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去噪擴散模型已經成為各種圖像生成和編輯任務的強大工具，促進了以無條件或輸入條件方式合成視覺內容。它們背后的核心思想是學習逆轉逐漸向圖像添加噪聲的過程，使它們能夠從復雜分布中生成高質量樣本。在這篇綜述中，我們提供了一個關于使用擴散模型進行圖像編輯的現有方法的詳盡概述，涵蓋了該領域的理論和實踐方面。我們深入分析并從多個角度對這些工作進行了分類，包括學習策略、用戶輸入條件和可以完成的特定編輯任務的范圍。此外，我們特別關注圖像修復和擴展，并探索了早期的傳統上下文驅動方法和當前的多模態條件方法，提供了它們方法論的全面分析。為了進一步評估文本引導的圖像編輯算法的性能，我們提出了一個系統的基準，EditEval，特色是一個創新的指標，LMM分數。最后，我們討論了當前的局限性，并設想了未來研究的一些潛在方向。伴隨的倉庫發布在 //github.com/SiatMMLab/Awesome-Diffusion-Model-Based-Image-Editing-Methods。

在人工智能生成內容（AIGC）的領域中，利用人工智能來創建和修改數字內容，圖像編輯被認為是創新和實際應用的重要領域。與從最小輸入創建新圖像的圖像生成不同，圖像編輯涉及更改圖像的外觀、結構或內容，包括從微妙的調整到重大變革的一系列更改。這項研究在數字媒體、廣告和科學研究等各個領域都至關重要，其中改變視覺內容是必需的。圖像編輯的演變反映了數字技術的進步，從手工、勞動密集型過程發展到由基于學習的算法驅動的高級數字技術。在這一演進中的一個關鍵進步是生成對抗網絡（GANs）[1]-[6]的引入，顯著增強了創造性圖像操作的可能性。

最近，擴散模型在AIGC[1],[7]-[15]中嶄露頭角，帶來了視覺生成任務的顯著突破。擴散模型，受到非平衡熱力學[15]原理的啟發，通過逐漸向數據添加噪聲，然后學習逆轉這一過程，從隨機噪聲生成直到產生與源數據分布匹配的所需數據。它們大致可以分為去噪擴散基礎[15]-[18]和分數匹配基礎[19]-[23]。它們的適應性和有效性導致了在各種任務中的廣泛應用，如圖像生成[24]-[38]、視頻生成[39]-[56]、圖像恢復[57]-[71]和圖像編輯。

在圖像編輯中應用擴散模型的興趣激增，近年來在這一領域的研究出版物數量顯著增加為證。這種日益增長的關注突顯了擴散模型在改善圖像編輯性能方面相比于以往工作的潛力和多功能性。鑒于這一顯著進步，系統地回顧和總結這些貢獻是必要的。然而，現有關于擴散模型的綜述文獻集中在其他特定視覺任務上[72]-[75]，如視頻應用[73]或圖像恢復與增強[74],[75]。一些提到圖像編輯的綜述往往只提供了一個粗略的概述[76]-[83]，缺少對方法的詳細和專注探索。

為了填補這一空缺，我們進行了一項綜述，提供了一項專注于圖像編輯的深入和全面分析。我們深入研究了這一領域擴散模型所實現的方法論、輸入條件和廣泛的編輯任務。該綜述批判性地回顧了超過100篇研究論文，根據學習策略將它們組織成三個主要類別：基于訓練的方法、測試時微調方法和無需訓練和微調的方法。每個類別根據其核心技術進一步劃分，分別在第4、5和6節中進行了詳細討論。我們還探索了這些方法中使用的10種不同類型的輸入條件，包括文本、遮罩、參考（Ref.）圖像、類別、布局、姿態、草圖、分割（Seg.）圖、音頻和拖動點，以展示擴散模型在多樣化圖像編輯場景中的適應性。此外，我們的綜述提出了一種新的圖像編輯任務分類，將其劃分為三大類：語義編輯、風格編輯和結構編輯，涵蓋了12種特定類型。圖1直觀地表示了研究在學習策略、輸入條件和編輯任務類別之間的統計分布。另外，我們特別關注了修復和外擴，這兩者共同構成了一種獨特的編輯類型。我們探索了早期的傳統和當前的多模態條件方法，第7節提供了它們方法論的全面分析。我們還介紹了EditEval，這是一個旨在評估文本引導的圖像編輯算法的基準，詳細內容在第8節。特別地，我們通過利用大型多模態模型（LMMs）的先進視覺-語言理解能力，提出了一個有效的評估指標，LMM分數。最后，我們在第9節中展示了一些當前的挑戰和潛在的未來趨勢作為展望。 總之，這項綜述旨在系統地分類和批判性地評估基于擴散模型的圖像編輯研究的廣泛文獻。我們的目標是提供一個全面的資源，不僅綜合了當前的發現，而且還指導了這一快速進步領域的未來研究方向。

除了擴散模型在圖像生成、恢復和增強方面取得的重大進展之外，它們在圖像編輯方面也取得了顯著的突破，與之前占主導地位的GANs相比，提供了更強的可控性。與從零開始創建新圖像的圖像生成不同，以及旨在修復和提高降級圖像質量的圖像恢復和增強，圖像編輯涉及修改現有圖像的外觀、結構或內容，包括添加對象、替換背景和改變紋理等任務。

在這項綜述中，我們根據它們的學習策略將圖像編輯論文組織成三個主要群體：基于訓練的方法、測試時微調方法和無需訓練和微調的方法，分別在第4、5和6節中詳細闡述。此外，我們探索了這些方法用來控制編輯過程的10種類型的輸入條件，包括文本、遮罩、參考（Ref.）圖像、類別、布局、姿勢、草圖、分割（Seg.）圖、音頻和拖動點。此外，我們研究了這些方法可以完成的12種最常見的編輯類型，這些類型被組織成以下三大類。

• 語義編輯：這一類別包括對圖像內容和敘述的修改，影響所描繪場景的故事、背景或主題元素。該類別內的任務包括對象添加（Obj. Add.）、對象移除（Obj. Remo.）、對象替換（Obj. Repl.）、背景更改（Bg. Chg.）和情感表達修改（Emo. Expr. Mod.）。

• 風格編輯：這一類別專注于增強或轉換圖像的視覺風格和美學元素，而不改變其敘述內容。該類別內的任務包括顏色更改（Color Chg.）、紋理更改（Text. Chg.）和整體風格更改（Style Chg.），涵蓋藝術和現實風格。

• 結構編輯：這一類別涉及圖像內元素的空間布局、位置、視點和特性的更改，強調場景內對象的組織和呈現。該類別內的任務包括對象移動（Obj. Move.）、對象大小和形狀更改（Obj. Size. Chg.）、對象動作和姿勢更改（Obj. Act. Chg.）和透視/視點更改（Persp./View. Chg.）。

表1全面總結了對調研論文的多角度分類，提供了快速搜索。

在基于擴散模型的圖像編輯領域中，基于訓練的方法已經獲得了顯著的突出地位。這些方法不僅因其穩定訓練擴散模型和有效建模數據分布而著稱，也因其在多種編輯任務中的可靠性能而備受關注。為了徹底檢查這些方法，我們根據它們的應用范圍、訓練所需的條件以及監督類型，將它們分類為四個主要組，如圖2所示。進一步地，在每個主要組內，我們根據它們的核心編輯方法將這些方法分類為不同的類型。這一分類展示了這些方法的范圍，從針對特定領域的應用到更廣泛的開放世界用途。

在圖像生成和編輯中，測試時微調代表了向精確度和控制性邁進的重要一步。本節探討了各種微調策略（見圖5），這些策略增強了圖像編輯的能力。如圖6所示，這些方法范圍從微調整個去噪模型到專注于特定層或嵌入。我們研究了微調整個模型、針對特定參數和優化基于文本的嵌入的方法。此外，我們討論了超網絡的集成和直接圖像表示優化。這些方法共同展示了微調技術在圖像編輯中的不斷復雜化和有效性，滿足了廣泛的編輯需求和用戶意圖。

在圖像編輯領域中，無需訓練和微調的方法起始于它們快速且低成本的前提——因為在整個編輯過程中，它們不需要任何形式的訓練（針對數據集）或微調（針對源圖像）。本節根據它們所修改的內容，將這些方法分為五個類別，如圖7和8所示。它們巧妙地利用擴散模型內在的原則來實現它們的編輯目標。

結論

我們已經全面概述了基于擴散模型的圖像編輯方法，從多個角度檢查了這一領域。我們的分析首先根據它們的學習策略，將超過100種方法分類為三個主要群體：基于訓練的、測試時微調的，以及無需訓練和微調的方法。然后，我們將圖像編輯任務分類為三個不同的類別：語義編輯、風格編輯和結構編輯，總共包含12種特定類型。我們探索了這些方法及其對提高編輯性能的貢獻。我們的圖像編輯基準EditEval中對7個任務及最近的最先進方法進行了評估。此外，引入了一種新的度量LMM分數，用于這些方法的比較分析。總結我們的綜述，我們強調了圖像編輯領域內的廣泛潛力，并建議了未來研究的方向。

