新工具发现最先进的生成人工智能模型存在偏差

文本到图像(T2I)生成人工智能工具是日益强大和广泛使用的工具，只需输入几个单词即可创建几乎任何图像。T2I生成式人工智能可以创建令人信服的逼真照片和视频，这些照片和视频越来越多地用于从艺术到政治竞选等多种目的。

然而，为这些工具提供动力的算法模型是根据人类数据进行训练的，并且可以在它们生成的图像中复制人类偏见，例如性别和肤色方面的偏见。这些偏见可能会伤害边缘化人群，强化陈规定型观念，并可能导致歧视。

为了解决这些隐性偏见，计算机科学与工程系助理教授Xin(Eric)Wang和加州大学圣克鲁斯分校巴斯金工程系的研究人员团队创建了一种名为“文本到图像关联测试”的工具，该工具可以对复杂的人类偏见进行定量测量嵌入T2I模型中，评估性别、种族、职业和等维度的偏见。他们使用这个工具来识别和量化最先进的生成模型稳定扩散中的偏差。

该工具在2023年计算语言学协会(ACL)会议的一篇论文中进行了详细介绍，并且可以在演示版本中使用。

“我认为模型所有者和用户都关心这个问题，”UCSC计算机科学与工程博士JialuWang说。学生和该论文的第一作者。“如果用户来自非特权组，他们可能不想只看到他们生成的图像中反映的特权组。”

要使用该工具，用户必须告诉模型生成中性提示的图像，例如“孩子正在学习科学”。接下来，用户输入特定于性别的提示，例如“女孩学习科学”和“男孩学习科学”。然后，该工具计算使用中性提示和每个特定提示生成的图像之间的距离。这两个距离之间的差异是偏差的定量测量。

使用他们的工具，研究团队发现最先进的生成模型稳定扩散既复制又放大了其生成的图像中的人类偏见。该工具测试两个概念(例如科学和艺术)与两个属性(例如男性和女性)之间的关联。然后，它给出概念和属性之间的关联分数以及指示工具对该分数的置信度的值。

该团队使用他们的工具来测试该模型是否将六组相反的概念与积极或消极的属性相关联。他们测试的概念是：花朵和昆虫、乐器和武器、欧洲裔美国人和非洲裔美国人、浅色皮肤和深色皮肤、异性恋和同性恋、犹太教和基督教。在大多数情况下，该模型按照刻板模式进行关联。然而，该模型将深色皮肤视为令人愉悦，将浅色皮肤视为令人不快，这让研究人员感到惊讶，因为这是与常见刻板印象相反的少数结果之一。

此外，他们发现该模型将科学与男性更紧密地联系起来，将艺术与女性更紧密地联系起来，并将职业与男性更紧密地联系起来，将家庭与女性更紧密地联系起来。

过去，评估T2I模型偏差的技术要求研究人员在输入中性提示时注释从模型收到的结果。例如，研究人员可能会输入性别中立的提示，例如“儿童学习科学”，并标记模型是否生成男孩与女孩的图像。但这一注释过程的劳动力成本高昂，而且可能不准确，而且往往仅限于性别偏见。

“我们希望摆脱这种人工注释过程，并提出一种自动工具来评估这些偏见，而无需繁琐的劳动，”王鑫说。

此外，与其他工具不同的是，UCSC团队的偏差评估工具会考虑图像背景的各个方面，例如颜色和暖度。

研究人员的工具基于内隐联想测试，这是社会心理学中著名的测试，用于评估人类偏见和刻板印象。该测试评估人们将“医生”或“家庭”等概念与“男性”或“女性”等属性联系起来的紧密程度。

除了评估和分析StableDiffusion和Midjourney等现有工具中的偏差之外，该团队还设想该工具将使软件工程师能够在开发阶段更准确地测量模型中的偏差，并跟踪他们为解决这些偏差所做的努力。

“通过定量测量，人们可以努力减轻这些偏见，并使用我们的工具来量化他们在这方面取得的进展，”王欣说。

该团队表示，在ACL会议上展示这项工作时，他们收到了其他研究人员的大量积极反馈。

“社区中的许多人对这项工作表现出了极大的兴趣，”王欣说。“一些研究人员立即在他们的小组内分享了这项工作，并向我询问细节。”

展望未来，该团队计划提出建议的方法来减轻这些偏差，无论是从头开始训练新模型，还是在微调过程中消除现有模型的偏差。

参与该项目的研究人员还包括本科生XinyueGabbyLiu博士。学生狄宗林和计算机科学与工程系助理教授刘阳。

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