文章來(lái)源：我愛(ài)計(jì)算機(jī)視覺(jué)（ID：aicvml）

你是否發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的多模態(tài)大模型（MLLMs）雖然在單次回答上表現(xiàn)驚艷，但往往像個(gè)“健忘癥患者”？它們處理每一個(gè)問(wèn)題時(shí)都是從零開(kāi)始（de novo），反復(fù)掉進(jìn)同一個(gè)坑里，昨天犯過(guò)的視覺(jué)識(shí)別錯(cuò)誤，今天換個(gè)姿勢(shì)又犯一遍。

已有的記憶增強(qiáng)Agent大多只是簡(jiǎn)單地把過(guò)去的“軌跡”存起來(lái)。但這種做法有兩個(gè)硬傷：一是“撿了芝麻丟了西瓜”，隨著記憶被反復(fù)壓縮，關(guān)鍵的領(lǐng)域知識(shí)逐漸流失；二是“偏科”，往往只記住了邏輯層面的總結(jié)，卻丟掉了視覺(jué)感知的細(xì)節(jié)。這完全不符合人類(lèi)的認(rèn)知習(xí)慣——我們的語(yǔ)義記憶是“多模態(tài)且融合”的，既有對(duì)“長(zhǎng)什么樣”的視覺(jué)印象，也有對(duì)“怎么推理”的邏輯抽象。

針對(duì)這個(gè)痛點(diǎn)，南京理工大學(xué)聯(lián)合百度等機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的雙流記憶框架——ViLoMem（Visual-Logical Memory）。它像人類(lèi)大腦一樣，分門(mén)別類(lèi)地存儲(chǔ)“視覺(jué)干擾模式”和“邏輯推理錯(cuò)誤”，讓模型不僅知道“怎么想”，更知道“往哪看”。在六個(gè)多模態(tài)基準(zhǔn)測(cè)試中，ViLoMem顯著減少了重復(fù)的視覺(jué)和邏輯錯(cuò)誤，特別是在數(shù)學(xué)推理任務(wù)上表現(xiàn)搶眼。

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  論文地址 ：https://arxiv.org/abs/2511.21678

• 機(jī)構(gòu) ：南京理工大學(xué)、百度、阿德萊德大學(xué)AIML、新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)

• 作者 ：Weihao Bo, Shan Zhang, Yanpeng Sun等

• 項(xiàng)目主頁(yè) ：https://weihao-bo.github.io/ViLoMeo-page/

• 代碼倉(cāng)庫(kù) ：https://github.com/weihao-bo/ViLoMem

現(xiàn)有的多模態(tài)模型在解決復(fù)雜問(wèn)題（特別是數(shù)學(xué)和圖表題）時(shí)，很多時(shí)候不是“腦子”不夠用，而是“眼睛”沒(méi)看準(zhǔn)。比如，把圖中的三角形看成了直角三角形，或者忽略了關(guān)鍵的陰影部分。

如下圖1所示，當(dāng)模型面對(duì)一個(gè)多模態(tài)問(wèn)題時(shí)，早期的嘗試可能既包含邏輯錯(cuò)誤，也包含視覺(jué)錯(cuò)誤。如果只通過(guò)文本反饋來(lái)修正，模型往往難以糾正底層的感知偏差。

ViLoMem 的核心洞見(jiàn)在于：視覺(jué)注意力的錯(cuò)誤直接導(dǎo)致了下游的邏輯幻覺(jué)，形成連鎖反應(yīng)。 因此，必須將“視覺(jué)干擾”和“邏輯幻覺(jué)”解耦，分別建立記憶。

• 視覺(jué)流（Visual Stream） ：負(fù)責(zé)記住“哪里容易看錯(cuò)”。比如，“當(dāng)看到這種反光的物體表面時(shí)，不要誤以為是某種材質(zhì)”。

• 邏輯流（Logical Stream） ：負(fù)責(zé)記住“推理規(guī)則”。比如，“應(yīng)用垂直平分線定理前，先確認(rèn)點(diǎn)是否在直線上”。

這種設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于人類(lèi)的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)：人類(lèi)的大腦有專(zhuān)門(mén)的視覺(jué)聯(lián)想皮層（處理視覺(jué)語(yǔ)義）和頂下小葉等區(qū)域（處理抽象規(guī)則），并通過(guò)前顳葉（ATL）進(jìn)行整合。ViLoMem 正是模擬了這種機(jī)制。

ViLoMem 框架詳解：生長(zhǎng)與精煉

ViLoMem 是一個(gè)即插即用的雙流記憶框架，通過(guò)一個(gè)閉環(huán)的“記憶周期”（Memory Cycle）來(lái)實(shí)現(xiàn)持續(xù)學(xué)習(xí)。整個(gè)流程包括記憶的檢索、利用、生成和更新。

記憶生成：精準(zhǔn)歸因，結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)

當(dāng)模型在某個(gè)問(wèn)題上失敗時(shí)，ViLoMem 不會(huì)籠統(tǒng)地記錄“這題做錯(cuò)了”，而是啟動(dòng)并行的錯(cuò)誤歸因生成機(jī)制：

1. 視覺(jué)記憶生成 ：利用 MLLM 分析圖像和錯(cuò)誤軌跡，判斷是否發(fā)生了視覺(jué)誤解（如對(duì)象混淆、符號(hào)遺漏）。如果是，則生成一條 視覺(jué)指南（Visual Guideline） ，告訴模型“下次遇到類(lèi)似的圖，要特別注意查看XXX區(qū)域”。