為了真實地再現軍事行動，嚴肅的戰斗模擬要求建模實體具有合理的戰術行為。因此，必須定義作戰戰術、條令、交戰規則和行動概念。事實證明，強化學習可以在相關實體的行為邊界內生成廣泛的戰術行動。在多智能體地面作戰場景中，本文展示了人工智能（AI）應用如何制定戰略并向附屬單元提供命令，同時相應地執行任務。我們提出了一種將人類知識和責任與人工智能系統相結合的方法。為了在共同層面上進行交流，人工智能以自然語言下達命令和行動。這樣，人類操作員就可以扮演 "人在回路中 "的角色，對人工智能的推理進行驗證和評估。本文展示了自然語言與強化學習過程的成功整合。

RELEGS：針對復雜作戰情況的強化學習

為了獲得模型架構的靈感，我們研究了 DeepMind 的 AlphaStar 架構，因為它被認為是復雜 RL 問題領域的最先進架構。通過我們的架構（如圖 2 所示），我們提出了一種靈活、可擴展的行動空間與深度神經網絡相結合的適應性新方法。觀察空間的設計基于如何準備戰場的軍事經驗。通常使用地圖和可用部隊表。因此，模擬觀測被分為標量數據（如可用坦克數量及其彈藥）。同時，基于地圖的輸入作為視覺輸入提供給空間編碼器。

標量數據用于向人工智能提供幾乎所有場景細節的建議。其中包括有關自身部隊及其平臺的數據，以及有關敵方部隊的部分信息。輸入并非以絕對數字給出，而是采用歸一化方法來提高訓練效果。編碼器可以很容易地寫成多層感知器（MLP）；不過，使用多頭注意力網絡可以大大提高訓練后智能體的質量，因此應予以采用（Vaswani 等人，2017 年）。

為了理解地理地形、距離和海拔高度的含義，人工智能會被輸入一個帶有實體編碼的地圖視覺表示。顏色方案基于三通道圖像，這使我們能夠輕松地將數據可視化。雖然使用更多通道會給人類的圖形顯示帶來問題，但人工智能能夠理解更多通道。不同的字段類型和實體會用特殊的顏色進行編碼，以便始終能夠區分。這種所謂的空間編碼器由多個卷積層組成。最初，我們嘗試使用 ResNet-50 （He 和 Zhang，2016 年）和 MobileNetV3 （Howard 等，2019 年）等著名架構，甚至使用預先訓練的權重。然而，這并沒有帶來可接受的訓練性能。因此，我們用自己的架構縮小了卷積神經網絡（CNN）的規模。

為了測試和優化這一架構，我們使用了一個自動編碼器設置，并使用了模擬中的真實樣本。我們能夠將參數數量從大約 200 萬減少到大約 47000。此外，我們還生成了一個預訓練模型，該模型已與模擬的真實觀測數據相匹配。這一步極大地幫助我們加快了 RL 進程。

一個可選元素是添加語言輸入，為人工智能定義任務。雖然一般的戰略人工智能不使用這一元素，但計劃將其用于下屬智能體。這些智能體將以自然語言接收來自戰略人工智能的任務，并使用雙向門控遞歸單元（GRU）編碼器對其進行處理。

視覺數據、任務數據和標量數據的編碼值被合并并輸入核心網絡。根據 Hochreiter 和 Schmidhuber（1997 年）的介紹，核心主要是一個擁有 768 個單元的長短期記憶（LSTM）組件。在軍事場景中，指揮官必須了解高價值資產的長期戰略規劃。在本模擬中，人工智能可以請求戰斗支援要素，這些要素在影響戰場之前需要長達 15 分鐘的時間。因此，人工智能必須了解未來任務的時間安排和規劃。在 RL 中使用 LSTM 網絡相當困難，因為它需要大量的訓練時間，而且會導致上面各層的梯度消失。因此，我們決定在 LSTM 上添加一個跳過連接，以盡量減少新增層的負面影響。

動作頭由一個自然語言處理（NLP）模型組成。這是一個非常簡化的動作頭模型，包含一個小型 LSTM 和一個額外的密集層，共有約 340000 個參數。其結果是一個尺寸為 8 x 125 的多離散動作空間。

除主模型外，還有一個單獨的價值網絡部分。價值網絡使用核心 LSTM 的輸出，并將對手信息串聯起來傳遞給 MLP。然后，MLP 可以精確預測價值函數。通過對手信息，價值網絡對模擬有了一個上帝般的地面實況視圖。由于該網絡只與訓練相關，因此可以在不干擾訓練完整性的情況下進行。

在快速發展的自然語言生成（NLG）評估領域中，引入大型語言模型（LLMs）為評估生成內容質量開辟了新途徑，例如，連貫性、創造力和上下文相關性。本綜述旨在提供一個關于利用LLMs進行NLG評估的全面概覽，這是一個缺乏系統分析的新興領域。我們提出了一個連貫的分類體系來組織現有的基于LLM的評估指標，提供了一個結構化的框架來理解和比較這些方法。我們的詳細探索包括批判性地評估各種基于LLM的方法論，以及比較它們在評估NLG輸出時的優勢和局限性。通過討論尚未解決的挑戰，包括偏見、穩健性、領域特定性和統一評估，本綜述旨在為研究人員提供洞見，并倡導更公平、更先進的NLG評估技術。

自然語言生成（NLG）處于現代AI驅動通信的前沿，近期在大型語言模型（LLMs）方面的進展徹底改變了NLG系統的能力（Ouyang et al., 2022; OpenAI, 2023）。這些模型，依靠深度學習技術和大量的訓練數據，展現出在廣泛應用中生成文本的卓越能力。隨著NLG技術的快速發展，建立可靠的評估方法以準確衡量生成內容的質量變得越來越重要。

傳統的NLG評估指標，如BLEU（Papineni et al., 2002）、ROUGE（Lin, 2004）和TER（Snover et al., 2006），主要關注表面層面的文本差異，通常在評估語義方面存在不足（Freitag et al., 2020）。這一局限性已被指出阻礙了研究進展，并可能導致誤導性的研究結論。此外，其他使用神經嵌入來計算分數的方法（Liu et al., 2016; Sellam et al., 2020; Zhang et al., 2020），盡管在評估諸如語義等價性和流暢性方面有所考慮，但它們的靈活性有限，適用范圍受限（Freitag et al., 2021a）。此外，這些傳統方法與人類判斷的一致性較低（Liu et al., 2023c），且對分數的解釋性不足（Xu et al., 2023）。這些缺點突顯了NLG領域需要更細膩和全面的評估方法的需求。

大型語言模型（LLMs）涌現的能力為基于LLM的NLG評估提供了有前景的途徑，例如Chain-of-Thought（CoT）（Wei et al., 2022b）、零次學習指令跟隨（Wei et al., 2022a）、更好地與人類偏好相一致（Ouyang et al., 2022）等。這些特性使LLMs成為評估NLG輸出的有力工具，與傳統方法相比提供了更為復雜和更好地與人類一致的評估（Liu et al., 2023c；Kocmi and Federmann, 2023；Fu et al., 2023）。例如，LLMs可以生成合理的解釋來支持最終評分（Xu et al., 2023），而利用人類反饋的強化學習（RLHF）可以使LLMs的偏好更好地與人類一致（Ouyang et al., 2022；Zheng et al., 2023）。如圖1所示，這些方法的關鍵策略涉及指示LLMs使用提示來從不同方面評估生成的文本，無論是否有參考資料和來源。然而，眾多基于LLM的NLG評估方法，針對不同的任務和目標，缺乏統一的概述。

鑒于LLMs在NLG評估領域的工作量不斷增加，迫切需要一個綜合總結來導航這一領域內的復雜性和多樣化方法。本綜述旨在提供這一有前景領域的全面概述，呈現一個用于組織現有工作的連貫分類體系。我們詳細勾勒了關鍵研究及其方法論，并深入分析了這些方法的各種優點、局限性和獨特屬性。此外，我們探索了該領域內尚未解決的挑戰和開放性問題，從而為未來的學術探索勾畫出潛在的途徑。這一全面探索旨在激發讀者對LLM在NLG評估中方法的細微差別和不斷變化的動態有深入的了解。

