We present modality gap, an intriguing geometric phenomenon of the representation space of multi-modal models. Specifically, we show that different data modalities (e.g. images and text) are embedded at arm's length in their shared representation in multi-modal models such as CLIP. Our systematic analysis demonstrates that this gap is caused by a combination of model initialization and contrastive learning optimization. In model initialization, we show empirically and theoretically that the representation of a common deep neural network is restricted to a narrow cone. As a consequence, in a multi-modal model with two encoders, the representations of the two modalities are clearly apart when the model is initialized. During optimization, contrastive learning keeps the different modalities separate by a certain distance, which is influenced by the temperature parameter in the loss function. Our experiments further demonstrate that varying the modality gap distance has a significant impact in improving the model's downstream zero-shot classification performance and fairness. Our code and data are available at https://modalitygap.readthedocs.io/


翻译:我们的系统分析表明,这一差距是由模型初始化和对比性学习优化相结合造成的。在模型初始化中,我们从经验上和理论上表明,共同的深神经网络的表示仅限于一个狭窄的锥体。因此,在两个编码器的多模式模型中,两种模式的表示方式(例如图像和文本)在模型初始化时明显分离。在优化过程中,对比学习使不同模式因一定距离而分离,而该距离受损失函数中温度参数的影响。我们的实验进一步表明,不同模式差距对于改进模型下游零点分类性能和公平性具有重大影响。我们的代码和数据见https://modalitygap.readthedocs.io/

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