論文の概要: DIO: Refining Mutual Information and Causal Chain to Enhance Machine Abstract Reasoning Ability

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.15387v4
• Date: Thu, 04 Sep 2025 15:15:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-05 14:03:58.995688
• Title: DIO: Refining Mutual Information and Causal Chain to Enhance Machine Abstract Reasoning Ability
• Title（参考訳）: DIO: 機械抽象推論能力を高めるための相互情報と因果連鎖の精製
• Authors: Ruizhuo Song, Beiming Yuan,
• Abstract要約: 本稿では,機械知能の抽象的推論能力の向上に寄与することを目的として,RPM問題を解決することに焦点を当てる。 実験により、DIOのために定式化された最適化目的、すなわち、コンテキストと正しいオプションの間の相互情報の変動の下限を最大化することは、モデルが事前に定義された人間の論理を真に取得することを可能にするのに失敗することを明らかにする。 これらの制約を克服するため,本論文では3つの改善手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.017760528208121
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Despite the outstanding performance of current deep learning models across various domains, their fundamental bottleneck in abstract reasoning remains unresolved. To address this challenge, the academic community has introduced Raven's Progressive Matrices (RPM) problems as an authoritative benchmark for evaluating the abstract reasoning capabilities of deep learning algorithms, with a focus on core intelligence dimensions such as abstract reasoning, pattern recognition, and complex problem-solving. Therefore, this paper centers on solving RPM problems, aiming to contribute to enhancing the abstract reasoning abilities of machine intelligence. Firstly, this paper adopts a ``causal chain modeling'' perspective to systematically analyze the complete causal chain in RPM tasks: image $\rightarrow$ abstract attributes $\rightarrow$ progressive attribute patterns $\rightarrow$ pattern consistency $\rightarrow$ correct answer. Based on this analysis, the network architecture of the baseline model DIO is designed. However, experiments reveal that the optimization objective formulated for DIO, namely maximizing the variational lower bound of mutual information between the context and the correct option, fails to enable the model to genuinely acquire the predefined human reasoning logic. This is attributed to two main reasons: the tightness of the lower bound significantly impacts the effectiveness of mutual information maximization, and mutual information, as a statistical measure, does not capture the causal relationship between subjects and objects. To overcome these limitations, this paper progressively proposes three improvement methods:
• Abstract（参考訳）: 様々な領域にわたる現在のディープラーニングモデルの卓越した性能にもかかわらず、抽象的推論における根本的なボトルネックは未解決のままである。 この課題に対処するため、学術コミュニティは、ディープラーニングアルゴリズムの抽象的推論能力を評価するための権威的なベンチマークとして、Raven's Progressive Matrices (RPM) 問題を導入し、抽象的推論、パターン認識、複雑な問題解決などのコアインテリジェンス次元に焦点を当てた。 そこで本稿は,機械知能の抽象的推論能力の向上に寄与することを目的とした,RPM問題の解決に焦点をあてる。 第一に、RPMタスクの完全な因果連鎖を体系的に解析するために 'causal chain modeling'' の視点を採用する: image $\rightarrow$ abstract attribute $\rightarrow$ Progress attribute pattern $\rightarrow$ pattern consistency $\rightarrow$ correct answer。 この分析に基づいて、ベースラインモデルDIOのネットワークアーキテクチャを設計する。 しかし、実験により、DIOのために定式化された最適化目的、すなわち、コンテキストと正しいオプションの間の相互情報の変動の下限を最大化することは、モデルが事前に定義された人間の推論論理を真に取得できないことが明らかとなった。 これは、下界の厳密さが相互情報の最大化の有効性に大きく影響し、統計指標として相互情報が被写体と対象物の因果関係を捉えない、という2つの主な理由に起因している。 これらの制限を克服するために,本論文では3つの改善方法を提案する。

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