本綜述的組織：我們呈現了利用LLMs進行NLG評估的首個全面綜述。首先，我們建立了NLG評估的正式框架，并提出了一個分類體系來分類相關工作（第2節）。隨后，我們深入并詳細闡述這些工作（第3節）。此外，我們對評估LLM評估者有效性的各種元評估基準進行了系統回顧（第4節）。鑒于這一領域的快速發展，我們確定并討論了一些可能指導未來研究的潛在開放問題（第5節）。在結束這一系統綜述時，我們倡導通過開發更公正、更穩健、更專業和統一的基于LLM的評估者來推動這一領域的發展。此外，我們強調整合其他評估方法，如人類判斷，以實現更全面和多面的評估框架。

在大型語言模型（LLMs）迅速發展的背景下，越來越多的研究將重點放在利用這些模型作為NLG任務的評估者。這種關注特別源于LLMs的高容量生成能力，導致出現了使用它們來對NLG文本進行質量評估的工作——我們將這種范式稱為生成性評估。這一類別大致分為基于提示的評估和基于微調的評估，其核心在于LLM評估者的參數是否需要微調。基于提示的評估通常涉及使用精心設計的提示指導強大的基礎LLMs來評估生成的文本。另一方面，基于微調的評估依賴于專門為NLG評估校準的開源LLMs。這兩種方法都適用于不同的評估協議，用于衡量生成文本的質量。

當前方法考慮不同的評分協議來判斷生成假設文本的質量。一些嘗試部署LLM評估者產生連續的標量分數，代表單個生成文本的質量——稱為? 基于分數的評估。其他方法計算基于提示、來源或參考文本（可選）的生成文本的生成概率作為評估指標，稱為? 基于概率的評估。在多樣化的領域中，某些工作將NLG評估轉化為分類任務，使用類似李克特量表的多級別對文本質量進行分類。在這種情況下，LLM評估者通過將生成的文本分配到特定的質量級別來評估其質量——稱為? 李克特風格評估。同時，? 成對比較方法涉及使用LLM評估者比較一對生成文本的質量。此外，? 組合評估方法利用多個不同LLMs或提示的LLM評估者，協調評估者之間的溝通以產生最終評估結果。最后，一些最新的研究探索了? 高級評估方法（考慮細粒度標準或結合連續思考或上下文學習的能力），旨在獲得更全面和細致的評估結果。

本節深入探討了這兩個主要類別的評估方法，每種方法都伴隨其相應的評估協議。表2提供了當前基于提示和基于微調評估方法的全面概述。該表詳細說明了它們各自的適應任務、基礎模型、評分協議和評估方面，以便于清晰參考。

基于LLM的評估者已在多種NLG任務中找到應用。與此同時，眾多現有和近期引入的元評估基準用于驗證這些評估者的有效性。這些基準包括了對生成文本質量的人類注釋，以及評估自動評估者和人類偏好之間一致性的程度。根據涉及的任務，這些基準可以被分類為單一場景示例，如機器翻譯和摘要，以及多場景基準。本節將提供這些NLG任務及其相關元評估基準的概述。

結論

在本綜述中，我們詳盡地調查了LLMs在NLG評估中的作用。我們全面的分類體系按三個主要維度對作品進行分類：評估功能、評估參考和評估任務。這個框架使我們能夠系統地分類和理解基于LLM的評估方法論。我們深入探討了各種基于LLM的方法，審視它們的優勢并比較它們的差異。此外，我們總結了NLG評估的普遍元評估基準。

在我們的研究中，我們強調了這一快速發展領域的進步和現存挑戰。盡管LLMs在評估NLG輸出方面提供了開創性的潛力，但仍有一些未解決的問題需要關注，包括偏見、穩健性、混合評估方法的整合，以及LLM評估者內部對特定領域和統一評估的需求。我們預計，解決這些挑戰將為更通用、有效和可靠的NLG評估技術鋪平道路。這樣的進步將顯著促進NLG評估的發展以及LLMs的更廣泛應用。

現代人工智能為產生不同風格的數字藝術提供了一種新穎的方式。神經網絡的表達能力使得視覺風格轉移方法成為可能，這些方法可以用來編輯圖像、視頻和3D數據，使它們更具藝術性和多樣性。本文報道了3D數據神經風格化的最新進展。我們提供了一種神經風格化的分類法，考慮了幾個重要的設計選擇，包括場景表示、指導數據、優化策略和輸出風格。基于這種分類法，我們的綜述首先回顧了2D圖像神經風格化的背景，然后對3D數據的最新神經風格化方法進行了深入討論，并提供了一個關于藝術風格化方法的小型基準測試。基于綜述中獲得的洞見，我們接著討論了開放性挑戰、未來研究，以及神經風格化的潛在應用和影響。

//www.zhuanzhi.ai/paper/d5ea0c58d303f46ebcf7e8cc629aa08c

數字藝術和視覺設計在我們的日常生活空間中盛行，表達了視覺上引人入勝的美學、獨特的品味和人類的情感。隨著計算硬件的最新進展，使用計算工具或算法創作高質量的數字藝術越來越受到公眾關注。人工智能（AI）技術的出現進一步推動了這一計算設計過程，并顯示出加速或自動化創作數字藝術的強大潛力。最近出現的視覺合成和編輯AI產品，如LUMA AI [Lum23]、DALL·E 3 [Ope23]、Midjourney [Mid23] 和 RunwayML [Run23] 已成功展示了它們加速高質量視覺設計和生成的能力。

本報告深入探討了利用AI創作3D數字藝術的最新進展，特別是通過風格化。一個典型的3D場景風格化涉及編輯場景幾何和/或外觀以匹配某些指定的藝術風格。風格化可以通過現代深度學習中的神經網絡實現，因此稱為神經風格化。放在傳統計算機圖形管線的背景下，3D神經風格化可以被視為傳統渲染管線的替代品，使用可編程著色器用于風格化的后處理。因此，3D神經風格化有助于減少在風格化3D場景中的勞動密集型手工工作，包括3D建模、紋理化、渲染或模擬。3D神經風格化因此對于各種工業應用具有實際價值，包括電影制作中的3D紋理設計和藝術模擬 [NR21,KAOT23,HHK?23]，混合現實體驗 [THC?22, Tan19]（圖2），逼真的視覺特效（VFX）和虛擬制作 [Man23]，藝術品創作 [GC22] 以及視頻游戲開發 [OBW22,MLS?22]。從2D神經風格化擴展到3D，使用傳統3D表示和渲染進行的3D神經風格化通常面臨視角一致性和逼真渲染問題。多虧了神經渲染技術的進步，對于不同3D表示（包括網格、體積、點云和神經場）的3D神經風格化取得了高質量結果的顯著改進。它也適用于各種3D場景，從小型物體場景到大型野外場景，甚至應用于工業生產 [HHK?23]。

在本報告中，我們涵蓋了3D神經風格化領域的風格化基礎、最新進展、現有挑戰和未來研究方向。我們從神經風格化的基本技術（第2節）開始，包括2D視覺風格轉移算法和3D神經渲染。在第3節中，我們介紹了神經風格化的分類法，并為3D神經風格化的最新技術提供了分類。使用這種分類法，我們深入討論了先進的3D神經風格化方法，并提出了我們對3D風格化最近困難的分析。在第4節中，我們總結了3D風格化評估中常用的數據集。我們還提供了一個小型基準測試，作為評估最新3D風格化算法性能的標準。最后，在第5節中，我們討論了開放的挑戰和未來的研究方向。我們將隨報告發布我們的評估代碼和其他實施資源。

本報告的范圍專注于應用于3D場景的神經風格轉移。目標是探索基于深度學習的技術和方法，這些技術和方法能夠自動將藝術或逼真風格和語義特征轉移到3D數字世界中。盡管承認專用于風格化的3D訓練數據集的稀缺性和挑戰，本報告旨在突出現成的大型數據模型驅動的圖像引導和文本引導神經風格化的潛力，以實現視覺上吸引人的3D風格化結果。神經風格化基礎在神經風格化的基礎上，視覺風格轉移指的是編輯場景的紋理或顏色以匹配由參考圖像定義的風格，同時保持整體場景結構不變。在這一節中，我們首先提供2D神經風格化的概覽作為基礎。我們重點關注圖像引導和文本引導的風格轉移，因為它們是兩種主要的風格化方法，分別通過一張圖片或一段文字來指示目標風格參考。我們從使用經典特征提取器（如VGG分類器和CLIP編碼器）的簡單方法開始討論基礎知識。我們還根據它們的優化方法對這些2D神經風格轉移技術進行分類。最后，我們簡要介紹神經輻射場的基礎知識，這是一種重要的3D神經表示形式，在第3節中將深入討論3D神經風格化。我們參考了[JYF?19,SJJ?21,ZYW?23]中關于條件圖像合成和風格化的更多討論，以及[TTM?22,XTS?22]中關于場景表示和神經渲染的更多討論。

