought, CoT)这类技术的本质,是在处理复杂任务时,于用户提问(Query)和模型回应(Response)之间,构建一座“慢思维”的信息桥梁。这就像一个平缓的斜坡(Ramp),旨在降低困惑度(Perplexity),将那些对于“快思维”而言存在信息鸿沟、难以一步到位的复杂问题,变得“丝滑可解”。
而今,来自天津大学和腾讯 AI Lab 的一篇新论文 《Right Question is Already Half the Answer: Fully Unsupervised LLM Reasoning Incentivization》,则沿着这条思路,迈出了更为激进而优雅的一步。它提出了 EMPO (熵最小化策略优化),一个全程无监督的强化推理框架,其效果据报道竟能与那些依赖答案的监督方法相媲美。
这篇论文读起来异常轻松,没有任何故弄玄虚的复杂理论,却如同一缕清风,推进了无监督学习的深入。它进一步证实了我们之前的猜想:只要给模型一个“场”,系统就能自发地选择那条通往更平滑、熵减的推理路径。
春节那阵,随着鞭炮声迎来 DeepSeek R1 zero 已经够震撼了,说明机器可以自主学习,自己再生数据强化自己的智力。这个工作等于是 zero 的“平方”:机器原来还可以从问题就能学到答案。细思有点恐。无监督学习这个概念有很久了吧,继发展到自(监督)学习带来的预训练大模型风暴后,现在发展到推理这份上也是让人开眼了。
EMPO 的核心思想极其单纯:与其告诉模型“什么是对的”,不如让模型自己追求“什么是自洽的”。它认为,一个强大的推理模型,其输出应该是稳定且在语义上一致的。如何衡量这种一致性?答案是语义熵(Semantic Entropy)。
与关注词汇层面、容易受到表述方式干扰的经典香农熵不同,语义熵关注的是意义层面。EMPO 的做法是:
简单来说,EMPO 就是在鼓励模型:“在你自己的答案空间里,找到那个最‘合群’、最‘确定’的观点,并强化它!”
EMPO 的简洁优雅并不意味着它的实现毫无挑战。论文中也提到了一些关键点和发现:
<cot>
这样的显式标签来引导。一句简单的提示,如 Please resolve it step by step and put the final answer in {...}
,就足以提供一个让模型探索和优化其推理路径的伸缩“空间”。EMPO 的价值在于它捅破了一层窗户纸。它证明了,即使在完全没有外部答案的情况下,我们也能通过一个简单、优雅且内在驱动的机制,有效提升 LLM 的推理能力。这就像是提供了一波通用性极强的增强数据质量的红利——获取这份红利的唯一条件,就是只要把问题喂给系统进行强化学习(并辅以简单的聚类),就有可能获得准确率的提升。
论文标题的前半句是 “Right question is already half the answer”(好问题是答案的一半),我们可以接龙说:“the other half is embodied in LLM's internal semantic coherence” (另一半则蕴藏于 LLM 内部的语义一致性之中)。EMPO 正是通过最小化语义熵,让 LLM 在生成 CoT 和答案的过程中,更加和谐有序,从而找到那“另一半”答案。
基于这个研究的机理及其普适性,我们有理由相信,EMPO 所代表的这种极简无监督强化思路,将激发更多后续研究,去探索其边界,应用于更广泛的任务,并可能成为未来 LLM 后训练流程中的一个重要环节。
论文原文少有地亲民易懂,想进一步了解细节的同学,出门向左:https://arxiv.org/pdf/2504.05812。
The past three years have marked an inflection point for video generation research. Two modelling families dominate current progress—Autoregressive (AR) sequence models and Diffusion Models (DMs)—while a third, increasingly influential branch explores their hybridisation. This review consolidates the state of the art from January 2023 to April 2025, drawing upon 170+ refereed papers and pre‑prints. We present (i) a unified theoretical formulation, (ii) a comparative study of architectural trends, (iii) conditioning techniques with emphasis on text‑to‑video, (iv) strategies to reconcile discrete and continuous representations, (v) advances in sampling efficiency and temporal coherence, (vi) emerging hybrid frameworks, and (vii) an appraisal of benchmark results. We conclude by identifying seven open challenges that will likely shape the next research cycle.
Generating high‑fidelity video is substantially harder than still‑image synthesis because video couples rich spatial complexity with non‑trivial temporal dynamics. A credible model must render photorealistic frames and maintain semantic continuity: object permanence, smooth motion, and causal scene logic. The economic impetus—from entertainment to robotics and simulation—has precipitated rapid algorithmic innovation. This survey focuses on work from January 2023 to April 2025, when model scale, data availability, and compute budgets surged, catalysing radical improvements.
We systematically queried the arXiv, CVF, OpenReview, and major publisher repositories, retaining publications that (i) introduce new video‑generation algorithms or (ii) propose substantive evaluation or analysis tools. Grey literature from industrial labs (e.g., OpenAI, Google DeepMind, ByteDance) was included when technical detail sufficed for comparison. Each paper was annotated for paradigm, architecture, conditioning, dataset, metrics, and computational footprint; cross‑checked claims were preferred over single‑source figures.
Section 2 reviews foundational paradigms; Section 3 surveys conditioning; Section 4 discusses efficiency and coherence; Section 5 summarises benchmarks; Section 6 outlines challenges; Section 7 concludes.
Probability factorisation. Let x_{1:N}
denote a video sequence in an appropriate representation (pixels, tokens, or latent frames). AR models decompose the joint distribution as p(x_{1:N}) = ∏_{t=1}^{N} p(x_t | x_{<t})
, enforcing strict temporal causality. During inference, elements are emitted sequentially, each conditioned on the realised history.
Architectures and tokenisation. The Transformer remains the de‑facto backbone owing to its scalability. Three tokenisation regimes coexist:
Strengths. Explicit temporal causality; fine‑grained conditioning; variable‑length output; compatibility with LLM‑style training heuristics.
Weaknesses. Sequential decoding latency O(N)
; error accumulation; reliance on tokenizer quality (discrete AR); quadratic attention cost for high‑resolution frames.
Trend 1. Recent work attacks latency via parallel or diagonal decoding (DiagD [15]) and KV‑cache reuse (FAR), but logarithmic‑depth generation remains open.
Principle. Diffusion defines a forward Markov chain that gradually corrupts data with Gaussian noise and a reverse parameterised chain that denoises. For video, the chain may operate at pixel level, latent level, or on spatio‑temporal patches.
Architectural evolution. Early video DMs repurposed image U‑Nets with temporal convolutions. Two significant shifts followed:
Strengths. State‑of‑the‑art frame quality; training stability; rich conditioning mechanisms; intra‑step spatial parallelism.
Weaknesses. Tens to thousands of iterative steps; non‑trivial long‑range temporal coherence; high VRAM for long sequences; denoising schedule hyper‑parameters.
Trend 2. Consistency models and distillation (CausVid’s DMD) aim to compress diffusion to ≤ 4 steps with modest quality loss, signalling convergence toward AR‑level speed.
Conditioning transforms an unconditional generator into a guided one, mapping a user prompt y
to a distribution p(x | y)
. Below we contrast AR and diffusion approaches.
w
.Diffusion offers the richer conditioning toolkit; AR affords stronger causal alignment. Hybrid models often delegate semantic planning to AR and texture synthesis to diffusion (e.g., LanDiff [20]).
Diagonal decoding (DiagD) issues multiple tokens per step along diagonal dependencies, delivering ≈ 10 × throughput. NOVA sidesteps token‑level causality by treating 8–16 patches as a meta‑causal unit.
Consistency distillation (LCM, DMD) reduces 50 steps to ≤ 4. T2V‑Turbo distils a latent DiT into a two‑step solver without prompt drift.
Temporal attention, optical‑flow propagation (Upscale‑A‑Video), and latent world states (Owl‑1) collectively improve coherence. Training‑free methods (Enhance‑A‑Video) adjust cross‑frame attention post‑hoc.
Snapshot (April 2025). LTX‑Video leads in FID (4.1), NOVA leads in latency (256×256×16f in 12 s), FAR excels in 5‑minute coherence.
Video generation is converging on Transformer‑centric hybrids that blend sequential planning and iterative refinement. Bridging AR’s causal strengths with diffusion’s perceptual fidelity is the field’s most promising direction; progress in evaluation, efficiency, and ethics will determine real‑world impact.
Haoge Deng, et al (2024). Autoregressive Video Generation without Vector Quantization
You've probably seen them flooding your social media feeds lately – those jaw-dropping videos created entirely by Artificial Intelligence (AI). Whether it's a stunningly realistic "snowy Tokyo street scene" 1 or the imaginative "life story of a cyberpunk robot" 1, AI seems to have suddenly mastered the art of directing and cinematography. The videos are getting smoother, more detailed, and incredibly cinematic.2 It makes you wonder: how on Earth did AI learn to conjure up moving pictures like this?
