Despite the success of large vision and language models (VLMs) in many downstream applications, it is unclear how well they encode compositional information. Here, we create the Attribution, Relation, and Order (ARO) benchmark to systematically evaluate the ability of VLMs to understand different types of relationships, attributes, and order. ARO consists of Visual Genome Attribution, to test the understanding of objects' properties; Visual Genome Relation, to test for relational understanding; and COCO & Flickr30k-Order, to test for order sensitivity. ARO is orders of magnitude larger than previous benchmarks of compositionality, with more than 50,000 test cases. We show where state-of-the-art VLMs have poor relational understanding, can blunder when linking objects to their attributes, and demonstrate a severe lack of order sensitivity. VLMs are predominantly trained and evaluated on large datasets with rich compositional structure in the images and captions. Yet, training on these datasets has not been enough to address the lack of compositional understanding, and evaluating on these datasets has failed to surface this deficiency. To understand why these limitations emerge and are not represented in the standard tests, we zoom into the evaluation and training procedures. We demonstrate that it is possible to perform well on retrieval over existing datasets without using the composition and order information. Given that contrastive pretraining optimizes for retrieval on datasets with similar shortcuts, we hypothesize that this can explain why the models do not need to learn to represent compositional information. This finding suggests a natural solution: composition-aware hard negative mining. We show that a simple-to-implement modification of contrastive learning significantly improves the performance on tasks requiring understanding of order and compositionality.


翻译:尽管在许多下游应用中,大型视觉和语言模型(VLMs)取得了成功,但尚不清楚它们是如何很好地编码组成信息。在这里,我们创建了属性、关系和秩序(ARO)基准,以便系统地评估VLMs理解不同类型关系、属性和秩序的能力。ARO包括视觉基因组属性(VLMs),以测试对物体属性的理解;视觉基因组关系(VLMs),以测试关系理解;以及COCO & Flick30k-Order,以测试顺序敏感性。ARO是比先前的构成基准(regical)更大的数量级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级

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