2. 邏輯記憶生成 ：利用 LLM 純粹從文本層面分析推理鏈，識(shí)別計(jì)算錯(cuò)誤或公式誤用，生成 邏輯指南（Logic Guideline） 。

為了避免記憶庫(kù)無(wú)限膨脹導(dǎo)致檢索困難，ViLoMem 遵循“生長(zhǎng)與精煉（Grow-and-Refine）”原則。新生成的指南會(huì)與已有記憶進(jìn)行相似度比對(duì)：如果發(fā)現(xiàn)相似的錯(cuò)誤模式，就進(jìn)行合并（Merge），提煉出更通用的規(guī)則；如果是新的錯(cuò)誤類(lèi)型，則創(chuàng)建（Create）新的記憶條目。這種機(jī)制有效防止了災(zāi)難性遺忘和知識(shí)碎片化。

記憶檢索：雙重策略，有的放矢

在解決新問(wèn)題時(shí)，ViLoMem 采用差異化的檢索策略來(lái)獲取最相關(guān)的建議：

• 視覺(jué)記憶檢索（兩階段法）：

• • 第1步 ：先用圖像嵌入（Image Embedding）快速召回視覺(jué)上相似的歷史案例。

  • 第2步 ：再用文本嵌入（Text Embedding）結(jié)合當(dāng)前問(wèn)題的具體語(yǔ)義進(jìn)行重排序。

  • 高亮 ：為了更直觀地指導(dǎo)模型“往哪看”，ViLoMem還會(huì)根據(jù)檢索到的錯(cuò)誤模式，生成 問(wèn)題感知注意力圖（Question-Aware Attention Map） ，高亮顯示圖像中容易出錯(cuò)的區(qū)域作為輔助輸入。

• 邏輯記憶檢索（精準(zhǔn)定位）：

• • 先對(duì)當(dāng)前問(wèn)題進(jìn)行分析，提取學(xué)科領(lǐng)域和關(guān)鍵概念（如“幾何”、“勾股定理”）。

  • 利用這些結(jié)構(gòu)化信息構(gòu)造查詢(xún)向量，在邏輯記憶庫(kù)中精準(zhǔn)匹配相關(guān)的推理規(guī)則。

如下圖3所示，無(wú)論是材質(zhì)識(shí)別的視覺(jué)陷阱，還是圖表讀數(shù)的細(xì)節(jié)錯(cuò)誤，ViLoMem 都能精準(zhǔn)地從歷史經(jīng)驗(yàn)中提取出對(duì)應(yīng)的“避坑指南”。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：全方位提升

研究團(tuán)隊(duì)在 MMMU、MathVista、MathVision 等六個(gè)主流多模態(tài)基準(zhǔn)上對(duì) ViLoMem 進(jìn)行了廣泛評(píng)估。涵蓋了 GPT-4.1、Qwen3-VL-235B 和 Qwen3-VL-8B 等不同規(guī)模的模型。

主實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表1所示，ViLoMem 在所有模型和基準(zhǔn)上均取得了一致的性能提升。

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  數(shù)學(xué)推理提升顯著 ：在 MathVision 上，GPT-4.1 結(jié)合 ViLoMem 后準(zhǔn)確率提升了 6.48% 。這印證了論文的觀點(diǎn)：數(shù)學(xué)任務(wù)對(duì)視覺(jué)感知的精確度要求極高，消除視覺(jué)誤差能帶來(lái)巨大的收益。

• 小模型也有大智慧 ：8B 參數(shù)量的 Qwen3-VL 在 MMMU 上提升了 4.38% ，說(shuō)明結(jié)構(gòu)化的外部記憶可以有效補(bǔ)充小模型參數(shù)知識(shí)的不足。

為了驗(yàn)證雙流記憶的必要性，研究者進(jìn)行了詳細(xì)的消融實(shí)驗(yàn)（下表2）。

結(jié)果顯示，單獨(dú)去掉邏輯記憶或視覺(jué)記憶都會(huì)導(dǎo)致性能下降。更有趣的是，視覺(jué)錯(cuò)誤主導(dǎo)了記憶生成（如圖4 （a）所示，約59%-93%的生成事件源于視覺(jué)錯(cuò)誤），這再次強(qiáng)調(diào)了在多模態(tài)任務(wù)中關(guān)注視覺(jué)感知的重要性。

跨模型與跨領(lǐng)域遷移

ViLoMem 還展現(xiàn)出了優(yōu)秀的通用性：

• 跨模型遷移 ：把強(qiáng)模型（如 Qwen3-VL-235B）生成的記憶給弱模型（如 8B）使用，弱模型的性能甚至超過(guò)了自我生成的記憶（下表3）。這意味著我們可以用大模型“教”小模型避坑。

• 跨領(lǐng)域遷移 ：雖然任務(wù)對(duì)齊的記憶效果最好，但在 MathVision 和 RealWorldQA 這樣都依賴(lài)空間推理的任務(wù)間，記憶也表現(xiàn)出了正向的遷移效果（下表4）。

ViLoMem 的成功給我們帶來(lái)了一個(gè)重要的啟示：在追求更大的模型參數(shù)之前，也許我們應(yīng)該先優(yōu)化模型“從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)”的能力。人類(lèi)之所以聰明，很大程度上是因?yàn)槲覀兡苡涀　吧洗挝以谶@里跌了一跤”。

這種將感知（視覺(jué)）與認(rèn)知（邏輯）解耦并協(xié)同的記憶機(jī)制，或許能成為大模型能力不斷進(jìn)階的“錯(cuò)題集”。