The "Secret Struggle" of Making Videos
Before we dive into AI's "magic tricks," let's appreciate why creating video is so much harder than generating a static image. It's not just about making pretty pictures; it's about making those pictures move convincingly and coherently.4
Think about it: a video is a sequence of still images, or "frames." AI needs to ensure not only that each frame looks good on its own, but also that:
Because of these hurdles, different schools of thought emerged in the AI video world. Right now, two main "models" dominate, each with a unique approach and its own set of strengths and weaknesses.17
The Two Schools: Autoregressive (AR) vs. Diffusion
Imagine our AI artist wants to create a video. They have two main methods:
Let's get to know these two artistic styles.
Style 1: The Autoregressive (AR) "Sequential Storytelling" Method
The core idea of AR models is simple: predict the next thing based on everything that came before.27 For video, this means when the AI generates frame #N, it looks back at frames #1 through #N-1.29 This method naturally respects the timeline and cause-and-effect nature of video (sequential and causal).
How it Works (Simplified):
Some earlier AR models worked by first "breaking down" complex images or video frames into simpler units called "visual tokens".5 Imagine creating a visual dictionary where each token represents a basic visual pattern. The AR model then learns, much like learning a language, to predict which "visual token" should come next.5
However, this "break-and-reassemble" approach can lose fine details. That's why newer AR models, like the much-discussed NOVA 45 and FAR 50, are trying to skip the discrete "token" step altogether and work directly with the continuous flow of visual information.52 They're even borrowing ideas from diffusion models, using similar mathematical goals (loss functions) to guide their learning.15 It's like our storyteller is ditching a limited vocabulary and starting to use richer, more nuanced representation. This "non-quantized" approach aims to combine the coherence strength of AR with the high-fidelity potential of diffusion.52
AR's Pros:
AR's Cons:
Interestingly, while AR seems inherently slow, researchers are finding clever ways around it. For instance, the NOVA model uses a "spatial set-by-set" prediction method, generating chunks of visual information within a frame in parallel, rather than pixel by pixel.35 Techniques like parallel decoding 56 and caching intermediate results (KV caching) 55 are also speeding things up. Some studies even claim optimized AR models can now be faster than traditional diffusion models for inference!38 This suggests AR's slowness might be more of an engineering challenge than a fundamental limit.
Style 2: The Diffusion "Refining the Rough" Method
Diffusion models have been the stars of the image generation world and are now major players in video too.4 Their core idea is a bit counter-intuitive: first break it, then fix it.17
Imagine you have a clear video. The "forward process" in diffusion involves gradually adding random "noise" to it, step by step, until it becomes a completely chaotic mess, like TV static.29
What the AI learns is the "reverse process": starting from pure noise, it iteratively removes the noise, step by step, guided by your instructions (like a text prompt), eventually "restoring" a clear, meaningful video.29
How it Works (Simplified):
The key word for diffusion is iteration. Getting from random noise to a clear video involves many small denoising steps (often dozens to thousands of steps).29
To make this more efficient, many top models like Stable Diffusion and Sora 1 use a technique called Latent Diffusion Models (LDM).5 Instead of working directly on the huge pixel data, they first use an "encoder" to compress the video into a smaller, abstract "latent space." They do the heavy lifting (adding and removing noise) in this compact space, and then use a "decoder" to turn the result back into a full-pixel video. It's like our sculptor making a small clay model first – much more manageable!16
Architecture-wise, diffusion models often started with U-Net-like structures (CNN)15 but are increasingly adopting the powerful Transformer architecture (creating Diffusion Transformers, or DiTs) 29 as their core "sculpting" tool.
Diffusion's Pros:
Diffusion's Cons:
To tackle the slowness, researchers are in a race to speed things up. Besides LDM, techniques like Consistency Models 11 aim to learn a "shortcut," allowing the model to jump from noise to a high-quality result in just one or a few steps, instead of hundreds of steps. Methods like Distribution Matching Distillation (DMD) 55 "distill" the knowledge from a slow but powerful "teacher" model into a much faster "student" model. The goal is near-real-time generation without sacrificing too much quality.55
For coherence, improvements include adding dedicated temporal attention layers 15, using optical flow (which tracks pixel movement) to guide motion 16, or designing frameworks like Enhance-A-Video 74 or Owl-1 14 to specifically boost smoothness and consistency. It seems that after mastering static image quality, making videos move realistically and tell a coherent story is the next big frontier for diffusion models.
Which Style to Choose? Storytelling vs. Sculpting
So, which approach is "better"? It depends on what you value most.
Here's a quick comparison:
AR vs. Diffusion at a Glance
Feature | Autoregressive (AR) Models | Diffusion Models |
Core Idea | Sequential Prediction | Iterative Denoising |
Analogy | Storyteller / Sequential Painter | Sculptor / Photo Restorer |
Strength | Temporal Coherence / Flow | Visual Quality / Detail |
Weakness | Slow Sampling / Error Risk | Slow Sampling / Coherence Challenge |
If you prioritize a smooth, logical flow, especially for longer videos, AR's sequential nature might be more suitable.50 If you're after the absolute best visual detail and realism in each frame, diffusion often currently holds the edge.17 But remember, both are evolving fast and borrowing from each other.
The Best of Both Worlds: When Storytellers Meet Sculptors
Since AR and Diffusion have complementary strengths, why not combine them? 29
This is exactly what's happening, and Hybrid models are becoming a major trend.
The sheer number of models with names blending AR and Diffusion concepts (AR-Diffusion, ARDiT, DiTAR, LanDiff, MarDini, ART-V, CausVid, Transfusion, HART, etc.) 29 shows this is where much of the action is. It's less about choosing one side and more about finding the smartest way to combine their powers.
The Road Ahead: Challenges and Dreams for AI Video
Despite the incredible progress, AI video generation still has hurdles to overcome 17:
But the future possibilities are dazzling:
Achieving these dreams hinges heavily on improving efficiency. Generating long videos, enabling real-time interaction, and building complex world models all require immense computing power. Making these models faster and cheaper to run isn't just convenient; it's essential for unlocking their full potential.5 Efficiency is one key.
Conclusion: A New Era of Visual Storytelling
AI video generation is advancing at breakneck speed, constantly pushing the boundaries of what's possible.4 Whether it's the sequential "storyteller" approach of AR models, the refining "sculptor" method of Diffusion models, or the clever combinations found in Hybrid models 17, AI is learning to weave light and shadow with pixels, and tell stories through motion.
We're witnessing the dawn of a new era in visual storytelling. AI won't just change how we consume media; it will empower everyone with unprecedented creative tools. Of course, with great power comes great responsibility. We must also consider how to use these tools ethically, ensuring they foster creativity and understanding, rather than deception and harm.13
The future is unfolding frame by frame. The next AI-directed blockbuster might just start with an idea you have right now. Let's watch this space!
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0.53 复制打开抖音,看看【立委的作品】# 视频生成 # 大模型科普 # notebook... https://v.douyin.com/kUWrLBDJniQ/ [email protected] oQK:/ 08/05
最近,你一定被社交媒体上那些由人工智能(AI)创作的视频刷屏了吧?无论是“雪中的东京街景” 1,还是“机器人赛博朋克生活” 1,抑或是各种天马行空的想象,AI似乎一夜之间掌握了导演和摄像的魔法,生成的视频效果越来越逼真、流畅,甚至充满了电影感 2。这不禁让人惊叹:AI究竟是如何学会制作视频这门复杂的艺术的?
在我们揭晓AI的“神功秘籍”之前,先得理解相比于生成一张静态图片,视频的挑战要大得多。这不仅仅是画出好看的画面,更关键的是要让画面动起来,而且要动得自然、连贯 3。
想象一下,视频是由一连串的图片(称为“帧”)组成的。AI不仅要确保每一帧都清晰美观,还要保证:
正因为这些挑战,AI视频生成领域发展出了不同的技术流派。目前,最主流的有两大“门派”,它们解决问题的方式截然不同,各有千秋 4。
想象一下AI是位艺术家,要创作一段视频。现在有两种主流的创作方式:
这两种方法各有神通,也各有“脾气”。让我们分别来了解一下。
自回归模型的核心思想非常直观:预测下一帧,基于之前的视频流 4,就是AI在生成第N帧画面时,会参考前面已经生成的1到N-1帧 10。这种方式强调的是视频内在的时间顺序和因果关系(sequential and causal)。
自回归模型是怎么工作的?
