最新推出的適合中文LMM體質的基準CMMMU：包含超過30個細分學科和12K個專家級題目

隨著多模態大模型（LMM）的不斷進步，對於評估LMM性能的需求也在增長。尤其在中文環境下，評估LMM的高階知識和推理能力變得更加重要。

在這個背景下，為了評估基本模型在中文各種任務中的專家級多模態理解能力，M-A-P 開源社群、港科大、滑鐵盧大學和零一萬物共同推出了CMMMU（Chinese Massive Multi-discipline Multimodal Understanding and Reasoning）基準。該基準旨在提供一個全面的中文大規模多學科多模態理解和推理的評估平台。透過此基準，研究人員可以測試模型在多種任務中的表現，並比較其專業程度的多模態理解能力。這個聯合計畫的目標是促進中文多模態理解和推理領域的發展，並為相關研究提供一個標準化的參考。

CMMMU 涵蓋了六個大類學科，包括藝術、商業、健康和醫學、科學、人文與社會科學、技術與工程，涉及30多個細分領域學科。下圖展示了每個細分領域學科的一個題目範例。 CMMMU 是第一個在中文背景下的多模態基準之一，也是少數幾個檢視LMM複雜理解和推理能力的多模態基準之一。

資料集建構

資料擷取

資料收集分為三個階段。首先，研究者為每科收集符合版權許可要求的題目來源，包括網頁或書籍。在此過程中，他們努力避免題源重複，以確保資料的多樣性和準確性。 其次，研究者將題源轉送給眾包標註者進一步的標註。所有的標註者都是擁有本科或更高學位的人員，以確保他們能夠驗證標註的問題和相關的解釋。在標註過程中，研究者要求標註者嚴格遵循標註原則。例如，過濾掉那些不需要圖片就能回答的問題，盡可能地過濾掉使用相同影像的問題，以及過濾掉那些不需要專家知識來回答的問題。 最後，為了平衡資料集中每個科目題目的數量，研究者們專門補充問題收集較少的科目。這樣做可以確保資料集的完整性和代表性，使得後續的分析和研究更準確和全面。

資料集清洗

為了進一步提高CMMMU的資料質量，研究者們遵循嚴格的資料品質控制協定.首先，每個問題都由至少一位論文作者親自驗證。其次，為了避免資料污染問題，他們也篩選了那些幾個LLM也能回答出來的問題，而不需要藉助OCR技術。這些措施確保了CMMMU數據的可靠性和準確性。

資料集概覽

#CMMMU共有12K個題目，分為少樣本開發集、驗證集、測試集。少樣本開發集包含每個學科約5個題目，驗證集有900個題目，測試集有11K個題目。題目涵蓋了39種類型的圖片，包括病理圖、樂譜圖、電路圖、化學結構圖等。這些題目依邏輯難度而非智力難度分為簡單（30%）、中等（58%）和困難（12%）三個難度等級。更多題目統計資料可見表2和表3。

實驗

團隊測試了多種主流的中英文雙語LMM 以及幾個LLM 在CMMMU 上的表現。其中包含了閉源和開源模型。評估過程使用 zero-shot 設置，而不是微調或 few-shot 設置，以檢查模型的原始能力。 LLM 也加入了圖片 OCR 結果 text 作為輸入的實驗。所有的實驗都是在 NVIDIA A100 圖形處理器上進行的。

主要結果

#表 4 展示了實驗結果：

一些重要發現包括：

#- CMMMU 比MMMU 更具挑戰性，而這是在MMMU 已經非常具有挑戰性的前提下。  

GPT-4V 在中文情境下的準確率僅為 41.7% ，而在英語情境下的準確率為 55.7% 。這表明，現有的跨語言泛化方法甚至對於最先進的閉源 LMM 都不夠好。

