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少样本微调CLIP不必再信梯度大小:只取符号、动态选点,ViT-B/16一 shot 平均到72.7%

核心概要

少样本适配CLIP时,支撑集梯度的大小严重失准,但少数大幅值坐标的符号仍指向下降方向。SignSparseSGD与DynSignSparseSGD据此把梯度幅值只用于挑选更新位置,用固定幅值的符号决定更新方向,且不保存一阶、二阶动量。在11个数据集、3种CLIP骨干和5种每类样本数下,动态版本在全部15个骨干—样本数组合上取得最高平均准确率,ViT-B/16一 shot 为72.7%,比SO高1.3个百分点。

Source-provided article image: On the Few-Shot Adaptation of Vision-Language Models: A Few Gradient Signs Are All You Need
Figure 1 · arXiv · 第 2 页

深度剖析

少样本适配视觉语言模型时,梯度幅值不可靠而符号仍可用,这一区分被做成两种不保存优化器状态的更新规则。 此前的参数高效微调与稀疏优化方法大多沿用Adam或SGD的更新配方,默认少样本梯度足以驱动学习,并把噪声交给超参数调节。 在CLIP(ViT-B/16)上比较1 shot梯度与16 shot参考梯度,坐标幅值比跨越多个数量级;而按幅值加权的符号可靠性在迭代中保持为正,限制在最大幅值尾部时符号一致率明显上升,EuroSAT上从约0.58升到前0.1%坐标的约0.71。

更新位置由梯度幅值决定,更新幅度由符号决定,每个被选中的非零坐标移动固定步长。 SignSparseSGD在第一个minibatch后固定支撑集,DynSignSparseSGD每一步重新计算支撑集,两者都不保留一阶或二阶动量缓冲。 在11个数据集、ViT-B/32、ViT-B/16、ViT-L/14三种骨干和1、2、4、8、16 shot下,DynSignSparseSGD在全部15个骨干—样本数组合上平均准确率最高,ViT-B/16一 shot 为72.7%,高于SO的71.4%和LoRA的70.5%。

在300轮的长训练预算下,两种符号稀疏更新的峰值到末期平均回落都远小于对比方法,其中固定支撑集的回落更小。 在共享学习率10⁻⁴下,11个数据集上SignSparseSGD与DynSignSparseSGD的平均峰值到末期回落分别为0.93和1.85个百分点,SO为5.26、SAFT为6.06、LoRA为7.97、GaLoRE为9.58。 固定短预算下动态支撑集是更强的默认选择,而训练延长到300轮时静态支撑集的末期精度回落更小;SignSparseSGD在11个数据集上都保持在峰值5个百分点以内,DynSignSparseSGD在11个中的10个上如此。

启示与展望

结论建立在CLIP式图像分类的少样本适配之上,评测覆盖11个数据集、ViT-B/32、ViT-B/16、ViT-L/14三种骨干、每类1至16个样本和三个固定随机种子,所有方法共用同一套配置。两种优化器仍需稠密反向传播,节省发生在优化器阶段而非反向传播阶段。

研究明确限于CLIP式图像分类,其他架构或模态可能需要重新标定符号更新尺度。静态支撑集在样本数增大时可能落后,因为初始支撑集随优化推进变得不那么有代表性。动态支撑集在固定短预算下是更强的默认选择,静态支撑集在很长训练下末期精度回落更小。