早期的一些AR模型,会先把复杂的图像或视频“打碎”,编码成一种叫做“视觉词元”(visual tokens)的东西 26。你可以把它想象成给视觉世界创建了一本“词典”,每个词元代表一种视觉模式。然后,AR模型就像学习语言一样,学习预测下一个“视觉词元”应该是什么 29。
不过,这种“打碎再组合”的方式可能会丢失一些细节。因此,更新的AR模型,比如备受关注的NOVA 30 和FAR 28 等,开始尝试跳过“视觉词元”这一步,直接在连续的视觉信息上进行操作 52。它们甚至借鉴了扩散模型的一些思想,比如使用类似的数学目标来学习 29。这就像讲故事的人不再局限于有限的词汇,而是开始使用更丰富、更细腻的表示手段来描述世界。这种不依赖“量化”(quantization)词元的方式,被认为是AR模型发展的一个重要方向,旨在结合AR模型擅长的连贯性与扩散模型擅长的高保真度 30。
AR模型的“独门绝技”(优点):
AR模型的“难念的经”(缺点):
值得注意的是,虽然AR模型天生是序列化的,看起来很慢,但研究人员正在努力克服这个瓶颈。例如,NOVA模型采用了一种“空间集对集”(spatial set-by-set)的预测方式,在生成帧内画面时,不是逐个像素生成,而是并行地预测一片片的视觉信息 30。还有一些技术,比如并行解码 59 和缓存(KV caching)机制 31,都在尝试让AR模型的生成过程更快。有些研究甚至声称,经过优化的AR模型在生成速度上可以超过传统的扩散模型 36。这表明,AR模型的“慢”可能更多是一个可以通过工程和算法创新来缓解的问题,而非无法逾越的理论障碍。
扩散模型是在图像生成领域大放异彩的技术,现在也成为了视频生成的主力军 3。它的核心思想有点反直觉:先破坏,再修复 4。
想象一下,你有一段清晰的视频。扩散模型的“前向过程”(forward process)就是不断地、逐步地给这段视频添加随机的“噪声”(noise),直到它变成一片完全无序的、类似电视雪花点的状态 3。
AI学习的,则是这个过程的“逆向过程”(reverse process):从一堆纯粹的噪声开始,一步一步地、迭代地去除噪声,最终“还原”出一段清晰、有意义的视频 3。这个去噪过程是受到用户指令(比如文字描述)引导的。
扩散模型是怎么工作的?
扩散模型的关键在于迭代。从完全随机的噪声到最终的清晰视频,需要经历很多(通常是几十到几千)个小的去噪步骤 3。
为了提高效率,很多先进的扩散模型,比如Stable Diffusion、Sora等 1,采用了潜在扩散模型(Latent Diffusion Model, LDM)的技术 5。它们不是直接在像素级别的高维视频数据上进行加噪去噪,而是先用一个“编码器”将视频压缩到一个更小、更抽象的“潜在空间”(latent space),在这个低维空间里完成主要的扩散和去噪过程,最后再用一个“解码器”将结果还原和渲染成高清像素视频。这就像雕刻家先做一个小尺寸的泥塑模型来构思,而不是直接在巨大的石料上动工,大大节省了时间和精力 16。
在模型架构方面,扩散模型早期常用类似U-Net(就是CNN)的网络结构 11,后来也越来越多地采用更强大的Transformer架构(称为Diffusion Transformer, DiT) 14,这些架构充当了AI进行“雕刻”或“修复”的核心工具。
扩散模型的“看家本领”(优点):
扩散模型的“阿喀琉斯之踵”(缺点):
面对速度慢这个核心痛点,研究界掀起了一场“加速竞赛”。除了前面提到的LDM,还涌现出许多旨在减少采样步骤的技术。例如,一致性模型(Consistency Models) 19 试图学习一种“直达”路径,让模型能从噪声一步或几步就生成高质量结果。还有像分布匹配蒸馏(Distribution Matching Distillation, DMD) 34 这样的技术,通过“蒸馏”一个慢但强大的“教师”模型的知识,训练出一个快得多的“学生”模型。这些努力的目标都是在尽量不牺牲质量的前提下,让扩散模型的生成速度提升几个数量级,达到接近实时应用的水平 83。
同时,为了解决时间连贯性问题,研究者们也在不断改进扩散模型的架构和机制。比如,在模型中加入专门处理时间关系的时间注意力(temporal attention)层 11,利用光流(optical flow)信息来指导运动生成 16,或者设计像Enhance-A-Video 14 或Owl-1 24 这样的特殊模块或框架来增强视频的流畅度和一致性。这表明,在单帧画质达到较高水平后,如何让视频“动得更像样”、“故事更连贯”,已成为扩散模型发展的下一个重要关口。
了解了这两种“神功”后,我们可能会问:哪种更好?其实没有绝对的答案,它们各有侧重。
我们可以用一个简单的表格来总结一下:
AR 与 Diffusion 模型速览
特性 (Feature) | 自回归模型 (AR) | 扩散模型 (Diffusion) |
核心思想 (Core Idea) | 顺序预测 (Sequential Prediction) | 迭代去噪 (Iterative Denoising) |
形象比喻 (Analogy) | 讲故事者/连环画画家 (Storyteller/Painter) | 雕刻家/照片修复师 (Sculptor/Restorer) |
主要优势 (Key Strength) | 时间连贯性/流畅性 (Temporal Coherence) | 视觉质量/细节 (Visual Quality) |
主要劣势 (Key Weakness) | 采样慢/易出错 (Slow Sampling/Error Risk) | 采样慢/连贯性挑战 (Slow Sampling/Coherence) |
简单来说,如果你特别看重视频故事线的流畅和逻辑性,尤其是在生成很长的视频时,AR模型天生的顺序性可能更有优势 4。而如果你追求的是极致的画面细节和逼真度,扩散模型目前往往能提供更好的视觉效果 4。但正如我们看到的,这两种技术都在快速进化,互相学习,界限也变得越来越模糊。
既然AR和Diffusion各有擅长,一个自然的想法就是:能不能让它们“联手”,取长补短呢? 4
答案是肯定的,而且这正成为当前AI视频生成领域一个非常热门的趋势。许多最新的、表现优异的模型都采用了混合(Hybrid)架构,试图融合AR和Diffusion的优点。
这种融合趋势非常明显。看看研究论文列表,你会发现大量模型名称或描述中都包含了AR和Diffusion的元素(如AR-Diffusion, ARDiT, DiTAR, LanDiff, MarDini, ART-V, CausVid, Transfusion, HART等) 9。这表明,研究界普遍认为,结合两种方法的优点是克服各自局限、推动视频生成技术向前发展的关键路径。这不再是“二选一”的问题,而是如何更聪明地“合二为一”。
尽管AI视频生成技术进步神速,但距离完美还有很长的路要走。目前主要面临以下挑战 4:
尽管挑战重重,但AI视频生成的未来充满想象空间:
实现这些梦想,离不开对效率的极致追求。无论是生成长视频、实现实时交互,还是构建复杂的“世界模型”,都需要巨大的计算力。因此,不断提升模型的训练和推理效率,降低成本,不仅仅是为了方便,更是为了让这些更宏大的目标成为可能 4。可以说,效率是解锁未来的关键钥匙。
AI视频生成技术正以惊人的速度发展,不断刷新我们的认知 3。无论是像“讲故事的人”一样按部就班的自回归模型,还是像“雕刻家”一样精雕细琢的扩散模型,亦或是集两者之长的混合模型 4,它们都在努力学习如何更好地用像素编织光影,用运动讲述故事。
我们正站在一个视觉叙事新纪元的开端。AI不仅将改变我们消费内容的方式,更将赋予每个人前所未有的创作能力。当然,伴随着技术的飞速发展,我们也需要思考如何负责任地使用这些强大的工具,确保它们服务于创造、沟通和理解,而非误导和伤害 4。
未来已来,AI导演的下一部大片,或许就源自你此刻的灵感。让我们拭目以待!