3D神經風格化

3D神經風格化指的是將神經風格化技術應用于修改現有3D數字表示的視覺外觀和美學特征。這個過程涉及利用神經網絡及相關風格化算法來操縱顏色、紋理、形狀等3D模型的視覺和幾何屬性。3D神經風格化促進了3D數字內容的視覺風格化自動生成，為計算機圖形學領域的創意表達和視覺設計提供了新的途徑。為了將3D表示與新風格融合，需要考慮兩個重要因素：3D幾何保留和風格轉換。與視覺風格轉移類似，我們關注基于圖像和文本的3D神經風格化方法。大多數方法依賴現有的大型預訓練模型（例如VGG和CLIP）進行零樣本特征提取，并且不需要任何額外的3D數據預訓練。與3D數據上的預訓練3D特征提取器相比（例如體素[WSK?15]、網格[MBBV15]、點云[QSMG17, ZJJ?21]），圖像和文本預訓練模型是廣泛可訪問的，它們以多級視覺模式和語義特征提取而聞名。在這一節中，我們首先引入神經風格化的分類法，并給出現有3D神經風格化方法的分類示例。在后續章節中，我們將介紹最先進的3D神經風格化技術，涵蓋了如網格、體積數據、點云和隱式場等多種3D表示，重點關注外觀和/或幾何風格化的轉變。最后，我們將深入總結和分析3D神經風格化的技術。

分類法 我們從2D對應物擴展了3D神經風格化的術語。3D神經風格化方法的分類法如圖9所示，詳細內容如下。

• 表示形式可以是顯式圖像或隱式2D場，構建的3D資產如網格、體積模擬、多視圖3D重建（如重建的網格），以及隱式3D場。

• 神經風格特征指的是來自預訓練特征提取器的圖像視覺嵌入或文本語義嵌入，通常是神經分類器。

• 優化指的是基于優化的（類似于第2.1節）或基于預測的風格化方法（類似于第2.2節），支持單一、多個或任意風格。

• 風格化類型指的是不同類型的風格化，從從藝術作品中檢索的風格（例如圖1中的梵高星夜雕塑場景），到逼真風格（包括傳統基于顏色的風格轉移和逼真的幾何與外觀變化，例如圖1中的“燃燒的松果”），再到具有風格語義對應的語義風格轉移，使用顯式標簽或掩碼，或隱式文本或視覺語義定位和映射。我們進一步將方法分類為幾何風格化和外觀風格化，其中幾何風格化指的是變換原始形狀以對齊風格參考，如改變頂點、體素的位置，外觀風格化指的是重新著色、圖案和圖騰轉移，如圖像像素、紋理映射、頂點顏色、點顏色和輻射場。 圖10展示了3D神經風格化方法的層次分類。表1詳細突出了基于我們在圖9中提出的分類法標準的選定3D風格化方法的分類和比較。

結論

本最新報告探討了3D神經風格化的進展，特別是針對3D數據的圖像引導和文本引導神經風格化技術。通過對最新3D神經風格化技術及其相應應用的全面綜述，我們強調了神經風格化在加速創造過程、實現風格化的細粒度控制、以及在電影制作、虛擬制作和視頻游戲開發等多個領域增強藝術表達的重要性。此外，我們介紹了神經風格化的分類法，為神經風格化領域的新作品提供了一個分類框架。我們對先進技術的分析和討論強調了持續的研究努力，旨在解決限制并推動3D數字領域神經風格化的邊界。最后，我們提出了一個3D藝術風格化的小型基準測試，我們的目標是為其他3D風格化作品提供靈感和評估標準。

開放領域生成系統在會話人工智能領域（例如生成式搜索引擎）引起了廣泛關注。本文對這些系統，特別是大型語言模型所采用的歸因機制進行了全面回顧。盡管歸因或引用可以提高事實性和可驗證性，但模糊的知識庫、固有偏見以及過度歸因的缺點等問題可能會妨礙這些系統的有效性。本綜述的目標是為研究人員提供有價值的見解，幫助改進歸因方法，以增強開放領域生成系統生成的響應的可靠性和真實性。我們認為這個領域仍處于初級階段，因此我們維護了一個倉庫，以跟蹤正在進行的研究，網址為

//github.com/HITsz-TMG/awesome-llm-attributions。

自從由大型語言模型（LLMs）驅動的開放領域生成系統出現以來（Anil等人，2023；OpenAI，2022，2023），解決潛在不準確或虛構內容的連貫生成一直是一個持續存在的挑戰（Rawte等人，2023；葉等人，2023；張等人，2023b）。社區通常將這種問題稱為“幻覺”問題，其中生成的內容呈現出扭曲或虛構的事實，缺乏可信的信息來源（Peskoff和Stewart，2023）。這在信息搜索和知識問答場景中尤為明顯，用戶依賴大型語言模型獲取專業知識（Malaviya等人，2023）。

幻覺問題的實質可能源于事先訓練的模型是從廣泛、未經過濾的現實世界文本中獲取的（Penedo等人，2023）。這些人類生成的文本固有地包含不一致性和虛假信息。事先訓練的目標僅僅是預測下一個單詞，而不是明確建模生成內容的真實性。即使在利用人類反饋的強化學習之后（Ouyang等人，2022），模型仍然可能出現外部幻覺（Bai等人，2022）。為了解決外部幻覺的問題，研究人員已經開始采用外部參考文獻等措施來增強聊天機器人的真實性和可靠性（Thoppilan等人，2022；Menick等人，2022；Nakano等人，2021）。顯式歸因和強化學習之間的區別不僅在于需要人工驗證和遵從，還在于認識到生成的內容可能隨著時間變化而變得過時或無效。歸因可以利用實時信息來確保相關性和準確性。然而，歸因的基本挑戰圍繞著兩個基本要求（Liu等人，2023）：

考慮到這些要求，我們可以將模型處理歸因的主要方式分為三種類型：

1. 直接模型驅動的歸因：大型模型本身為其回答提供歸因。然而，這種類型經常面臨挑戰，因為回答可能不僅是虛構的，而且歸因本身也可能是虛構的（Agrawal等人，2023）。雖然ChatGPT在大約50.6%的時間里提供正確或部分正確的答案，但建議的參考文獻僅在14%的時間內存在（Zuccon等人，2023）。
2. 檢索后回答：這種方法根植于明確檢索信息然后讓模型基于這些檢索到的數據進行回答的思想。但檢索并不本質上等同于歸因（Gao等人，2023b）。當模型的內部知識和外部檢索的信息之間的邊界變得模糊時，可能會出現潛在的知識沖突問題（Xie等人，2023）。檢索也可以被用作一種專門的工具，允許模型獨立觸發它，類似于ChatGPT 1中的“使用必應進行瀏覽”。
3. 生成后歸因：系統首先提供答案，然后使用問題和答案進行歸因搜索。如果需要，答案然后會進行修改并得到適當的歸因。現代搜索引擎，如Bing Chat 2，已經包含了這種歸因方式。然而，研究顯示，從四個生成式搜索引擎生成的內容中，只有51.5%完全得到了引用文獻的支持（Liu等人，2023）。這種歸因方式在高風險專業領域，如醫學和法律中尤其缺乏，研究發現有大量不完整的歸因（分別為35%和31%）；而且，許多歸因來自不可靠的來源，51%的歸因被專家評估為不可靠（Malaviya等人，2023）。

超越對文本幻覺的一般討論（Zhang等人，2023b；葉等人，2023；Rawte等人，2023），我們的研究深入探討了大型語言模型的歸因問題。我們探討了它的起源、支撐技術以及評估標準。此外，我們也涉及了諸如偏見和過度引用的挑戰。我們相信，通過關注這些歸因問題，我們可以使模型更加可信賴和容易理解。我們這項研究的目標是以一種更加清晰的方式來闡述歸因問題，鼓勵對這一主題進行更深入的思考。

歸因是指一個實體（如文本模型）生成并提供證據的能力，這些證據通常以引用或參考文獻的形式出現，用以支撐它所產生的聲明或陳述。這些證據來源于可識別的源頭，確保這些聲明可以從一個基礎語料庫中邏輯推斷出來，使得它們對于普通受眾而言是可以理解和驗證的。歸因本身與搜索任務相關（Brin 和 Page, 1998；Page 等人, 1999；Tay 等人, 2022），在這種任務中只有幾個網頁會被返回。然而，歸因的主要目的包括使用戶能夠驗證模型所做的聲明，促進生成與引用源高度一致的文本以提高準確性和減少錯誤信息或幻覺，以及建立一個結構化的框架來評估支持證據的完整性和相關性，與所提出的聲明相比較。歸因的準確性核心在于所產生的陳述是否完全由引用源支持。Rashkin 等人（2021）還提出了歸因于已識別來源（AIS）的評估框架，以評估特定陳述是否由所提供的證據支持。Bohnet 等人（2022）提出了歸因問答，模型在這里接受一個問題，并產生一對配對的回答，即答案字符串及其從特定語料庫，如段落中得到的支持證據。

