Pretrained Vision-Language Models (VLMs) have achieved remarkable performance in image retrieval from text. However, their performance drops drastically when confronted with linguistically complex texts that they struggle to comprehend. Inspired by the Divide-and-Conquer algorithm and dual-process theory, in this paper, we regard linguistically complex texts as compound proposition texts composed of multiple simple proposition sentences and propose an end-to-end Neural Divide-and-Conquer Reasoning framework, dubbed NDCR. It contains three main components: 1) Divide: a proposition generator divides the compound proposition text into simple proposition sentences and produces their corresponding representations, 2) Conquer: a pretrained VLMs-based visual-linguistic interactor achieves the interaction between decomposed proposition sentences and images, 3) Combine: a neural-symbolic reasoner combines the above reasoning states to obtain the final solution via a neural logic reasoning approach. According to the dual-process theory, the visual-linguistic interactor and neural-symbolic reasoner could be regarded as analogical reasoning System 1 and logical reasoning System 2. We conduct extensive experiments on a challenging image retrieval from contextual descriptions data set. Experimental results and analyses indicate NDCR significantly improves performance in the complex image-text reasoning problem. Code link: https://github.com/YunxinLi/NDCR.


翻译:预训练视觉-语言模型(VLMs)在基于文本的图像检索中取得了显著性能,但当面对难以理解的语言复杂文本时,其表现会大幅下降。受分治算法与双过程理论的启发,本文将语言复杂文本视为由多个简单命题句组成的复合命题文本,提出了一种端到端的神经分治推理框架(NDCR)。该框架包含三个核心组件:1)分:命题生成器将复合命题文本分解为简单命题句,并生成对应的表征;2)治:基于预训练视觉-语言模型的视觉-语言交互器实现分解命题句与图像的交互;3)合:神经符号推理器通过神经逻辑推理方法整合上述推理状态,得出最终解。根据双过程理论,视觉-语言交互器与神经符号推理器可分别视为类比推理系统1与逻辑推理系统2。我们在具有挑战性的上下文描述图像检索数据集上进行了充分实验,实验结果与分析表明,NDCR显著提升了复杂图像-文本推理问题的性能。代码链接:https://github.com/YunxinLi/NDCR。

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从20世纪70年代开始,有关图像检索的研究就已开始,当时主要是基于文本的图像检索技术(Text-based Image Retrieval,简称TBIR),利用文本描述的方式描述图像的特征,如绘画作品的作者、年代、流派、尺寸等。到90年代以后,出现了对图像的内容语义,如图像的颜色、纹理、布局等进行分析和检索的图像检索技术,即基于内容的图像检索(Content-based Image Retrieval,简称CBIR)技术。CBIR属于基于内容检索(Content-based Retrieval,简称CBR)的一种,CBR中还包括对动态视频、音频等其它形式多媒体信息的检索技术。

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