近年来,深度生成模型在内容创作领域取得了显著进展,尤其是在图像和视频生成方面。目前,视频生成领域主要由两大技术范式主导:自回归(Autoregressive, AR)模型和扩散模型(Diffusion Models, DMs)。自回归模型,特别是那些借鉴了大型语言模型(LLM)成功的模型,通常将视频或图像数据转换为离散的标记(tokens),然后按顺序预测下一个标记,从而生成内容 1。这种方法天然地契合了序列数据的因果依赖性。扩散模型则采用不同的策略,它们从随机噪声开始,通过一个学习到的去噪过程逐步迭代地生成清晰的数据 9。扩散模型在生成高保真度图像和视频方面表现出色,但其迭代采样过程通常较慢,且对于长序列的严格时间一致性建模可能不如AR模型直接 5。为了结合两者的优点,混合模型也应运而生 28。
传统的视觉自回归模型广泛依赖向量量化(Vector Quantization, VQ)技术,例如VQ-VAE或VQGAN 1。VQ将连续的视觉特征(通常来自VAE编码器)映射到一个离散的码本(codebook)索引空间,生成一系列离散标记。这种离散化使得模型可以借鉴LLM中成熟的基于Transformer的架构和交叉熵损失函数进行训练和预测。然而,VQ引入了固有的局限性:首先,量化过程是有损的,会丢失原始视觉信号中的细节信息,导致生成结果模糊或缺乏精细纹理 1;其次,训练VQ层可能不稳定,面临码本崩溃(codebook collapse)等优化难题 32;最后,离散码本的大小与表示能力之间存在权衡,小的码本无法捕捉足够的细节,而大的码本会增加后续自回归建模的复杂度 32。
为了克服VQ的限制,同时保留AR模型的优势(如良好的因果建模能力和潜在的上下文学习能力),研究界开始探索直接在连续或非量化空间中进行自回归建模的方法 27。这些非量化自回归(Non-Quantized Autoregressive, NQ-AR)方法旨在避免离散化带来的信息损失,直接对连续的视觉特征进行预测。相关工作如MAR(Masked AutoRegressive)33 和FAR(Frame AutoRegressive)31 均属于这一新兴趋势。
由北京智源人工智能研究院(BAAI)提出的NOVA(NOn-Quantized Video Autoregressive Model)模型,是NQ-AR范式在视频生成领域的一个代表性工作 28。NOVA的核心思想是重新定义视频生成问题,将其表述为一种结合了时间上逐帧因果预测和空间上逐集双向预测的非量化自回归建模过程 28。
本报告旨在对NOVA模型的NQ-AR技术路线进行深入的技术分析。我们将详细剖析其如何在没有向量量化的情况下实现自回归预测,特别是其独特的预测机制和时空建模方式。同时,我们将基于现有研究资料,评估该方法的前景、可行性及其面临的主要挑战,并探讨其与传统量化AR模型和扩散模型的异同与优劣。本报告分析仅限于BAAI提出的NOVA模型,不涉及同名的Amazon Nova模型系列。
NOVA模型最根本的创新在于它完全摒弃了传统视觉AR模型中常用的向量量化步骤 28。它不再将连续的视觉特征映射到离散的码本索引,而是直接在连续值的潜在空间中进行操作。这些连续特征很可能由一个预训练的VAE(变分自编码器)的编码器产生,但省略了最后的量化层 26。通过直接处理连续表示,NOVA旨在保留比离散标记更丰富的视觉细节信息,从而提升生成质量 32。
VAE编码器的主要作用是将输入数据(例如图像或视频帧)压缩到一个低维度的潜在空间(latent space)中。可以将其理解为一个“信息压缩器”: 1.输入: 接收高维度的原始数据,比如一张图像的所有像素; 2.处理: 通过一系列神经网络层(对于图像通常是卷积层)逐步提取特征并降低数据的维度; 3. 输出: 与标准自编码器不同,VAE编码器输出的不是潜在空间中的一个确切点,而是该空间中一个概率分布的参数(通常是高斯分布的均值和方差)。这意味着编码器学习到的是输入数据在潜在空间中的一个概率区域,而不是一个固定的编码。这个经过编码的、概率性的低维表示(潜在变量)旨在捕捉输入数据的核心特征和本质信息。随后,VAE的解码器部分会利用从这个潜在分布中采样得到的点来重构原始数据或生成新的、相似的数据 。在很多现代生成模型(如潜在扩散模型 LDM)中,VAE编码器被用来高效地将高维视觉数据转换到计算成本更低的潜在空间,以便后续的生成处理(如扩散去噪)。
为了在连续空间中进行有效的自回归预测,NOVA采用了一种新颖的目标函数:扩散损失(Diffusion Loss) 。具体而言,给定NOVA模型在某个自回归步骤的预测上下文 (z_n ),其目标是预测下一个(或当前集合中的)连续值视觉标记 ( x_n )。NOVA并不直接预测 ( x_n ) 的值或其概率密度,而是借鉴了扩散模型的训练范式。它首先通过向真实的 ( x_n ) 添加高斯噪声 ( \epsilon \sim \mathcal{N}(0, I) ) 来生成一个在时间步 ( t ) 的带噪版本 ,其中
是预定义的噪声调度。然后,模型训练一个噪声预测器 (εθ)(通常由多层感知机MLP实现),使其能够根据带噪标记 xₙᵗ、时间步 t 以及自回归上下文 zₙ 来估计所添加的噪声 ε。训练的目标是最小化预测噪声与真实噪声之间的L2距离 :
这个目标函数与标准扩散模型中用于训练去噪网络的损失函数形式一致12。
这种设计体现了一种巧妙的思路:NOVA并非一个完整的扩散模型(它不从纯噪声开始迭代去噪生成整个视频),而是将扩散模型的训练目标嵌入到了自回归框架中。传统的AR模型需要对条件概率 p(xₙ|context) 进行建模。对于离散的 xₙ,这通常通过在词汇表上应用Softmax来实现。对于连续的 xₙ,直接建模概率密度函数非常困难。扩散模型通过学习预测噪声 ε 来间接学习条件概率 p(xₜ₋₁|xₜ )。NOVA借鉴了这一点:给定AR上下文 zₙ,它学习预测将目标标记 xₙ 的带噪版本去噪所需的噪声 ( \epsilon )。这个过程隐式地定义了条件概率分布 p(xₙ | zₙ) ,既避免了VQ离散化,也绕开了直接对连续空间概率密度进行估计的复杂性,同时利用了扩散模型训练的鲁棒性 。本质上,扩散损失在这里充当了一种在连续空间中进行稳健概率预测的机制。
在时间维度上,NOVA严格遵循自回归范式,即逐帧生成视频 28。这意味着对第 ( f ) 帧的预测仅依赖于之前的 ( f-1 ) 帧以及外部条件(如文本提示)。这种设计确保了生成过程的因果性,这对于建模视频中随时间演变的动态至关重要,并且与GPT等语言模型的生成方式保持一致 28。实现上,这可能通过在Transformer模型的时间注意力层中使用块状因果掩码(block-wise causal masking)来完成 26。就是说,因果限制是施加在帧这个“块”级别上的,同时允许帧内的信息可以相互参考(非因果)。在技术实现上,这意味着注意力掩码是根据帧的边界来构建的,而不是简单地作用于一个被完全展平成一维序列的所有视觉标记。
与时间上的严格因果性不同,NOVA在处理单帧内部的空间信息时采用了更灵活高效的方式,即空间逐集预测(spatial set-by-set prediction)。
NOVA不采用传统的逐像素或逐标记的光栅扫描(raster scan)顺序(通常是自左向右,自上而下)来预测帧内内容(光栅扫描是传统的序列化处理方式,想象一下老式电视机显像管扫描屏幕的方式)。相反,它将一帧内的空间标记划分为多个“集合”(sets),这些集合被视为元因果标记(meta causal tokens)28。每一帧可以看作是一个元(Meta)级别的单元标记,帧之间存在因果关系。具体的集合定义和采样方式在现有资料中未完全详述,但核心思想是将空间预测的基本单位从单个标记提升到标记集合(帧)。
在一帧内部,这些空间标记集合的预测顺序是随机的,而非固定的序列顺序 27。为了预测某个被遮蔽(masked)的标记集合,模型采用双向注意力机制(bidirectional attention),使其能够同时关注到该帧内所有未被遮蔽的(即已预测或已知的)标记集合,以及来自时间维度的上下文信息 28。这种方式类似于BERT或掩码自编码器(Masked Autoencoders)中的做法,旨在利用双向上下文信息来高效、并行地建模丰富的空间关系。
为了有效地将时间上下文信息(来自前一帧或多帧的指示特征)注入到当前帧的空间预测过程中,并解决直接使用相邻帧特征可能导致的视频流畅度不一致和伪影问题,NOVA引入了一种缩放与移位层归一化(Scale & Shift LayerNorm)技术 28。该技术旨在通过学习帧间分布的相对变化来重新表述跨帧运动变化。具体操作如下:
Scale & Shift LayerNorm 技术解说如下。 假设正在手绘一本翻页动画书,每一页(帧)的图案需要和前页连贯。但直接描摹前一页图案会导致两个问题: 1. 动作僵硬:如果前一页的人像手臂抬到30度,直接沿袭会导致下一页手臂突然跳到60度,动作显得不连贯。 2. 误差累积:如果某页画歪了,后续所有页都会越来越歪。 这时,NOVA的 Scale & Shift LayerNorm 就相当于一个“智能动作调节器”,它的工作原理如下。核心三步:观察-调整-绘制 1. 观察前文的动作趋势(时间层学习γ和β,对象动作或位置变化的两大参数) - 模型先看前几页的翻动规律:比如手臂每次上抬角度增加约5度,衣服褶皱变化幅度等。 - γ(缩放参数):代表动作变化的幅度(例如角度变化的快慢)。 - β(移位参数):代表动作变化的方向(例如向上抬还是向下摆)。 2. 提取关键锚点(BOV注意力处理) - 圈出关键部位或对象(如手臂、衣角)作为**锚点**,这些部位的变化对整体动作影响最大。 - 对这些锚点做“归一化”:相当于把它们的尺寸和位置统一到标准坐标系,方便比较变化趋势。 3. 动态调整当前页绘制(仿射变换生成指示特征) - 根据学到的γ和β,调整当前页的绘制: - γ=1.2:表示这一页手臂抬升速度要比前一页快20%。 - β=+0.3:表示衣角飘动方向要向右多偏转30%。 - 模型不再直接沿袭前一页的图案,而是按这个动态规则趋势绘制,保证动作流畅自然。 技术优势:像老司机开车一样丝滑 1. 抗干扰性: 即使某一页画歪了(噪声干扰),γ和β会根据“整体趋势”自动修正后续动作,避免误差滚雪球。 - 实际效果:视频中快速移动的物体(如飞鸟)不会出现残影/伪影。 2. 自适应运动: γ和β动态调整,能捕捉加速/减速等非线性变化。 - 案例:人物转身时,头发飘动速度会逐渐变快再变慢。 3. 训练稳定性: 第一页(视频首帧)强制γ=1、β=0,相当于给模型一个**确定起点**,避免初期乱画。 - 类比:学自行车时先扶正车头再开始骑。 真实世界效果示例 - 场景1:水波纹扩散 传统方法:波纹逐帧放大,但边界出现锯齿。 NOVA:通过γ控制波纹扩散速度,β调整波峰高度,实现平滑渐变。 - 场景2:人物行走 传统方法:腿部运动卡顿如机器人。 NOVA:γ和β动态调整步幅和频率,实现自然摆动。 总结:像给视频加了智能缓冲器 Scale & Shift LayerNorm 的本质是让模型学会动态趋势,而不是相邻帧沿袭。就像老司机开车时不会死死盯着前车,而是根据车速差动态调整油门和刹车,最终让整个车流(视频帧)保持丝滑流动。这种设计既保留了自回归的严格因果性,又赋予了模型动态适应的灵活性。
NOVA采用的混合注意力策略——时间上因果,空间上双向——体现了其设计哲学。纯粹的空间AR(如光栅扫描)速度慢且难以捕捉长距离空间依赖。标准扩散模型缺乏固有的时间因果性。NOVA将问题分解:在帧间保持严格的因果关系,以确保时间连贯性和长期依赖建模;在帧内则利用随机顺序的集合预测和双向注意力,实现高效、强大的空间上下文建模 28。随机顺序的引入迫使模型学习更鲁棒的空间表征,而不是简单地沿袭相邻标记。
同时,Scale & Shift LayerNorm机制是连接时间和空间预测步骤的关键桥梁。在AR模型中,直接将前一帧的特征输入到下一帧的预测中,容易导致误差累积放大。Scale & Shift机制试图通过学习基于时间上下文的自适应归一化参数(γ,β)来更稳健地建模帧间的变化或流动,而不是简单地拼接或相加特征。这种相对建模方式可能在生成较长序列时更为稳定 28。
NOVA模型在多个基准测试中展现了其非量化自回归路线的潜力,尤其是在效率和速度方面具有显著优势,同时保持了有竞争力的生成质量。
文本到图像(T2I)性能: NOVA 在T2I任务上表现出色。例如,在GenEval基准上,使用重写器(rewriter)的NOVA模型取得了0.72至0.75的领先分数;在T2I-CompBench上得分83.02;在DPG-Bench上得分75.80 28。这些结果优于之前的扩散模型,如Stable Diffusion v1/v2/XL 26。值得注意的是,NOVA取得这些成绩的模型参数量相对较小(如0.6B),且训练成本显著低于某些竞争对手 28。这表明NQ-AR路线在T2I任务上具有很高的效率和潜力。
文本到视频(T2V)性能: 在核心的T2V任务上,NOVA同样表现出竞争力。其在VBench基准上的得分(如75.84或使用重写器后的80.12)与当时的SOTA自回归模型Emu3(80.96)相当,甚至优于OpenSora(75.66)28。考虑到NOVA的模型规模(0.6B)远小于Emu3(8B),这进一步凸显了其效率优势 27。与之前的量化AR模型(如CogVideo, 9B参数)相比,NOVA在VBench各项指标上均显著胜出 27。其性能也与同等规模的扩散模型相当 27。
推理速度与效率: 推理速度是NOVA相较于扩散模型的主要优势之一。报告指出,生成一个33帧的视频大约需要12秒,而一些扩散模型可能需要50秒以上 28。在单块NVIDIA A100-40G GPU上,以24的批处理大小(batch size)运行时,处理速度可达2.75 FPS 27。虽然AR模型本身需要逐帧生成,但其每一步的计算量可能远小于扩散模型的单步去噪,且NOVA的空间逐集预测比传统的光栅扫描AR更并行化。相比之下,传统VQ-AR模型逐标记生成可能非常缓慢 5,而扩散模型虽然可以通过一致性模型 50 或蒸馏 5 等技术加速,但NOVA的AR特性使其在推理速度上具有天然潜力。
性能对比表: 为了更直观地展示NOVA的性能定位,下表总结了其与相关模型的关键指标对比(部分数据来自文献,可能存在基准或设置差异):
模型名称 | 范式 | 参数量 (B) | T2I GenEval | T2V VBench | 推理速度 (示例) | 训练成本 (GPU天) | 关键文献参考 |
NOVA (T2I) | NQ-AR | 0.6 | 0.75 (w/ rw) | N/A | - | ~127 | 28 |
NOVA (T2V) | NQ-AR | 0.6 | (0.68) | 80.12 (w/ rw) | ~12s / 33帧 (2.75 FPS) | (T2I + T2V) | 28 |
SDXL | Diffusion | 2.6 (base) | ~0.68 | N/A | 较慢 (迭代采样) | N/A | 27 |
PixArt-α | Diffusion | N/A | N/A | N/A | 较慢 (迭代采样) | ~753 | 27 |
Emu3 | VQ-AR (?) | 8.0 | N/A | 80.96 | N/A | N/A | 27 |
CogVideo | VQ-AR | 9.0 | N/A | 较低 | 慢 (逐标记) | N/A | 27 |
MAGVIT-v2 (LM) | VQ-AR (MLM) | 0.3 | FID 1.91 | FVD 5.2 | 12-64步 (MLM) | N/A | 1 |
CausVid (4-step) | AR-Distill | N/A | N/A | 84.27 | 9.4 FPS (流式) | (蒸馏) | 5 |
*注:N/A表示数据不可用或不适用。分数可能因基准版本、设置和是否使用重写器而异。推理速度和训练成本仅为参考值。*
NOVA的实践表明,自回归建模并不必然要求离散化。通过将传统的离散预测头(如Softmax)替换为一个能够处理连续值的预测头(如基于扩散损失的噪声预测器),可以在保持AR模型因果结构的同时,利用更丰富的连续潜在空间的优势。AR模型的核心在于条件概率 ( p(x_t | x_{<t}) )。传统上 ( x_t ) 是离散的。NOVA证明了 ( x_t ) 可以是连续的。其挑战在于如何对条件概率 (p(连续 x_t | context)) 进行建模。NOVA的解决方案是采用扩散启发的训练目标:学习一个函数 (ε_θ),该函数能在给定上下文的条件下,预测目标 ( x_t ) 的带噪版本中的噪声。这个函数隐式地定义了所需的条件分布(p(x_t | context)),且无需离散化,从而成功地将AR的序列性与连续表示结合起来 27。
NOVA模型提出了一种新颖的非量化自回归(NQ-AR)视频生成方法,其核心在于结合了时间上的逐帧因果预测、空间上的逐集双向预测,并采用了连续空间中的扩散损失作为预测目标 28。研究表明,NOVA在保持较小模型规模的同时,展现出卓越的效率(推理速度快、训练成本相对较低),在文本到图像和文本到视频任务上取得了具有竞争力的生成质量,并具备良好的零样本泛化能力 28。它成功地绕过了传统VQ-AR模型的量化瓶颈,同时在速度和灵活性方面优于许多扩散模型。
然而,NQ-AR路线也面临固有的挑战,包括在连续空间中建模的稳定性问题、视觉自回归模型典型的误差累积风险、以及在处理超长视频序列时的可扩展性瓶颈 28。
NOVA的探索为非量化自回归视觉生成开辟了新的可能性,未来的研究可以从以下几个方面深入:
总而言之,以NOVA为代表的非量化自回归技术路线为视频生成提供了一个富有前景的新方向,它在效率、速度和灵活性方面展现出独特优势。克服其固有挑战并进一步探索其潜力,将是未来生成模型研究的重要议题。
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[74] SimpleAR: Pushing the Frontier of Autoregressive Visual Generation through Pretraining, SFT, and RL - arXiv, accessed on April 28, 2025, https://arxiv.org/html/2504.11455