直接生成的歸因 來自參數化知識的直接生成歸因可以幫助減少幻覺現象并提高生成文本的真實性。通過要求模型進行自我檢測和自我歸因，一些研究發現生成的文本更加基于事實，并且在下游任務中的表現也有所提升。最近，研究人員發現，大型語言模型在回答特定領域的知識性問題時，不能清楚地提供知識來源或證據（Peskoff 和 Stewart, 2023; Zuccon 等人, 2023）。在大多數情況下，模型只能提供一個與問題中的關鍵詞松散相關或與當前主題無關的知識來源。即使模型正確回答了問題，它提供的證據仍然可能存在錯誤。Weller 等人（2023）嘗試通過提出根據提示方法，將模型生成的文本基于其預訓練數據，發現這種方法可以影響模型的根據性，從而影響信息尋求任務的表現。Anonymous（2023）引入了一個中間規劃模塊，要求模型生成一系列問題作為當前問題的藍圖。模型首先提出一個藍圖，然后結合基于藍圖問題生成的文本作為最終答案。藍圖模型允許在每個回答問題的步驟中采用不同形式的歸因，可以期望更具解釋性。

**檢索后回答 **

多篇研究論文已經調查了歸因的檢索后回答方法（Chen 等人，2017年；Lee 等人，2019年；Khattab 和 Zaharia，2020年）。SmartBook 框架（Reddy 等人，2023年）提出了一種方法，該方法利用大量新聞數據自動生成結構化的情況報告。SmartBook 確定了情況分析的關鍵問題，并從新聞文章中檢索相關信息。報告按時間線組織，每個時間線包括重大事件、戰略問題和由事實證據支持的概括性總結。為了解決用戶查詢和存儲知識之間的不一致問題，MixAlign（張等人，2023a）提出了一個框架，該框架結合了自動問題知識對齊和用戶澄清，增強了檢索增強生成模型的性能，并減輕了語言模型的幻覺。此外，SearChain（徐等人，2023年）引入了一個新穎的框架，它將大型語言模型（LLMs）與信息檢索（IR）結合起來，提高了復雜知識密集型任務的準確性、可信度和可追溯性。SearChain 采用檢索然后回答的方法，通過生成全球推理鏈（CoQ）并利用 IR 來驗證答案和提供缺失的知識。

生成后歸因

為了在不損害最新一代模型所提供的強大優勢的情況下促進準確的歸因，一些研究致力于生成后的歸因，這些研究使用搜索引擎或文檔檢索系統，基于輸入問題和生成的答案來搜索證據。這種方法允許研究人員評估或提高答案的事實性，而無需直接訪問模型的參數。生成后歸因的工作流程如圖3所示。RARR（高等，2023a）自主識別任何文本生成模型輸出的歸因，并執行后期編輯以糾正不支持的內容，同時努力在最大程度上保留原始輸出。在霍等人（2023）的工作中，材料是基于粗粒度的句子或細粒度的事實陳述從語料庫中檢索的。然后利用這些檢索到的材料提示LLM，以驗證生成的回應與檢索到的材料之間的一致性，并進行必要的編輯以減少幻覺。陳等人（2023b）介紹了一個全自動化的管道，旨在驗證復雜的政治聲明，這是通過從網上檢索原始證據、生成聚焦聲明的摘要并利用它們進行聲明驗證來實現的。

本文提供了一個關于大型語言模型（LLMs）在軟件工程（SE）中應用的新興領域的調查。它還提出了將LLMs應用于軟件工程師面臨的技術問題的開放性研究挑戰。LLMs的新興屬性帶來了創新性和創造力，其應用覆蓋了軟件工程活動的全譜，包括編碼、設計、需求、修復、重構、性能提升、文檔和分析。然而，這些同樣的新興屬性也帶來了重大的技術挑戰；我們需要能夠可靠地剔除錯誤的解決方案，如幻覺。我們的調查揭示了混合技術（傳統的SE與LLMs相結合）在開發和部署可靠、高效和有效的基于LLM的SE中的關鍵作用。本文調查了基于LLM的SE的最近發展、進展和實證結果；即大型語言模型（LLMs）在軟件工程（SE）應用的應用。我們使用這次調查來突出這個迅速發展但尚屬初級階段的研究文獻中的空白。基于文獻中的空白和技術機會，我們還確定了軟件工程研究社區的開放問題和挑戰。盡管對這樣一個迅速擴張的領域的任何調查都既不能渴望也不能聲稱是全面的，但我們希望這次調查能為這個令人興奮的新軟件工程子學科——基于LLM的軟件工程提供一個有用且相對完整的早期概述。盡管該領域的科學和技術結構仍在形成中，但我們已經可以識別出趨勢、對未來研究的有益方向以及需要解決的重要技術挑戰。特別是，我們已經能夠辨別出與軟件工程內的現有趨勢和既定方法及子學科的重要連接（和共鳴）。盡管總的來說，我們找到了很多樂觀的理由，但仍然存在重要的技術挑戰，這些挑戰很可能在未來幾年內影響研究議程。許多作者都從科學和軼事的角度指出，LLMs普遍存在幻覺問題[1]，而且它對基于LLM的SE也帶來了特定的問題[2]。與人類智慧一樣，幻覺意味著LLM可以產生虛構的輸出。在軟件工程的背景下，這意味著創造的工程制品可能是錯誤的，但看起來是合理的；LLMs可能引入錯誤。然而，與LLMs的許多其他應用不同，軟件工程師通常有可自動化的真實依據（軟件執行），大部分軟件工程制品都可以基于此進行評估。此外，軟件工程研究社區已經花了很多時間開發自動化和半自動化技術，以檢查人類可能產生的錯誤結果。這意味著，對于這個學科和研究社區，當面對像幻覺這樣的問題所帶來的挑戰時，有大量的經驗和專業知識可以借鑒。

顯然，自動化測試技術 [3]–[5] 將在確保正確性中發揮核心作用，就像它們已經為人工設計的制品所做的那樣。在生成全新的功能和系統時，由于缺乏可自動化的oracle [6]（一種自動技術，用于確定給定輸入刺激的輸出行為是否正確），自動測試數據生成受到限制。考慮到LLMs的幻覺傾向，Oracle問題仍然非常相關，對它的解決方案將變得更加有影響力。但是，一些SE應用關心現有軟件系統的適應、改進和開發，對于這些應用，有一個現成的可自動化的oracle：原始系統的功能行為。在本文中，我們稱其為“自動回歸Oracle”，這種方法已在遺傳改進領域得到證明是有益的 [7]。自動回歸Oracle簡單地使用軟件系統的現有版本作為參考，以對任何后續的適應和更改的輸出進行基準測試。當然，有“烘焙”功能錯誤的風險，因為自動回歸Oracle無法檢測系統應該做什么，只能捕捉它當前做什么。因此，自動回歸Oracle只能測試功能退化，所以它最適合于需要保持現有功能的用例。例如，對于性能優化和語義保持不變的重構。LLM的輸入將成為越來越多研究的焦點，我們可以預期關于prompt工程和prompt優化文獻的迅速發展 [8]。在這次調查中，我們突出了關于軟件工程的幾個特定方面的prompt工程的現有工作和開放挑戰。LLM的輸出不僅可以限于代碼，還可以包括其他軟件工程制品，如需求、測試用例、設計圖和文檔。總的來說，LLM的基于語言的特性使其能夠生成任何語言定義的軟件工程制品。我們通常認為軟件工程制品是LLM的主要輸出，但它不是唯一的輸出。與主要輸出一起提供的解釋也是LLM的重要輸出。我們的調查突出了需要進行更多的研究的需求，不僅要優化prompt工程（專注于LLM的輸入），還要優化與主要輸出一起提供的解釋的工作。LLMs本質上是非確定性的：相同的prompt在不同的推斷執行中產生不同的答案（除非溫度設為零，這在多次執行中經常被發現是次優的）[9]。此外，無論溫度設置如何，prompt的微妙變化都可能導致非常不同的輸出[9]。除了激勵‘prompt工程’和輸出處理，這種非確定性行為為基于LLM的軟件工程的科學評估帶來了挑戰：如果每次我們運行整個工程過程時結果都會變化，我們如何確定所提議的技術是否超越了現有的技術？這是一個在經驗軟件工程[10]和基于搜索的軟件工程(SBSE)[11]的背景下已經被深入研究的問題。特別是，SBSE與基于LLM的軟件工程有很多相似之處，在存在嘈雜、非確定性和不完整的結果[12]、[13]的情況下實現穩健的科學評估都與之有關。因此，已經有一個成熟的軟件工程文獻專門研究適用于基于LLM的科學評估所需的穩健的科學評估技術。例如，參數和非參數的推斷統計技術現在經常被用來在SBSE學科中提供在高度非確定性算法存在的情況下的穩健的科學結論。為了找出與LLM相關的計算機科學論文，我們過濾了出版物，將其細分為以下子類別：人工智能 (cs.AI)、機器學習 (cs.LG)、神經和進化計算 (cs.NE)、軟件工程 (cs.SE) 和編程語言 (cs.PL)。我們使用查詢“Large Language Model”、“LLM”和“GPT”在標題或摘要中進行篩選（我們手動排除了重載縮寫，例如將GPT誤認為是通用規劃工具），結果是L列。最后，我們使用相同的查詢來識別基于LLM的軟件工程論文，這些論文位于軟件工程 (cs.SE) 和編程語言 (cs.PL) 類別中。這些查詢本質上是近似的，因此我們只局限于基于總體趨勢得出的結論，而這些總體趨勢有強有力的證據支持，而不是觀察到的數字的具體細節。盡管如此，我們報告了觀察到的原始數字，以支持其他人的復制。