- 與 MMMU 相比，國內代表性的開源模型與 GPT-4V 之間的差距相對較小。

Qwen-VL-Chat 和GPT-4V 在MMMU 上的差異為13.3% ，而BLIP2-FLAN-T5-XXL 和GPT-4V 在MMMU 上的差異為21.9% 。令人驚訝的是，Yi-VL-34B 甚至將CMMMU 上開源雙語LMM 和GPT-4V 之間的差距縮小到了7.5% ，這意味著在中文環境下，開源雙語LMM 與GPT-4V 相當，這在開源社群中是一個有希望的進步。

- 在開源社群中，追求中文專家多模態人工通用智慧 (AGI) 的遊戲才剛開始。

團隊指出，除了最近發布的Qwen-VL-Chat、 Yi-VL-6B 和Yi-VL-34B 外，所有來自開源社群的雙語LMM 只能達到與CMMMU 的frequent choice 相當的精度。

對不同題目難度與題目的分析

- 不同題目類型

Yi-VL 系列、 Qwen-VL-Plus 和GPT-4V 之間的差異主要還是因為它們回答選擇題的能力不同。

不同題目類型的結果如表5 所示：

- 不同題目難度

結果中值得注意的是，最好的開源LMM (即Yi-VL-34B) 和GPT-4V 在面對中等和困難的問題時存在較大的差距。這進一步有力地證明，開源 LMM 和 GPT-4V 之間的關鍵差異在於在複雜條件下的計算和推理能力。

不同題目難度的結果如表6 所示：

##錯誤分析

研究者仔細分析了GPT-4V 的錯誤答案。如下圖所示，錯誤的主要類型有感知錯誤、缺乏知識、推理錯誤、拒絕回答和註釋錯誤。分析這些錯誤類型是理解當前 LMM 的能力和限制的關鍵，也可以指導未來設計和培訓模型的改進。

- 知覺錯誤(26%) : 知覺錯誤是GPT-4V 產生錯誤範例的主要原因之一。一方面，當模型無法理解圖像時，會引入對圖像基本感知的偏差，從而導致不正確的反應。另一方面，當模型遇到特定領域知識、隱含意義或不明確的公式中的歧義時，它往往表現出特定領域的知覺錯誤。在這種情況下，GPT-4V 傾向於更多地依賴基於文字訊息的回答 (即問題和選項) ，優先考慮文字訊息而不是視覺輸入，從而導致理解多模態資料的偏差。

- 推理錯誤 (26%) :# 推理錯誤是 GPT-4V 產生錯誤範例的另一個主要因素。在模型正確地感知到圖像和文字所傳達的意義的情況下，在解決需要複雜邏輯和數學推理的問題時，推理過程中仍會出現錯誤。通常，這種錯誤是由於模型較弱的邏輯和數學推理能力所造成的。

- 缺乏知識 (22%) : 缺乏專業知識也是 GPT-4V 錯誤作答的原因之一。由於 CMMMU 是評估 LMM 專家 AGI 的基準，因此需要不同學科和次領域的專家級知識。因此，將專家級知識注入 LMM 也是可以努力的方向之一。

- 拒絕回答 (12%) : 模型拒絕回答也是常見的現象。透過分析，他們指出模型拒絕回答問題的幾個原因: (1) 模型未能從圖像中感知到資訊；(2) 是涉及宗教問題或個人現實生活資訊的問題，模型會主動迴避；(3)當問題涉及性別和主觀因素時，模型避免直接提供答案。

- 其錯誤：其餘的錯誤包括文字理解錯誤(7%)、標註錯誤(2%) 和答案提取錯誤(5%)。這些錯誤是由於複雜的結構追蹤能力、複雜的文字邏輯理解、回應產生的限制、資料標註的錯誤以及答案匹配提取中遇到的問題等多種因素造成的。

結論

CMMMU 基準測試標誌著高階通用人工智慧 (AGI) 開發的重大進展。 CMMMU 的設計是為了嚴格評估最新的大型多模態模型 (LMMs) ，並測試基本的感知技能，複雜的邏輯推理，以及在特定領域的深刻專業知識。研究透過比較中英雙語語境下 LMM 的推理能力，指出其中的差異。這種詳盡的評估對於判定模型水準與各領域經驗豐富的專業人員的熟練程度的差距至關重要。

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