[75] [2412.18688] Video Is Worth a Thousand Images: Exploring the Latest Trends in Long Video Generation - arXiv, accessed on April 28, 2025, https://arxiv.org/abs/2412.18688
视频数据本身具有内在的复杂性,它不仅包含丰富的空间细节,还蕴含着动态的时间信息。视频生成任务的目标是合成一系列帧,这些帧不仅在单帧视觉上要逼真,而且在时间维度上需要保持连贯性,确保物体外观一致且运动平滑自然 [1]。近年来,随着短视频娱乐、模拟仿真、内容创作以及人工智能驱动决策等领域对可控视频合成需求的日益增长,视频生成技术受到了广泛关注 [4]。
在生成模型中,自回归(Autoregressive, AR)模型和扩散(Diffusion)模型已成为视频生成领域的两大范式。AR模型借鉴了其在自然语言处理(NLP)领域的巨大成功,把序列预测的方式应用于视觉数据 [6]。扩散模型则作为一种默认方案,在图像生成领域取得了当前最佳(State-of-the-Art, SOTA)效果 [8],并迅速应用于视频生成任务 [4]。这两种范式之间存在一个核心的张力:AR模型天然适合处理序列数据,而扩散模型在生成质量上表现突出,这导致它们具有各自的优势和劣势 [8]。
本报告旨在对近期(2023-2025年)视频生成领域中AR模型、扩散模型以及混合模型的研究进展进行比较分析。报告将重点探讨以下关键方面:核心原理、模型架构、条件控制(特别是文本到视频)、离散与连续表示的桥接、效率与连贯性的权衡、混合模型的设计、基准测试表现、当前面临的挑战以及未来的发展趋势,并参考了Google Veo、OpenAI Sora等具体模型实例。分析将主要依据顶级会议(如CVPR, NeurIPS, ICML, ICLR)的最新论文和相关预印本 [1]。
核心原理:序列预测
AR模型的基本原理是通过条件概率对数据序列进行建模[6]:
生成过程是逐元素(像素、图像块或token)进行的,每个元素的生成都以先前已生成的元素为条件。这种方法强调了内在的因果性——生成只依赖于过去,这使其天然适用于处理像视频这样的时序数据 [6]。
VQ-VAE (Vector Quantized Variational Autoencoder) 和 VQGAN (Vector Quantized Generative Adversarial Network) 都是视觉令牌化器 (visual tokenizers) 。它们的核心作用是将连续的视觉数据(如图像或视频帧)压缩并转换成离散的元素 (discrete tokens) 序列 。这使得强大的序列模型(如自回归模型中常用的 Transformer)能够像处理文本一样处理和生成视觉内容 。它们通常包含一个编码器将图像/帧压缩到潜在空间,然后通过矢量量化 (Vector Quantization) 步骤,将潜在空间中的向量映射到码本 (codebook,类似于词典) 中最接近的条目 。之后,解码器再根据这些离散tokens重构出图像/帧。这种离散化的表示简化了后续的生成建模(例如可以使用标准的交叉熵损失进行训练),但也面临挑战,即将连续的视觉特征强制映射到有限的离散tokens集合中的“量化”过程,可能会丢失细节信息,从而影响最终生成图像或视频的质量。
新兴的非量化AR方法,如NOVA模型,旨在绕过这个离散token化步骤,直接在连续的数据表示上进行自回归建模:1.保留时间上的自回归性:NOVA像传统的AR模型一样,在时间维度上是自回归的,即逐帧预测。它根据已经生成的前一帧来预测当前帧,保持了生成过程的因果性(只依赖过去信息)。2.空间上的并行/集合预测:在生成单帧内部的空间细节时,NOVA采用了不同的策略。它不是像早期AR模型那样逐像素或逐块预测,而是引入了一种“集合预测”(set-by-set prediction)的方式,并利用了双向建模(bidirectional modeling)。这意味着在预测帧内某个区域时,模型可以同时考虑该区域周围的其他空间信息,这类似于掩码语言模型BERT或扩散模型在处理空间信息时的思路,但关键在于NOVA是在连续表示上执行此操作,没有进行离散量化 。3.避免离散令牌化:通过这种“时间上自回归,空间内双向”的混合策略,NOVA可以直接对连续的视频数据(或其连续的潜在表示)进行建模,完全避免了将视频转换为离散tokens的步骤 。
LFQ 的底层原理。解决了传统向量量化(VQ)的痛点。 传统的VQ是这样工作的: 1. 有一个预先定义好的字典(码本),里面包含数量有限的条目(比如8000个)。每个条目本身就是一个高维向量 embedding(“嵌入向量”,好比词典的词条),代表一种典型的视觉模式。 2. 查词典(Lookup ):为了量化特征向量,需要将它与字典中的每一个条目进行比较,找出数学上最接近的那一个 。 3. Token:最终得到的“token”不是那个复杂的字典条目本身,而只是它在字典中的索引号(例如,8000个条目中的第5231号)。 瓶颈:在字典中存储成千上万个这样的复杂嵌入向量,并在其中进行搜索(即“查找匹配”过程),计算成本非常高。这限制了字典(码本)实际能做得多大。而小字典意味着你可能不得不把看起来很不一样的图像块强制映射到同一个token上,从而丢失细节。 LFQ的“简化表示”从根本上改变了“字典”的结构和使用方式: 1. 不再需要复杂的高维向量字典条目:LFQ完全摆脱了在其码本中存储复杂嵌入向量的需求。 每个维度上的简单选择:只从一小组预定义的简单值中做出选择,可以简单到二值(+1或-1)。举例(MAGVIT-v2的二进制情况) :假设编码器输出的连续特征向量有18个维度:[f1, f2, f3,..., f18]
。对于每一个维度fi
,LFQ只做简单的判断:fi
是更接近 -1 还是 +1?“量化”后的表示不再是一个单一的索引号,它变成了跨所有维度的这些简单选择的序列。例如,它可能变成[+1, -1, +1, +1, -1,..., +1]
。 为什么这种简化很强大? 1. 消除了查找瓶颈:计算成本高昂的查找步骤消失了。 2. 支持巨大的词汇表:如果有d
个维度,每个维度可以取k
个简单值(在MAGVIT-v2的例子中,k=2
),那么就有k^d
种可能的组合。对于d=18
和k=2
的MAGVIT-v2,这意味着有 2^18 ≈ 262,000 个可能的唯一tokens! 这远超VQ中典型的几千个词汇量。 捕捉更多细节:这个巨大的有效词汇表意味着量化过程能够以更高的保真度表示原始视觉信息。输入特征中的细微差异不太可能被压缩到同一个token中,从而保留了更多细节,并带来了更好的重建和生成质量,正如MAGVIT-v2所展示的那样 。 本质上,LFQ通过简化码本内部的表示(从复杂向量简化为每个维度上的简单选择)来消除查找过程,这反而允许了一个规模大得多、表达能力更强的整体离散tokens集合。简化的代价与补偿:二进制LFQ每维仅1bit,传统VQ(K=1024)每向量约10bit。补偿机制:- 视频帧间相似性可恢复部分信息;通过上下文模型压缩符号序列。
AR视觉模型的性能提升轨迹似乎与视觉token化和表示学习的进展紧密相关。如果token化技术能够克服信息损失和效率问题(如MAGVIT-v2 [18] 和NOVA [20] 所展示的潜力),AR模型可能会变得极具竞争力,它们可以利用成熟的Transformer架构,并可能更直接地受益于LLM的缩放法则 [6]。AR模型的核心在于将连续的视觉数据转换为序列。早期的基于像素或token的方法面临局限性 [6]。MAGVIT-v2的结果 [18] 表明,改进token化步骤(LFQ,更大的词汇表)可以直接转化为性能提升,甚至在基准测试中超越扩散模型。NOVA [20] 则完全绕过了离散tokens。这表明AR核心机制本身是强大的,但其视觉接口(tokenizer)一直是主要的瓶颈。克服这个瓶颈可能会释放巨大的潜力。 此外,AR模型的串行特性虽然导致速度较慢,但为交互式应用和流式生成提供了一个自然的框架。如果上下文窗口和推理速度能够得到充分提升,这可能成为其相对于通常进行批量生成的扩散模型的一个优势 [15]。AR模型逐元素生成。像CausVid这样的模型 [15] 明确利用了这一点,通过将扩散模型改造为因果/AR形式,实现了低延迟的流式生成(例如,初始延迟后达到9.4 FPS [15])。
核心原理:迭代去噪。扩散模型包含两个过程 [4]:
1) 前向过程:逐步向原始数据 x₀添加噪声(通常是高斯噪声),经过 t 步到达一个简单的先验分布(纯噪声)xₜ 。
2) 反向过程:常见的形式包括DDPM(预测噪声) 和基于分数的模型(预测分数函数 ∇logp(x)。
