近日，麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)布新論文，發(fā)現(xiàn)在AI基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中存在“系統(tǒng)性” 標(biāo)簽錯(cuò)誤，平均誤差3.4%。螃蟹變“龍蝦”、青蛙成“貓”、手寫數(shù)字3變“5”……大量圖文音視頻等內(nèi)容的標(biāo)記錯(cuò)誤，或會(huì)影響AI預(yù)判及科學(xué)家實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
MIT研究人員通過模型訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)AI可對(duì)標(biāo)簽錯(cuò)誤自行“修正”，且低容量、簡(jiǎn)單模型在訓(xùn)練AI修正數(shù)據(jù)集精確度時(shí)效果最佳。
該研究論文題目為《ML數(shù)據(jù)集中普遍存在的標(biāo)簽錯(cuò)誤會(huì)破壞基準(zhǔn)測(cè)試的穩(wěn)定性（Pervasive Label Errors in ML Datasets Destabilize Benchmarks）》。
論文鏈接：https://labelerrors.com/paper.pdf
一、系統(tǒng)性標(biāo)簽錯(cuò)誤：影響AI及科學(xué)家預(yù)判，平均誤差3.4%
人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域可以說是建立在幾百篇論文的肩膀上的，其中很多論文都是利用公共數(shù)據(jù)集的子集得出結(jié)論。從圖像分類到音頻分類，大量的標(biāo)注語料對(duì)人工智能的成功至關(guān)重要。這是因?yàn)樗鼈兊淖⑨寣⒖衫斫獾哪Ｊ奖┞督o機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)際上是告訴機(jī)器在未來的數(shù)據(jù)集中尋找什么，這樣它們就能夠做出預(yù)測(cè)。
但是，盡管標(biāo)記數(shù)據(jù)通常等同于基本事實(shí)，但數(shù)據(jù)集也確實(shí)會(huì)出錯(cuò)。
構(gòu)建語料庫的過程中，通常涉及某種程度的自動(dòng)注釋或眾包技術(shù)，這些技術(shù)本身就容易出錯(cuò)。當(dāng)這些錯(cuò)誤到達(dá)測(cè)試集（研究人員用來比較進(jìn)展和驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)集子集）時(shí)，就存在很大問題。這可能會(huì)導(dǎo)致科學(xué)家判斷模型的實(shí)際表現(xiàn)時(shí)得出錯(cuò)誤結(jié)論，可能會(huì)破壞社區(qū)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試的框架。
論文共同作者在對(duì)包括ImageNet在內(nèi)的10個(gè)數(shù)據(jù)集的測(cè)試集分析中發(fā)現(xiàn)，從ImageNet驗(yàn)證集中的2900多個(gè)錯(cuò)誤，到QuickDraw中的500多萬個(gè)錯(cuò)誤不等，所有數(shù)據(jù)集平均有3.4%的錯(cuò)誤。
研究人員說，錯(cuò)誤的標(biāo)簽使測(cè)試集的基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定。例如，當(dāng)ImageNet和另一個(gè)圖像數(shù)據(jù)集CIFAR-10因標(biāo)記錯(cuò)誤而被糾正時(shí)，較大的模型的性能比容量較低的模型差。這是因?yàn)楦呷萘磕Ｐ捅刃∪萘磕Ｐ驮诟蟪潭壬戏从沉藰?biāo)記錯(cuò)誤在預(yù)測(cè)中的分布，這種影響隨著錯(cuò)誤標(biāo)記測(cè)試數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)而增加。
▲顯示了在流行的人工智能基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中標(biāo)注錯(cuò)誤的百分比
