Frontiers of Large Language Models: Empowering Decision Optimization, Scene Understanding, and Summarization Through Advanced Computational Approaches

Abstract

[ES] El advenimiento de los Large Language Models (LLMs) marca una fase transformadora en el campo de la Inteligencia Artificial (IA), significando el cambio hacia sistemas inteligentes y autónomos capaces de una comprensión y toma de decisiones complejas. Esta tesis profundiza en las capacidades multifacéticas de los LLMs, explorando sus posibles aplicaciones en la optimización de decisiones, la comprensión de escenas y tareas avanzadas de resumen de video en diversos contextos.

En el primer segmento de la tesis, el foco está en la comprensión semántica de escenas de Vehículos Aéreos No Tripulados (UAVs). La capacidad de proporcionar instantáneamente datos de alto nivel y señales visuales sitúa a los UAVs como plataformas ideales para realizar tareas complejas. El trabajo combina el potencial de los LLMs, los Visual Language Models (VLMs), y los sistemas de detección objetos de última generación para ofrecer descripciones de escenas matizadas y contextualmente precisas. Se presenta una implementación práctica eficiente y bien controlada usando microdrones en entornos complejos, complementando el estudio con métricas de legibilidad estandarizadas propuestas para medir la calidad de las descripciones mejoradas por los LLMs. Estos avances podrían impactar significativamente en sectores como el cine, la publicidad y los parques temáticos, mejorando las experiencias de los usuarios de manera exponencial.

El segundo segmento arroja luz sobre el problema cada vez más crucial de la toma de decisiones bajo incertidumbre. Utilizando el problema de Multi-Armed Bandits (MAB) como base, el estudio explora el uso de los LLMs para informar y guiar estrategias en entornos dinámicos. Se postula que el poder predictivo de los LLMs puede ayudar a elegir el equilibrio correcto entre exploración y explotación basado en el estado actual del sistema. A través de pruebas rigurosas, la estrategia informada por los LLMs propuesta demuestra su adaptabilidad y su rendimiento competitivo frente a las estrategias convencionales.

A continuación, la investigación se centra en el estudio de las evaluaciones de bondad de ajuste de las Generative Adversarial Networks (GANs) utilizando la Signature Transform. Al proporcionar una medida eficiente de similitud entre las distribuciones de imágenes, el estudio arroja luz sobre la estructura intrínseca de las muestras generadas por los GANs. Un análisis exhaustivo utilizando medidas estadísticas como las pruebas de Kruskal-Wallis proporciona una comprensión más amplia de la convergencia de los GANs y la bondad de ajuste.

En la sección final, la tesis introduce un nuevo benchmark para la síntesis automática de vídeos, enfatizando la integración armoniosa de los LLMs y la Signature Transform. Se propone un enfoque innovador basado en los componentes armónicos capturados por la Signature Transform. Las medidas son evaluadas extensivamente, demostrando ofrecer una precisión convincente que se correlaciona bien con el concepto humano de un buen resumen.

Este trabajo de investigación establece a los LLMs como herramientas poderosas para abordar tareas complejas en diversos dominios, redefiniendo la optimización de decisiones, la comprensión de escenas y las tareas de resumen de video. No solo establece nuevos postulados en las aplicaciones de los LLMs, sino que también establece la dirección para futuros trabajos en este emocionante y rápidamente evolucionante campo.

[CA] L'adveniment dels Large Language Models (LLMs) marca una fase transformadora en el camp de la Intel·ligència Artificial (IA), significat el canvi cap a sistemes intel·ligents i autònoms capaços d'una comprensió i presa de decisions complexes. Aquesta tesi profunditza en les capacitats multifacètiques dels LLMs, explorant les seues possibles aplicacions en l'optimització de decisions, la comprensió d'escenes i tasques avançades de resum de vídeo en diversos contexts.

En el primer segment de la tesi, el focus està en la comprensió semàntica d'escenes de Vehicles Aeris No Tripulats (UAVs). La capacitat de proporcionar instantàniament dades d'alt nivell i senyals visuals situa els UAVs com a plataformes ideals per a realitzar tasques complexes. El treball combina el potencial dels LLMs, els Visual Language Models (VLMs), i els sistemes de detecció d'objectes d'última generació per a oferir descripcions d'escenes matisades i contextualment precises. Es presenta una implementació pràctica eficient i ben controlada usant microdrons en entorns complexos, complementant l'estudi amb mètriques de llegibilitat estandarditzades proposades per a mesurar la qualitat de les descripcions millorades pels LLMs. Aquests avenços podrien impactar significativament en sectors com el cinema, la publicitat i els parcs temàtics, millorant les experiències dels usuaris de manera exponencial.

