論文の概要: Quantifying & Modeling Multimodal Interactions: An Information Decomposition Framework

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.12247v4
• Date: Mon, 30 Oct 2023 05:32:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-02 03:58:37.529204
• Title: Quantifying & Modeling Multimodal Interactions: An Information Decomposition Framework
• Title（参考訳）: マルチモーダルインタラクションの定量化とモデル化:情報分解フレームワーク
• Authors: Paul Pu Liang, Yun Cheng, Xiang Fan, Chun Kai Ling, Suzanne Nie, Richard Chen, Zihao Deng, Nicholas Allen, Randy Auerbach, Faisal Mahmood, Ruslan Salakhutdinov, Louis-Philippe Morency
• Abstract要約: 本稿では,入力モーダル性と出力タスクを関連付けた冗長性,特異性,シナジーの度合いを定量化する情報理論手法を提案する。 PID推定を検証するために、PIDが知られている合成データセットと大規模マルチモーダルベンチマークの両方で広範な実験を行う。 本研究では,(1)マルチモーダルデータセット内の相互作用の定量化,(2)マルチモーダルモデルで捉えた相互作用の定量化,(3)モデル選択の原理的アプローチ,(4)実世界のケーススタディの3つにその有用性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 89.8609061423685
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The recent explosion of interest in multimodal applications has resulted in a wide selection of datasets and methods for representing and integrating information from different modalities. Despite these empirical advances, there remain fundamental research questions: How can we quantify the interactions that are necessary to solve a multimodal task? Subsequently, what are the most suitable multimodal models to capture these interactions? To answer these questions, we propose an information-theoretic approach to quantify the degree of redundancy, uniqueness, and synergy relating input modalities with an output task. We term these three measures as the PID statistics of a multimodal distribution (or PID for short), and introduce two new estimators for these PID statistics that scale to high-dimensional distributions. To validate PID estimation, we conduct extensive experiments on both synthetic datasets where the PID is known and on large-scale multimodal benchmarks where PID estimations are compared with human annotations. Finally, we demonstrate their usefulness in (1) quantifying interactions within multimodal datasets, (2) quantifying interactions captured by multimodal models, (3) principled approaches for model selection, and (4) three real-world case studies engaging with domain experts in pathology, mood prediction, and robotic perception where our framework helps to recommend strong multimodal models for each application.
• Abstract（参考訳）: 近年のマルチモーダルアプリケーションへの関心の高まりにより、様々なモダリティから情報を表現・統合するためのデータセットや手法が広く選択された。 これらの経験的な進歩にもかかわらず、基礎的な研究の疑問が残る: マルチモーダルなタスクを解決するのに必要な相互作用をどのように定量化できるか? その後、これらの相互作用を捉えるのに最も適したマルチモーダルモデルは何ですか? これらの質問に答えるために,入力モダリティと出力タスクを関連付ける冗長性,特異性,相乗効果の程度を定量化する情報理論的手法を提案する。 これら3つの測度をマルチモーダル分布(略してPID)のPID統計と呼び、高次元分布にスケールするこれらのPID統計に対する2つの新しい推定値を導入する。 PID推定を検証するために、PIDが知られている合成データセットと、PID推定を人間のアノテーションと比較する大規模マルチモーダルベンチマークの両方で広範な実験を行う。 最後に,(1)マルチモーダルデータセット内のインタラクションの定量化,(2)マルチモーダルモデルでキャプチャされたインタラクションの定量化,(3)モデル選択のための原則的アプローチ,(4)病理学,ムード予測,ロボット知覚における3つの実世界のケーススタディにおいて有用性を示す。

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