在選擇要審計(jì)的數(shù)據(jù)集時(shí)，研究人員選取計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、情感分析和音頻多領(lǐng)域模式，查看了過去20年中創(chuàng)建的最常用的開放源代碼數(shù)據(jù)集。他們?cè)u(píng)估了六個(gè)圖像數(shù)據(jù)集（MNIST，CIFAR-10，CIFAR-100，Caltech-256，Image Net），三個(gè)文本數(shù)據(jù)集（20news、IMDB和Amazon評(píng)論）和一個(gè)音頻數(shù)據(jù)集（AudioSet）。
據(jù)研究人員評(píng)估，QuickDraw在其測(cè)試集中的錯(cuò)誤百分比最高，占總標(biāo)簽的10.12%。CIFAR排名第二，錯(cuò)誤標(biāo)簽率約為5.85%，ImageNet緊隨其后，為5.83%。39萬個(gè)標(biāo)簽錯(cuò)誤約占亞馬遜評(píng)論數(shù)據(jù)集的4%。
其中，有圖像、文字情緒及音頻等標(biāo)記錯(cuò)誤。例如，一個(gè)品種狗被混淆為另一品種，或被認(rèn)成嬰兒奶嘴；亞馬遜產(chǎn)品的積極評(píng)論被標(biāo)記為負(fù)面；愛莉安娜·格蘭德（Ariana Grande）的在YouTube上的高音視頻被歸類為哨音。
▲一只吉娃娃在ImageNet中被誤標(biāo)為羽毛蟒蛇
二、AI模型能自動(dòng)修正誤標(biāo)，簡(jiǎn)單模型做的更好
此前MIT的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，ImageNet存在“系統(tǒng)性”標(biāo)記錯(cuò)誤，當(dāng)用作基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集時(shí)，與基本事實(shí)或直接觀測(cè)數(shù)據(jù)不一致。這項(xiàng)研究的合著者得出的結(jié)論是：大約20%的ImageNet照片包含多個(gè)對(duì)象，導(dǎo)致在數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練的模型精確度下降高達(dá)10%。
在后續(xù)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員過濾掉了ImageNet中的錯(cuò)誤標(biāo)簽，以此對(duì)一些模型進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，結(jié)果基本上沒有變化。但是，當(dāng)模型只在錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)上進(jìn)行評(píng)估時(shí)，那些在原數(shù)據(jù)集、校正后數(shù)據(jù)集上同時(shí)表現(xiàn)最好的模型，被發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)最差。
這意味著，AI模型學(xué)會(huì)了捕捉標(biāo)記錯(cuò)誤的系統(tǒng)模式，以提高其原始測(cè)試精度。
在本次實(shí)驗(yàn)中，合著者創(chuàng)建了一個(gè)無錯(cuò)誤的CIFAR-10測(cè)試集來測(cè)量人工智能模型的“修正”精確度。結(jié)果表明，強(qiáng)大的模型并不能很好地表現(xiàn)出比簡(jiǎn)單模型更好的性能，因?yàn)樾阅芘c標(biāo)記錯(cuò)誤的相關(guān)。這項(xiàng)研究的合著者說，面對(duì)有常見錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)科學(xué)家可能會(huì)被誤導(dǎo)，選擇一個(gè)在校正精度方面不是最佳的模型。
研究人員寫道：“以往，機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐者會(huì)根據(jù)測(cè)試的準(zhǔn)確性來選擇部署哪種模型。但根據(jù)我們的研究結(jié)果提醒大家注意，在面對(duì)噪聲的實(shí)際數(shù)據(jù)集時(shí)，在正確標(biāo)記測(cè)試集上的判斷模型可能更有用?！薄氨仨氄J(rèn)識(shí)到校正和原始測(cè)試準(zhǔn)確度之間的區(qū)別，并遵循數(shù)據(jù)集管理實(shí)踐，最大限度地提高測(cè)試標(biāo)簽的質(zhì)量?！?/p>