圖2展示了arXiv上發布的計算機科學論文數量（|A|，以藍色表示）和LLM相關論文的數量（|L|，以橙色表示）的增長。特別是與軟件工程和LLM相關的論文以綠色表示（|L ∩ S|）。考慮到總體發表量的快速增長，我們為縱軸使用了對數刻度。不出所料，我們看到了計算機科學出版物數量的整體增長。同時，鑒于LLM最近受到的關注增多，LLM相關論文數量的指數增長也相對不足為奇。或許更有趣的是LLM在軟件工程應用中的快速采納，如圖中的綠色所示。為了更詳細地檢查這一趨勢，我們在圖3中畫出了LLM出版物（L）與所有計算機科學出版物（A）的比例（以藍色表示），以及基于LLM的軟件工程出版物（L ∩ S）與所有LLM出版物的比例（以橙色表示）。如圖所示，自2019年以來，基于LLM的軟件工程論文的比例已經急劇上升。目前，所有關于LLM的論文中已有超過10%與基于LLM的軟件工程有關。由于這一增長，我們可以預期將有更多其他的基于LLM的軟件工程調查。文獻的快速擴展使得進一步的全面軟件工程研究不太可能適應單篇論文的空間限制，但我們可以預期會有許多關于感興趣的子領域的全面調查，以及針對系統評審中的主要文獻提出具體研究問題的系統文獻回顧（SLRs）。例如，Hou等人[14]提供了一個出色的最新SLR，涵蓋了2017年至2023年的229篇研究論文，報告了所處理的軟件工程任務、數據收集和預處理技術，以及優化LLM性能的策略（例如提示工程）。本文的其余部分按照主要的頂級軟件開發活動和研究領域進行組織。圖1顯示了軟件開發活動、研究領域和我們論文結構之間的映射。

機器學習如何用于機器人？本篇論文最新闡述

自動化產業導致高質量的生產、更低的制造成本以及更好的人力資源利用。機器人操縱臂在自動化過程中發揮著主要作用。然而，對于復雜的操控任務，硬編碼有效且安全的軌跡是具有挑戰性且耗時的。機器學習方法有潛力基于專家演示來學習這樣的控制器。盡管有著有希望的進展，但是必須發展更好的方法，以提高機器學習方法在訓練和部署階段的安全性、可靠性和效率。這項調查旨在回顧應用于現實世界操控任務的機器學習方法的前沿技術和最近趨勢。在回顧了機器學習的相關背景后，本文的其余部分致力于在不同領域如工業、醫療保健、農業、太空、軍事以及搜索和營救中的機器學習應用。本文最后將介紹未來工作的重要研究方向。

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對于人類來說，由于具有獨特的視覺能力和具有224個自由度（DoF）和大約630塊骨骼肌肉的高度靈活的身體結構，操控不同的物體是一項瑣碎的任務[1]。然而，機器人操控是一個復雜的問題，并且是一個活躍的研究領域。原因是，用相應的（可能是簡化的）機器人副本來復制自然生物（例如人類）的視覺和動作能力是一項非常具有挑戰性的任務。隨著機器人結構的復雜性從硬到軟的增加（第2節），為它們開發控制器變得更加困難，這是使用機器學習（ML）方法進行機器人控制開發背后的動機。機器人文獻包含了多項調查，以追蹤機器學習方法，特別是強化學習（RL）和深度學習（DL）在機器人問題中的迅速進展。Amarjyoti[2]專注于應用于學習機器人操控的RL和深度RL（DRL）方法，而沒有研究領域特定的應用。此外，Amarjyoti[2]僅考慮了離散機器人，忽略了軟性的。Thuruthel等人[3]和Kim等人[4]通過研究軟性操縱器的控制策略彌補了這一不足。考慮到機器人操控的復雜性，從頭開始學習控制器具有挑戰性且有時代價高昂。而且，適應突然的變化和執行多任務并非易事。模仿學習可以用來在機器人上復制專家的行為，并推廣到新的環境[5]。模仿學習的演示要么直接，要么間接。像肌肉教學[6]和遙操作教學[7]這樣的直接演示中的訓練數據是在機器人本身上完成的。間接演示是在沒有與機器人互動的單獨環境中收集的[8]。簡化學習過程的另一種方法是在模擬環境中進行訓練，并將學到的技能轉移到真實的機器人。這可以通過使用已經廣泛評估的模擬到真實方法來實現[9, 10, 11]。

走向魯棒的機器人操控的一個基石是環境感知。很明顯，如果不能確定物體相對于機器人末端執行器（EE）的位置，物體操控是不可行的。這一需求激發了Kleeberger等人[12]回顧了基于視覺的物體抓取方法的機器學習（ML）。基于視覺的機器人抓取方法要么是分析性的（也被稱為幾何的），要么是數據驅動的[12,13]。在分析方法中，多指機器人手執行有四個屬性的力閉合抓取，即靈巧性、平衡性、穩定性和某種動態行為[14]。當且僅當可以在不與物體失去接觸的情況下，用機器人的手指尖對物體施加任意的力和力矩時，抓取才被稱為力閉合[15]。為了執行這樣的抓取，解決一個約束優化問題以滿足這四個屬性的一個子集或全部。抓取方法的第二類是數據驅動的。這一類是基于根據特定度量對采樣的抓取候選進行排名。此外，候選的生成通常基于啟發式的抓取經驗，或者是使用模擬或實際的機器人生成的，并且使用ML學習抓取技能。Kleeberger等人[12]關注的是數據驅動方法。Newbury等人[16]也回顧了兩類抓取方法，特別關注DL解決方案。

發展學習復雜問題的最先進的ML方法是有價值的，試圖將它們應用于實踐同樣重要。這就是為什么Fabisch等人[17]不是關注ML方法本身，而是致力于一項完整的調查，探討了ML方法在機器人行為學習的實際應用。采用類似的方法，Benotsmane等人[18]研究了ML在工業領域的應用，而[19]研究了農業自動化的ML和DL方法。這些方法甚至已經用于空間應用[20]。

考慮到操控任務中學習問題的多樣性，Kroemer等人[21]提出了一個包含五個類別的形式化，覆蓋了大多數軟性和離散機器人的操控學習問題。這五個類別是狀態空間表示學習、動力學模型學習、運動技能學習、已學習技能的前提條件學習和層次學習。技能的前提條件是指執行該技能的環境。在層次RL文獻中，前提條件也被稱為稱為選項的時間擴展行動的啟動集[22]。

雖然上面列出的調查在各自的權利方面都是有用的，我們相信，仍然需要一項新的調查，涵蓋ML和DL在不同領域的實際應用。在本文中，我們努力回顧醫療、工業、農業、搜救、軍事和太空應用中的前沿ML/DL技術。表1展示了我們的論文與現有的調查論文相比的貢獻。

本文的其余部分如下**。第2和3節分別致力于機器人操縱器結構和控制**。第4節回顧了RL的基礎知識，第5節回顧了它們在機器人操控中的應用和挑戰。同樣，DL在操控器的應用在第6節中被提出。第7節回顧了與操控器相關的Sim-to-real方法。第8節回顧了操控器在各個領域的應用。結論性的意見和進一步研究的建議分別在第9和10節中提出。

我們正生活在一個技術飛速發展的特殊時代，在這個時代，機器人操控器在實現高效可靠的自動化方面發揮著重要作用。雖然傳統的手工編碼控制器已經存在了很長時間，但機器人日益增長的復雜性要求更好、更易于使用的控制器。機器學習（ML）可在一定程度上用于抽象開發手工編碼控制器的復雜性。這是通過利用領域知識，以專家演示的形式，和/或使用強化學習（RL）通過與機器人工作空間的交互來學習控制器來實現的。然而，基于ML開發可靠的控制器仍需進一步研究。深度學習（DL）基礎控制器對抗性攻擊的穩健性，加強機器人周圍的人類安全，以及實現成本效益的訓練，只是未來可以追求的一些因素。