El segon segment arroja llum sobre el problema cada vegada més crucial de la presa de decisions sota incertesa. Utilitzant el problema dels Multi-Armed Bandits (MAB) com a base, l'estudi explora l'ús dels LLMs per a informar i guiar estratègies en entorns dinàmics. Es postula que el poder predictiu dels LLMs pot ajudar a triar l'equilibri correcte entre exploració i explotació basat en l'estat actual del sistema. A través de proves rigoroses, l'estratègia informada pels LLMs proposada demostra la seua adaptabilitat i el seu rendiment competitiu front a les estratègies convencionals.

A continuació, la recerca es centra en l'estudi de les avaluacions de bondat d'ajust de les Generative Adversarial Networks (GANs) utilitzant la Signature Transform. En proporcionar una mesura eficient de similitud entre les distribucions d'imatges, l'estudi arroja llum sobre l'estructura intrínseca de les mostres generades pels GANs. Una anàlisi exhaustiva utilitzant mesures estadístiques com les proves de Kruskal-Wallis proporciona una comprensió més àmplia de la convergència dels GANs i la bondat d'ajust.

En la secció final, la tesi introdueix un nou benchmark per a la síntesi automàtica de vídeos, enfatitzant la integració harmònica dels LLMs i la Signature Transform. Es proposa un enfocament innovador basat en els components harmònics capturats per la Signature Transform. Les mesures són avaluades extensivament, demostrant oferir una precisió convincent que es correlaciona bé amb el concepte humà d'un bon resum.

Aquest treball de recerca estableix els LLMs com a eines poderoses per a abordar tasques complexes en diversos dominis, redefinint l'optimització de decisions, la comprensió d'escenes i les tasques de resum de vídeo. No solament estableix nous postulats en les aplicacions dels LLMs, sinó que també estableix la direcció per a futurs treballs en aquest emocionant i ràpidament evolucionant camp.

[EN] The advent of Large Language Models (LLMs) marks a transformative phase in the field of Artificial Intelligence (AI), signifying the shift towards intelligent and autonomous systems capable of complex understanding and decision-making. This thesis delves deep into the multifaceted capabilities of LLMs, exploring their potential applications in decision optimization, scene understanding, and advanced summarization tasks in diverse contexts.

In the first segment of the thesis, the focus is on Unmanned Aerial Vehicles' (UAVs) semantic scene understanding. The capability of instantaneously providing high-level data and visual cues positions UAVs as ideal platforms for performing complex tasks. The work combines the potential of LLMs, Visual Language Models (VLMs), and state-of-the-art detection pipelines to offer nuanced and contextually accurate scene descriptions. A well-controlled, efficient practical implementation of microdrones in challenging settings is presented, supplementing the study with proposed standardized readability metrics to gauge the quality of LLM-enhanced descriptions. This could significantly impact sectors such as film, advertising, and theme parks, enhancing user experiences manifold.

The second segment brings to light the increasingly crucial problem of decision-making under uncertainty. Using the Multi-Armed Bandit (MAB) problem as a foundation, the study explores the use of LLMs to inform and guide strategies in dynamic environments. It is postulated that the predictive power of LLMs can aid in choosing the correct balance between exploration and exploitation based on the current state of the system. Through rigorous testing, the proposed LLM-informed strategy showcases its adaptability and its competitive performance against conventional strategies.

Next, the research transitions into studying the goodness-of-fit assessments of Generative Adversarial Networks (GANs) utilizing the Signature Transform. By providing an efficient measure of similarity between image distributions, the study sheds light on the intrinsic structure of the samples generated by GANs. A comprehensive analysis using statistical measures, such as the test Kruskal-Wallis, provides a more extensive understanding of the GAN convergence and goodness of fit.

In the final section, the thesis introduces a novel benchmark for automatic video summarization, emphasizing the harmonious integration of LLMs and Signature Transform. An innovative approach grounded in the harmonic components captured by the Signature Transform is put forth. The measures are extensively evaluated, proving to offer compelling accuracy that correlates well with the concept of a good summary.

This research work establishes LLMs as powerful tools in addressing complex tasks across diverse domains, redefining decision optimization, scene understanding, and summarization tasks. It not only breaks new ground in the applications of LLMs but also sets the direction for future work in this exciting and rapidly evolving field.