扩散模型内部从U-Net向Transformer(DiT)的架构转变,标志着一种趋同,即借鉴Transformer在其他领域(如NLP/AR模型)展示出的缩放特性和架构灵活性。这为跨生成范式的统一架构铺平了道路。早期扩散模型使用U-Net [4]。而近期备受瞩目的模型,如Sora [5]、Latte [36]、GenTron [33] 和 LTX-Video [38],都明确采用了DiT架构。其理由通常是可扩展性和灵活性 [33]。这与Transformer在AR模型中的主导地位相呼应 [6]。采用共同的骨干架构有助于技术(如注意力机制、条件注入方法)的交叉借鉴,并可能利用相似的缩放研究成果。
潜在扩散模型(LDM)代表了一种关键的实践性折衷,通过牺牲一些理论上的纯粹性(直接在像素上扩散)换取了计算效率的大幅提升,从而使高分辨率视频生成变得可行。然而,这也引入了潜在的质量下降(VAE伪影、细节损失),需要采取措施进行缓解。像素空间的扩散计算成本高昂 [37]。LDM通过在压缩的潜在空间中操作来解决这个问题 [4]。像LTX-Video [38] 这样的模型通过极高的压缩率(1:192)来追求速度,但也明确指出了细节表示的挑战并提出了解决方案(VAE解码器也参与去噪)。Sora [5] 和MovieGen也使用潜在扩散。这突出表明,由LDM驱动的效率是当前大规模视频模型的关键推动因素,尽管可能存在权衡 [34]。
与标准AR模型主要基于序列前缀/注意力的条件控制相比,扩散模型提供了更多样化的条件控制工具集(CFG、交叉注意力、适配器、输入拼接、AdaLN)。这种灵活性或许解释了扩散模型目前在超越简单文本提示的可控生成任务中的领先地位。文献描述了多种专用于扩散模型的不同条件机制:CFG [9]、交叉注意力 [5]、适配器/ControlNets [31]、输入拼接 [34] 和AdaLN调制 [9]。对于AR模型,讨论的主要机制是通过序列输入(文本前缀、图像前缀)和因果注意力进行条件控制 [8]。虽然有效,但这似乎不如扩散模型的工具集多样化,后者允许在不同的架构点和生成阶段注入控制。这表明扩散架构可能天生更适应多样化的控制信号。
混合模型的兴起,特别是那些明确区分语义/结构生成(通常类似AR)与细节/纹理合成(通常类似Diffusion)的模型,表明人们逐渐认识到不同的生成范式在视频生成过程的不同抽象层次上各有优势。LanDiff [12] 明确使用LLM(AR)处理高级语义token,并使用扩散模型处理低级细节。ARCON [28] 交替生成语义和RGB token。这种分工利用了AR在序列化、高级规划方面的优势,以及扩散在像素级细节和质量方面的优势,承认了每种范式单独用于完成整个任务时的局限性。
如第2.2节所述,标准(高斯)扩散模型天然在连续空间中操作。LDM使用VAE将视频映射到连续潜在空间,并在该空间进行扩散 [4]。DiT在连续的潜在块上操作 [4]。
对视觉/多模态任务探索离散扩散 [55],直接挑战了连续扩散天生优于处理感知数据的观点。这方面的成功可能为模型开辟一条道路,使其既能受益于扩散模型灵活的生成过程(例如,修复、迭代细化),又能操作于大型Transformer架构可能偏好的离散token上。标准扩散使用高斯噪声 [4]。离散扩散(D3PM/Masked)是专门为离散数据设计的 [55]。虽然AR模型传统上使用离散token [7],但离散扩散提供了一种不同的方式来建模这些token,可能避免AR的误差累积和串行瓶颈 [55]。UniDisc [56] 展示了一个统一的离散扩散模型用于文本和图像,表明除了AR之外,基于token的多模态生成是可行的。
像TokenBridge [19] 这样的方法以及AR-Diffusion [1] 的结构发展表明,存在一种将表示学习(连续VAE/特征)与生成建模过程(可以是离散AR或受约束的扩散)解耦的趋势。这种模块化可以允许利用强大的连续表示,同时使用更简单或更结构化的生成过程。TokenBridge [19] 明确地将连续VAE训练与用于AR建模的后置量化分开。AR-Diffusion [1] 首先使用AR-VAE获取连续潜变量,然后对这些潜变量应用受约束的扩散过程。这种分离与端到端的离散 tokenizer(如VQ-VAE 7)或端到端的连续扩散 [33] 形成对比。这种模块化表明了一种设计原则,即将连续表示学习的优势与不同生成框架(AR、离散扩散、受约束的连续扩散)所期望的属性(简单性、结构性、可控性)相结合。
效率提升方面存在着平行的竞争:AR模型专注于并行化固有的串行过程(例如DiagD [25]),而扩散模型则专注于大幅减少迭代次数(例如一致性模型 [70])。两者都在借鉴对方的思路(AR使用类似扩散的目标函数 [21],扩散使用AR结构 [15])。AR的瓶颈在于串行解码 [15]。像DiagD [25] 这样的解决方案通过并行化直接解决这个问题。扩散模型的瓶颈在于步骤数量 [15]。像一致性模型 [70] 这样的解决方案通过减少步骤解决这个问题。CausVid [15] 展示了这种借鉴:将扩散模型改造为AR并且使用一致性蒸馏。FAR [21] 则展示了AR借鉴类似扩散的目标函数。这表明,为了克服各自范式的主要效率瓶颈,研究人员正在积极、并行地努力,并常常采用对方的结构或目标函数思想。
实现长期时间连贯性,尤其是在自回归扩散方法中,研究重点正从简单的最后一帧条件控制转向更复杂的状态管理或上下文机制(例如,Owl-1的潜在世界状态 [14],FAR的长短期上下文 [67],ViD-GPT的帧提示 [78])。这反映出模型需要维持对场景的持久理解,超越直接的历史信息。简单的基于最后几帧的AR条件控制被指出会导致长期不一致 [14]。像Owl-1 [14] 这样的模型明确提出用潜在状态来提供持久的上下文。FAR [67] 设计了特定的长/短期上下文窗口。ViD-GPT [78] 使用所有先前的帧作为提示。这些方法超越了短视的条件控制,表明维持对视频状态更丰富、更长期的表示对于扩展生成中的连贯性至关重要。
混合模型的多样性(AR-Diffusion, LanDiff, CausVid, FAR 等)表明,并没有一种“最佳”方式来结合AR和扩散。最优的混合策略似乎高度依赖于要解决的具体问题(例如,速度、连贯性、质量、控制)。AR-Diffusion [1] 解决训练-推理不匹配和灵活性问题。LanDiff [12] 解决语义控制与细节的问题。CausVid [15] 解决延迟/交互性问题。FAR [21] 解决长上下文建模问题。每种方法都根据其目标采用了不同的AR/扩散原理组合。这种多样性表明,未来可能会出现针对特定任务的专门化混合架构,而不是一刀切的解决方案。
混合模型的趋势表明,“AR”和“Diffusion”模型之间的界限可能会变得模糊,从而产生统一的生成框架,融合序列预测和迭代细化的元素。像Transfusion [7] 这样的模型使用共享组件。FAR [21] 在AR结构中使用类似扩散的目标函数。CausVid [15] 使扩散模型表现出自回归行为。离散扩散 [55] 提供了非AR的序列生成方式。这种核心机制的融合指向了未来的模型可能不再严格属于任一类别,而是在一个单一、可能更强大的框架内利用两者的技术。
下表总结了近期部分代表性视频生成模型的关键信息和性能指标,以便进行比较。
模型名称 | 范式 (AR/Diffusion/Hybrid) | 年份/会议 | 关键架构/特征 | 条件控制 | 指标, 分数, 数据集 | 速度/延迟 | 时间连贯性 |
Phenaki | AR | 2022 (ArXiv) | Tokenizer (Causal Attn), Bidirectional Masked Transformer | Text (Time-variable) | K600 FVD: 36.4±0.2 [22] | 采样慢 (AR固有) | 强 (AR固有) |
Veo / Veo 2 | Diffusion (LDM likely) | 2024/2025 (Google) | 未公开细节, DiT可能 | Text, Image | Veo2 SOTA (2025) | 几分钟生成8s视频 (720p) | 高分辨率 (1080p), 电影级真实感 [51] |
Sora | Diffusion (LDM, DiT) | 2024 (OpenAI) | Spacetime Patches, Latent Diffusion Transformer | Text, Image | 未公开标准基准 (展示样例为主) | 未公开 | 复杂场景, 多角色, 物理模拟 (有失败案例) [52] |
MAGVIT-v2 (LM) | AR (MLM) | 2023 (ICLR 2024) | LFQ Tokenizer, Masked LM | Text (implied), Class | ImageNet 512 FID: 1.91 (w/ guidance) [18]; K600 FVD: 5.2±0.2 [18]; UCF101 FVD: 4.3±0.1 | 快 (12-64步) | 优于先前AR/Diffusion [18] |
AR-Diffusion | Hybrid (AR+Diffusion) | 2025 (CVPR) | AR-VAE, Asynchronous Diffusion, Non-decreasing Timesteps, Causal Attention | Implicit (Video Prediction) | FaceForensics FVD: 111.2; UCF-101 FVD: (优于先前异步扩散60.1%) | 灵活的AD调度器 | 减少误差累积, 灵活长度 [2] |