在工業領域，輸入到DL模型的通常是各種類型的傳感器讀數。只要傳感器是功能性的，DL模型就會完成它們被設計來做的目標。現在假設一個或多個傳感器由于磨損而故障。從DL模型的角度來看，故障傳感器的無效讀數就像是OOD（Out Of Distribution，分布外）輸入，可能以不可預測的方式破壞DL模型的輸出。這種行為在安全關鍵應用中可能是災難性的。因此，開發能檢測到OOD輸入的DL模型至關重要。

在盈利性行業中，由于維護而使成本最小化和生產線停機時間最短是非常重要的，這可以通過預測性維護來實現。AI方法可以有效地實施預測性維護[311]。更一般地說，麥肯錫全球研究所在其2018年報告[312]中預測，到2030年，AI有潛力為全球經濟貢獻約13萬億美元。除了盈利，工業還必須是可持續的，即它們必須最小化對我們環境的影響。AI可以用于推動綠色技術。AI和機器人能夠大大幫助的一個關鍵領域是最優能源消耗。實際例子包括使用ML優化Google數據中心的能源消耗[313]，以及通過用機器人取代人類實現綠色制造。后者導致了能源消耗[314]和碳排放[315]的顯著減少。此外，ML在大數據分析[316]和大規模系統的實時性能監控[317]方面也可以發揮重要作用，這對于工業4.0的競爭市場至關重要。本次調查試圖總結控制操控器的最先進的基于ML的方法。此外，還回顧了操控器在軍事、醫療、農業、航空航天和工業等不同領域的實際應用。

大型語言模型（LLMs）在自然語言處理方面展示了令人印象深刻的能力。然而，它們的內部機制仍然不清楚，這種不透明性對下游應用帶來了不希望的風險。因此，理解和解釋這些模型對于闡明它們的行為、局限性和社會影響至關重要。在本文中，我們引入了可解釋性技術的分類體系，并提供了關于解釋基于Transformer的語言模型方法的結構化概述。我們根據LLMs的訓練范式對技術進行分類：傳統的微調范式和基于提示的范式。對于每個范式，我們總結了生成個體預測的局部解釋和總體模型知識的全局解釋的目標和主要方法。我們還討論了用于評估生成解釋的度量標準，并討論了如何利用解釋來調試模型和提高性能。最后，我們比較了LLMs時代解釋技術面臨的關鍵挑戰和新興機會與傳統機器學習模型。

大型語言模型（LLMs），如BERT（Devlin等，2019a）、GPT-3（Brown等，2020）、GPT-4（Bubeck等，2023）、LLaMA-2（Touvron等，2023b）和Claude（AnthropicAI，2023），在各種自然語言處理（NLP）任務中展示出了令人印象深刻的性能。主要科技公司，如微軟、谷歌和百度，已在其商業產品和服務中部署了LLMs以增強功能。例如，微軟利用GPT-3.5來改善新Bing的搜索相關性排名（Mehdi，2023）。由于LLMs通常是復雜的“黑盒子”系統，其內部工作機制是不透明的，高復雜性使模型解釋變得更加具有挑戰性。這種模型不透明性的缺乏有時會導致生成有害內容或幻覺的產生（Weidinger等，2021）。因此，開發解釋能力以揭示這些強大模型的工作方式至關重要。

可解釋性指的是以人類可理解的方式解釋或呈現模型行為的能力（Doshi-Velez和Kim，2017；Du等，2019a）。提高LLMs的可解釋性至關重要，有兩個關鍵原因。首先，對于一般終端用戶，可解釋性通過以可理解的方式闡明模型預測背后的推理機制來建立適當的信任，無需技術專業知識。通過這種方式，終端用戶能夠理解LLMs的能力、局限性和潛在缺陷。其次，對于研究人員和開發人員，解釋模型行為提供了洞察力，以識別意外偏見、風險和性能改進的領域。換句話說，可解釋性充當了一個調試輔助工具，可以快速提高下游任務上的模型性能（Strobelt等，2018；Bastings等，2022；Yuksekgonul等，2023）。它有助于追蹤模型能力隨時間的變化，進行不同模型之間的比較，并開發可靠、道德和安全的模型，以供實際部署使用。 由于LLMs的獨特屬性，其可解釋性技術與傳統機器學習（ML）模型的技術有所不同。LLMs和傳統ML模型之間的差異可以歸因于多個方面。從數據的角度來看，ML模型以監督方式依賴人工構建的特征，而LLMs旨在自動從原始輸入數據中學習特征（Chai和Li，2019）。解釋LLMs捕捉了哪些特征以及這些特征中包含了什么知識是重要的。從模型的角度來看，傳統ML模型通常是針對具體任務設計的，具有不同的模型架構（Liu和Sun，2023）。相比之下，經過廣泛數據集的預訓練的LLMs可以通過微調泛化到各種下游任務（Yang等，2023）。此外，LLMs的注意力機制已被廣泛用于通過為輸入的相關部分分配更高的值來確定輸入的重要性（Hu，2020）。由于注意力權重中編碼的知識和模式可能提示了模型的理解，注意力權重可以被認為是精細調校模型的另一個重要解釋標準。此外，由于LLMs的性能更好，還應進一步研究transformer的組件，包括神經元、層和模塊，學到了什么以及它們是否有不同的功能。從應用的角度來看，傳統ML模型專注于低級模式識別任務，如解析和形態分析，而LLMs可以處理高級推理任務，如回答問題和常識推理（Lauriola等，2022）。特別是，理解LLMs在上下文學習和思維鏈提示以及幻覺現象方面的獨特能力對于解釋和改進模型至關重要。為了更好地理解和改進LLMs，有必要回顧和總結專為LLMs定制的解釋技術。 在本文中，我們提供了一種解釋基于Transformer的語言模型的方法的全面概述。在第2節中，我們介紹了應用LLMs的兩個主要范式：1）傳統的下游微調范式和2）提示范式。基于這一分類，我們在第3節中回顧了適用于微調LLMs的解釋方法，并在第4節中回顧了適用于提示LLMs的解釋方法。在第5節中，我們討論了解釋方法的評估。最后，在第6節中，我們進一步討論了與傳統機器學習模型相比解釋LLMs所面臨的研究挑戰，并提供了有關潛在未來研究方向的見解。本文旨在全面整理關于解釋復雜語言模型的最新研究進展。 LLMs的訓練范式

LLMs的訓練可以基本分為兩個范式，傳統微調和提示，根據它們如何用于適應下游任務。由于這兩個范式之間存在重大區別，因此分別提出了各種類型的解釋（如圖1所示）。 傳統微調范式

在這個范式中，首先對語言模型進行了大規模無標簽文本數據的預訓練，然后在特定下游領域的一組標記數據上進行微調，例如GLUE基準測試中的SST-2、MNLI和QQP（Wang等人，2019）。在微調過程中，很容易在語言模型的最終編碼器層上方添加完全連接的層，使其適應各種下游任務（Rogers等人，2021）。這個范式已經在包含多達十億參數的中型語言模型上取得了成功。例如，包括BERT（Devlin等人，2019a）、RoBERTa（Liu等人，2019）、ELECTRA（Clark等人，2020）、DeBERTa（He等人，2021）等。對于這個范式的解釋重點在于兩個關鍵領域：1）理解自監督預訓練如何使模型獲得語言的基礎理解（例如句法、語義和上下文關系）；以及2）分析微調過程如何賦予這些預訓練模型有效解決下游任務的能力。

**提示范式 **

提示范式涉及使用提示，例如自然語言句子中的空白，以便模型填充，實現零樣本學習或少樣本學習，而無需額外的訓練數據。根據其開發階段，這個范式下的模型可以分為兩種類型： 基礎模型：隨著LLMs的規模和訓練數據的增加，它們展示了令人印象深刻的新能力，無需額外的訓練數據。其中一種能力是通過提示實現少樣本學習。這種類型的范式通常適用于大規模語言模型（擁有數十億參數）（例如GPT-3（Brown等人，2020）、OPT（Zhang等人，2022b）、LLaMA-1（Touvron等人，2023a）、LLaMA-2（Touvron等人，2023b）、Falcon（Almazrouei等人，2023））。這些模型被稱為基礎模型或基礎模型，它們可以與用戶進行對話，無需進一步與人類喜好對齊。大規模模型通常適用于這種范式，規模超過10億。例如，LLaMA-2（Touvron等人，2023b）擁有高達700億個參數。基礎模型的解釋旨在理解模型如何學習在回應提示時利用其預訓練知識。 助手模型：基礎模型存在兩個主要限制：1）它們不能按照用戶的指令進行操作，因為預訓練數據包含少量指令-響應示例，2）它們傾向于生成有偏見和有毒的內容（Carlini等人，2023）。為了解決這些限制，基礎模型通過監督微調進一步進行微調（見圖2），以實現人類級別的能力，例如開放域對話。關鍵思想是通過將模型的響應與人類反饋和喜好對齊來實現。這個過程最典型的方式是通過（提示，響應）演示對和來自人類反饋的強化學習（RLHF）進行指導調整。模型通過自然語言反饋進行訓練，以進行復雜的多輪對話。屬于這一類別的模型包括OpenAI的GPT-3.5和GPT4（Bubeck等人，2023）、Anthropic的Claude（AnthropicAI，2023）以及一些開源模型，如Meta的LLaMA-2-Chat（Touvron等人，2023b）、Alpaca（Taori等人，2023）和Vicuna（Chiang等人，2023）。這些模型也可以稱為助手模型、聊天助手或對話模型。助手模型的解釋重點在于理解模型如何從對話中學習開放式互動行為。