為了促進(jìn)更精確的基準(zhǔn)測(cè)試，研究人員發(fā)布了每個(gè)測(cè)試集的干凈版本，其中大部分的標(biāo)簽錯(cuò)誤都得到了糾正。該團(tuán)隊(duì)建議數(shù)據(jù)科學(xué)家測(cè)量他們?cè)趯?shí)踐中關(guān)心的真實(shí)世界的準(zhǔn)確性，并考慮對(duì)帶有易出錯(cuò)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)集使用更簡(jiǎn)單的模型，特別是對(duì)有噪聲標(biāo)簽數(shù)據(jù)使用訓(xùn)練或評(píng)估的算法。
三、AI數(shù)據(jù)集現(xiàn)狀：存種族與性別偏見，人物誤標(biāo)率高達(dá)96%
以保護(hù)隱私、合乎道德的方式創(chuàng)建數(shù)據(jù)集仍然是AI社區(qū)研究人員的主要障礙，尤其是那些專門從事計(jì)算機(jī)視覺的研究人員。
2019年1月，IBM發(fā)布了一個(gè)語料庫，旨在緩解人臉識(shí)別算法中的偏見，其中包含了近百萬張F(tuán)lickr用戶的照片。但I(xiàn)BM沒有通知攝影師或照片的拍攝對(duì)象，他們的作品將被仔細(xì)審查。另外，一個(gè)早期版本的ImageNet被發(fā)現(xiàn)有大量裸體兒童、色情女演員、大學(xué)聚會(huì)等不雅照片，這些照片都是在未經(jīng)個(gè)人同意下從網(wǎng)絡(luò)抓取的。
在2020年7月，麻省理工學(xué)院和紐約大學(xué)的8000萬張微小圖像數(shù)據(jù)集的創(chuàng)造者們將該數(shù)據(jù)集下線并道歉，并要求其他研究人員不要使用該數(shù)據(jù)集，刪除任何現(xiàn)有副本。自2006年推出以來，該數(shù)據(jù)集被發(fā)現(xiàn)一系列帶有種族主義、性別歧視和其他攻擊性的標(biāo)注，其中包括近2000張標(biāo)有N字的圖片，以及“強(qiáng)奸嫌疑犯”和“猥褻兒童者”等標(biāo)簽。該數(shù)據(jù)集還包含色情內(nèi)容，如未經(jīng)對(duì)方同意拍攝女性裙子的照片。
這些數(shù)據(jù)集中的偏見在經(jīng)過訓(xùn)練的商業(yè)人工智能系統(tǒng)中并不少見。早在2015年，一位軟件工程師就指出，谷歌照片中的圖像識(shí)別算法將他的黑人朋友標(biāo)記為“大猩猩”。非營利組織AlgorithmWatch顯示，云視覺API自動(dòng)將深色皮膚人持有的溫度計(jì)標(biāo)記為“槍”，同時(shí)將淺色皮膚人持有的溫度計(jì)標(biāo)記為“電子設(shè)備”。
性別陰影項(xiàng)目（Gender Shades project）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）對(duì)主要供應(yīng)商系統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)試表明，人臉識(shí)別技術(shù)表現(xiàn)出種族和性別偏見，對(duì)人的錯(cuò)誤標(biāo)記率高達(dá)96%以上。
人工智能社區(qū)中的一些人正在采取措施建立問題較少的語料庫。ImageNet的創(chuàng)建者表示，他們計(jì)劃刪除數(shù)據(jù)集“人”子樹中幾乎所有的2800個(gè)類別，這些類別中存在缺陷，很難代表全球。本周，該組織發(fā)布了一個(gè)模糊人臉的數(shù)據(jù)集版本，以支持隱私實(shí)驗(yàn)。
結(jié)語：AI基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫需更精準(zhǔn)客觀
人工智能基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集無疑是如今互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展基石，面對(duì)海量龐大的數(shù)據(jù)庫，機(jī)器學(xué)習(xí)能夠“自主”修正，是整個(gè)AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展中振奮人心的好消息。
同時(shí)，當(dāng)人工智能浪潮不斷顛覆各行各業(yè)時(shí)，數(shù)據(jù)集中的誤標(biāo)與偏見也會(huì)更深入地融入我們的生活。因此，技術(shù)發(fā)展或需遵從道德底線與隱私界限，萬物互聯(lián)時(shí)代的愿景才會(huì)向善向好。
來源：VentureBeat
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