CausVid | Hybrid (AR from Diffusion) | 2025 (ArXiv) | Causal Diffusion Transformer, DMD Distillation (50->4 steps), KV Caching | Text, Image (zero-shot) | VBench-Long: 84.27 | 初始延迟1.3s, 后续9.4 FPS | 减轻误差累积, 支持长视频 [15] |
LTX-Video | Diffusion (LDM, DiT) | 2025 (ArXiv) | 高压缩VAE (1:192), VAE参与去噪, Full Spatiotemporal Attention | Text, Image (joint training) | 未列出标准基准, 声称优于同规模模型 | 极快 (5s 768x512视频 in 2s on H100) | 高分辨率, 时间一致性 [38] |
Latte | Diffusion (LDM, DiT) | 2024 (ArXiv) | Latent Diffusion Transformer | Class, Unconditional | SOTA on FaceForensics, SkyTimelapse, UCF101, Taichi-HD (at time of pub) [36] | LDM 效率 | |
LaMD | Diffusion (LDM) | 2023 (ArXiv) | Latent Motion Diffusion, MCD-VAE | Image, Class, Text | SOTA on 5 I2V/cI2V/TI2V benchmarks (at time of pub) | 采样速度接近图像扩散 | 关注运动表达和连贯性 [41] |
FAR | Hybrid (AR + Flow Matching) | 2025 (ArXiv) | Frame AutoRegressive, Stochastic Clean Context, Long Short-Term Context | Text (implied), Image (I2V) | SOTA on short & long video gen (at time of pub) | 多级KV缓存加速 [67] | 优于Token AR和VDT, 长上下文建模 [21] |
Owl-1 | Diffusion (Iterative w/ World Model) | 2024 (ArXiv) | Latent State Variable, Dynamics Prediction, LMM for reasoning | Image (I2V context) | VBench-I2V, VBench-Long: Comparable to SOTA | 旨在提高长视频一致性 [14] | |
LanDiff | Hybrid (AR+Diffusion) | 2025 (ArXiv) | Semantic Tokenizer (LLM stage), Diffusion stage | Text | VBench T2V: 85.43 (5B model), 超越开源SOTA和部分商业模型 | 结合AR连贯性和Diffusion质量 [12] | |
Show-1 | Hybrid (Pixel+Latent Diffusion) | 2023 (ArXiv) | Pixel VDM (low-res) + Latent VDM (high-res) | Text | 比Latent VDM对齐更好, 比Pixel VDM更高效 [42] | ||
Stable Diffusion Video | Diffusion (LDM likely) | Advanced Diffusion Model | Text | 计算需求高 | 现实动画, 细节视觉序列 [53] | ||
Lumiere | Diffusion (Space-Time U-Net) | 2024 (Google) | Space-Time U-Net | Text, Image | 时间一致性, 全局连贯运动 [71] |
尽管FID和FVD等客观指标被广泛使用,但人们越来越认识到它们在捕捉人类对质量、连贯性,尤其是复杂提示忠实度的感知方面存在局限性。这推动了更全面基准(VBench, EvalCrafter)的发展,并强调了人类评估的必要性。VBench-2.0 [82] 的创建正是因为现有指标无法捕捉“内在忠实度”。DEVIL [84] 关注“动态性”,认为现有指标忽略了这一点。EvalCrafter [85] 结合了客观指标和主观用户意见。MAGVIT-v2 [18] 在压缩质量评估中包含了人类评估。这些共同努力表明,研究界对纯粹基于自动化的低级指标感到不满,并正在推动采用更能反映用户关心的视频生成细微方面的评估方法。 直接比较SOTA模型(尤其是像Sora、Veo这样的商业模型)通常很困难,原因包括缺乏公开的技术细节、非标准化的评估以及使用专有数据集。开放的基准和模型对于推动可复现的进展至关重要。虽然像Sora [52] 和Veo [50] 这样的模型展示了令人印象深刻的结果,但技术报告通常有限 [32],直接比较依赖于像VBench [42] 或EvalCrafter [85] 这样的基准,这些基准评估可用的模型/API。许多论文强调开源模型和代码发布 [14],这突显了社区对透明度和可复现性的需求,以便正确地衡量进展。
许多关键挑战(长视频、可控性、世界模型)相互关联,并指向对具有更好结构化理解和长程推理能力的模型的需求,超越纯粹的统计模式匹配。生成长期连贯的视频需要理解场景持久性和因果关系 [76]。可控性需要深入理解提示语义 [82]。世界模型明确要求对物理和交互进行推理 [28]。这些挑战可能需要模型在如何表示和推理时间、空间、物体和动作方面的根本性进步,这表明与更广泛的人工智能在推理和规划方面的研究趋于一致。
未来可能涉及模型的多样化,大型基础模型提供通用能力,而更小、更专业的模型(可能通过蒸馏或适应,如一致性模型 [70] 或适配器 [40])则针对特定任务进行定制(例如,实时交互、高保真长篇叙事、特定的编辑功能)。训练和运行像Sora或Veo这样的大型模型的计算成本 [32] 对许多应用来说是 prohibitive 的。像一致性蒸馏 [15] 和适配器 [40] 这样的技术明确旨在从大型模型创建更快、更专业的模型。多样化的应用需求(交互式 vs. 离线,短 vs. 长,创意 vs. 模拟)也表明,单一的庞大模型不太可能对所有事情都是最优的,这有利于形成一个分层的模型生态系统。
视频生成领域见证了自回归(AR)和扩散(Diffusion)两大范式的并行发展与日益融合。最初,AR模型凭借其处理序列数据的天然优势,在保证时间连贯性方面表现突出,但受限于采样速度和潜在的误差累积。扩散模型则以其卓越的生成质量和对复杂分布的建模能力屹立不倒,但在采样效率和长时一致性方面面临挑战。近期的研究趋势显示,两者之间的界限逐渐模糊:共享的Transformer架构成为主流,混合模型不断涌现,并且双方在目标函数、结构设计等方面相互借鉴。核心的权衡——速度、质量与连贯性——仍然存在,但通过潜在空间操作、一致性蒸馏、高效解码策略以及更智能的上下文管理机制,研究人员正在不断突破这些限制。
当前最先进的视频生成模型(包括AR、扩散及混合模型)已经能够生成高分辨率(例如1080p)、视觉逼真且在短时(秒级到数十秒)内保持较好连贯性的视频片段。文本到视频的条件控制能力显著增强,能够理解日益复杂的场景描述,如Google Veo [50] 和 OpenAI Sora [32] 所展示的。采样速度通过LDM [38] 和一致性模型 [15] 等技术得到大幅提升,甚至实现了接近或超过实时的生成 [38]。然而,主要局限性依然存在:生成真正意义上的长时(分钟级或更长)且全局一致的视频仍然极具挑战性 [86];对复杂动态交互、物理规律和精确指令的忠实度有待提高 [82];细粒度的编辑和控制能力仍不完善;训练和部署大规模模型的计算成本依然高企 [11]。
视频生成研究正处在一个快速发展的阶段,AR和扩散范式,特别是它们的混合形式,将在未来一段时间内继续扮演重要角色。未来的突破可能依赖于以下几个方面:更强大的表示学习方法,能够更有效地捕捉和解耦视频的时空结构与语义信息;长程推理能力的提升,使模型能够进行规划并维持跨越更长时间尺度的状态和一致性,这可能需要借鉴世界模型 [76] 和更通用的AI推理技术;以及可能出现的超越当前AR/扩散框架的新生成建模范式。随着模型能力的增强,对可解释性、可控性、效率和伦理问题的关注也将持续升温。视频生成技术的潜力巨大,但也伴随着确保其负责任发展的重大责任。
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