**傳統微調范式的解釋 **

在本節中，我們回顧了針對采用預訓練和下游微調范式訓練的LLMs的解釋技術。首先，我們介紹了提供局部解釋（第3.1節）和全局解釋（第3.2節）的方法。在這里，局部解釋旨在提供對語言模型如何對特定輸入實例進行預測的理解，而全局解釋旨在提供對LLM整體工作方式的廣泛理解。接下來，我們討論了如何利用解釋來調試和改進模型（第3.3節）。

局部解釋

解釋的第一類別涉及解釋LLMs生成的預測。讓我們考慮這樣一種情景，我們有一個語言模型，并將特定文本輸入模型。模型隨后產生分類輸出，例如情感分類或下一個標記的預測。在這種情景下，解釋的作用是闡明模型生成特定分類或標記預測的過程。由于目標是解釋LLM如何為特定輸入做出預測，我們將其稱為局部解釋。這個類別包括四個主要方法流，包括基于特征歸因的解釋、基于注意力的解釋、基于示例的解釋和自然語言解釋。

**全局解釋 **

不同于旨在解釋模型的個體預測的局部解釋，全局解釋有助于從模型的角度理解LLMs的工作方式。全局解釋旨在理解個體組件（神經元、隱藏層和較大模塊）編碼了什么，以及解釋了個體組件所學習的知識/語言屬性。我們考察了三種主要的全局解釋方法：探測方法，用于分析模型表示和參數；神經元激活分析，用于確定模型對輸入的響應性；以及基于概念的方法。

**提示范式的解釋 **

在本節中，我們介紹了解釋屬于提示范式的模型的技術，包括1）解釋基礎模型，如LLaMA-2（第4.1節），2）解釋助手模型，如LLaMA-2-Chat（第4.2節），以及3）如何利用LLMs的推理和解釋能力生成用戶友好的解釋（第4.3節）。

基礎模型解釋

隨著語言模型的規模增大，它們展示出了新的能力，如少樣本學習，即僅從少量示例中學習概念的能力。它們還展示了一種思維鏈（CoT）提示能力。鑒于這些新興屬性，解釋性研究有三個主要目標：1）研究提供解釋是否實際有助于模型自身更快地從僅有少量示例中“理解”新任務，2）理解這些大型語言模型如何能夠迅速從有限示例中掌握新任務，從而幫助終端用戶解釋模型的推理，以及3）解釋思維鏈提示。

**助手模型解釋 **

由于大規模無監督預訓練和有監督對齊微調，屬于這一范式的LLMs具有強大的推理能力。然而，它們的巨大規模也使它們容易生成問題輸出，如幻覺。解釋性研究旨在：1）闡明對齊微調的作用，2）分析幻覺產生的原因。

結論

在本文中，我們提供了對LLMs的可解釋性技術的全面概述。我們總結了基于模型訓練范式的局部和全局解釋方法。我們還討論了如何利用解釋來改進模型、評估以及主要挑戰。未來的重要發展選項包括開發針對不同LLMs的解釋方法、評估解釋的忠實性，以及提高人類可解釋性。隨著LLMs的不斷進步，可解釋性將變得極其重要，以確保這些模型具有透明性、公平性和益處。我們希望這份調查為這一新興研究領域提供了有用的組織，同時突顯了未來工作的開放性問題。

隨著大型語言模型（LLM）發展的日益普及，吸引了大量關注，各種應用領域的模型不斷涌現。然而，將大型語言模型與語義技術相結合以進行推理和推斷仍然是一項具有挑戰性的任務。本文分析了當前在基礎LLM方面的進展，如ChatGPT，如何與專用預訓練模型，如REBEL，進行比較，以實現實體和關系的聯合提取。為了評估這種方法，我們使用與可持續性相關的文本作為案例，進行了多個實驗。我們創建了從原始文本自動生成知識圖譜的流程，并發現使用先進的LLM模型可以提高從非結構化文本創建這些圖譜的過程的準確性。此外，我們還探討了使用基礎LLM模型進行自動本體創建的潛力，從而生成更相關且準確的知識圖譜。本節描述了本研究中使用的方法，包括數據收集過程以及用于分析收集到的數據的實體-關系提取算法。

**A. 數據收集過程 **為了對實體-關系提取的兩種方法進行實驗性比較，我們從網絡上收集了有關可持續性主題的新聞數據。為此，我們使用了News API [21]系統。News API是一個HTTP REST API，用于從網絡上搜索和檢索實時文章。它提供了通過指定以下選項在網絡上發布的文章中進行搜索的功能：關鍵詞或短語、發布日期、來源域名和語言。通過使用News API，我們收集了2023-02-15至2023-03-19關于可持續性主題的94篇新聞文章。收集到的文本包含各種字數，從50個到超過4200個不等。由于輸入到語言模型中的令牌數量受到限制，因此需要進行額外的預處理步驟來處理包含大量單詞的文本。

**B. 關系提取方法 **關系提取是自然語言處理（NLP）中的一項基本任務，旨在識別句子或文檔中實體之間的語義關系。這項任務具有挑戰性，因為它需要理解實體出現的上下文以及它們之間存在的關系類型。在本小節中，我們將介紹如何利用REBEL和ChatGPT進行關系提取任務。1) REBEL：我們首先嘗試使用REBEL從非結構化新聞文章中提取關系。為了讓REBEL能夠使用提供的文本，需要使用相應的分詞器功能對其進行分詞。分詞是將原始文本分割成稱為令牌的較小單位的過程。令牌可以是單詞、字符或子詞。模型對令牌的限制為512個令牌，這意味著在將較長的收集到的文章發送到模型進行三元組提取之前，需要對其進行預處理。為了解決這個限制，我們將原始文本進行分詞，并將令牌劃分為256個令牌的批次。這些批次分別由REBEL模型處理，然后合并結果以提取較長文本的關系。還向提取的關系添加元數據，引用生成關系的令牌批次。采用這種方法，由于令牌批次可能在句子的中間開始或結束，某些關系可能無法準確提取。然而，這種情況發生的次數微乎其微。因此，我們將其處理留給未來的工作。實體-關系提取過程完成后，提取的信息存儲在三元組結構中。為了進一步規范提取的實體，我們執行實體鏈接[22]。實體鏈接是指將原始文本中提到的實體與知識庫中相應實體進行識別和關聯的過程。實體鏈接過程不屬于REBEL模型的一部分，它是用于優化提取關系的額外后處理步驟。在本研究中，我們使用DBpedia作為知識庫，并認為如果兩個實體具有相同的DBpedia URL，則它們是相同的。這方法不適用于DBpedia上不存在的實體。

2. ChatGPT：本文采用的第二種方法使用了OpenAI的ChatGPT [12]。我們使用ChatGPT創建了兩個實驗。第一個實驗提示ChatGPT從收集到的新聞文章中提取關系。在提取關系之后，我們遵循與REBEL模型相同的步驟，以創建一個全面的知識庫。第二個實驗側重于創建一個直接生成整個知識庫并編寫描述文本中識別到的概念的本體的提示。這種方法的目標是減少為了獲得最終知識圖譜而需要執行的手動步驟的數量。對于這兩個實驗，我們將參數“溫度”的值設為0，以獲得更具確定性的輸出，因為OpenAI模型本質上是非確定性的。

隨著廣泛的應用，人工智能(AI)催生了一系列與人工智能相關的研究活動。其中一個領域就是可解釋的人工智能。它是值得信賴的人工智能系統的重要組成部分。本文概述了可解釋的人工智能方法，描述了事后人工智能系統(為先前構建的常規人工智能系統提供解釋)和事后人工智能系統(從一開始就配置為提供解釋)。解釋的形式多種多樣:基于特征的解釋、基于說明性訓練樣本的解釋、基于嵌入式表示的解釋、基于熱度圖的解釋。也有結合了神經網絡模型和圖模型的概率解釋。可解釋人工智能與許多人工智能研究前沿領域密切相關，如神經符號人工智能和機器教學