跨七大领域通用世界模型框架 JEPA-Anything:一套学习方案搞定视觉、生物、气候与分子模拟

来自PhAI Labs、香港中文大学、复旦、斯坦福、牛津、普林斯顿的联合团队发布JEPA-Anything,一套领域无关的世界模型构建框架。不同于传统思路为每个场景单独定制预测模型,JEPA-Anything依靠一套共享学习范式,适配7大截然不同的领域:视觉、生物学、临床轨迹、机器人控制、分子动力学、物理场、天气。

  • GitHub:https://github.com/Gen-Verse/JEPA-Anything
  • 模型:https://huggingface.co/collections/Gen-Verse/jepa-anything

原有JEPA的短板:容量分配问题

经典JEPA(I-JEPA、V-JEPA 2)架构由上下文编码器、EMA目标编码器与单个预测器组成,预测器只输出单一目标嵌入。

跨七大领域通用世界模型框架 JEPA-Anything:一套学习方案搞定视觉、生物、气候与分子模拟

团队指出这里存在容量分配缺陷:数据中方差高的结构会主导学习过程,变化微弱的模式会收到冲突梯度,模型无法均衡学习多尺度、多类型信息。JEPA-Anything引入正交预测分解(OPF, Orthogonal Prediction Decomposition)扩展JEPA,解决这个痛点。

正交预测分解OPF原理

OPF把维度为d的潜在目标空间,切分成K个互不重叠、维度r的学习子空间(d=K×r,实验常用K=4),每个子空间配备独立预测器。各个因子的预测结果,通过投影矩阵的Moore-Penrose伪逆重新合并,还原完整潜在状态,用于解码、规划与虚拟推演rollout。

配套三项正则化约束,保障各个子空间有效工作:

  1. 正交损失:保证投影器内部列正交归一,不同投影器落在互不重叠子空间
  2. 因子活动损失:利用铰链约束,避免某个子因子完全失效
  3. 编码器方差损失:直接向在线编码器发送信号,防止表征坍缩

OPF损失叠加在各领域原有训练损失之上。领域适配器负责不同数据的分词与编码;核心模块对外暴露OrthogonalFactorProjection组件。正交特性极大提升合成推演稳定性:在CITRIS Interventional Pong任务,普通多头模型条件数438.52,OPF正交版本低至1.00005,因子之间几乎没有重叠干扰。

实验结果

第一组:终端读出任务

单细胞PBMC零样本聚类AvgBIO指标提升至0.7752(基线Cell-JEPA为0.7194);Norman基因扰动实验Pearson相关系数从0.787提升至0.814。UK Biobank超千项临床事件预测,平均PRAUC达到0.718,高于标准JEPA的0.711。

第二组:潜在动力学推演(rollout)

在Interventional Pong上,单次干预MSE下降34.83%,未见过的组合干预指标提升12.90%,6步推演误差提升8.58%。全部10项动力学任务均优于同参数量标准JEPA基线,覆盖CausalWorld、DeepMind Control、PDEBench、WeatherBench2。

APEBench Burgers方程测试,6步推演误差下降约44.7%,所有随机种子下均稳定优于基线。在水、石英、对乙酰氨基酚、苯分子的100步长时序推演,TrajCast主干下取得最低MAE与RMSD。

规划任务:效果有差异

参数控制在0.3%差异范围内,JEPA-Anything在Walker2d、HalfCheetah环境提升CEM规划回报;但Hopper环境下,标准JEPA表现更好。

第三组:科学发现能力

因子分析自动提出IL-18联合CD73阻断作为癌症干预方案;后续湿实验,包含共培养、患者来源类器官、肿瘤切片、小鼠体内实验,验证该方案有效。

模型潜在轨迹还还原出开普勒定律,拟合斜率-1.4991,非常接近理论值-1.5。

横向对比 JEPA-Anything / V-JEPA2 / DINO-WM / DreamerV3 / TD-MPC2

  • JEPA-Anything:核心为带K个正交预测因子的JEPA;支持7个跨学科领域;Apache-2.0许可证,HuggingFace提供分领域研究权重
  • V-JEPA 2:视频JEPA+动作条件;聚焦视频与机器人操作;MIT/Apache2.0
  • DINO-WM:在预训练视觉特征上构建世界模型;场景偏向迷宫、物体推挤;MIT
  • DreamerV3:世界模型+想象空间内Actor-Critic强化学习;适合多RL任务;MIT
  • TD-MPC2:无解码器潜在动力学+模型预测控制;覆盖104项连续控制任务;MIT

要点小结

  1. 核心创新:OPF正交预测分解,把JEPA单一潜在目标拆分为多个正交子因子,搭配独立预测器,解决容量分配失衡。
  2. 性能:10项动力学任务全部超越基线JEPA,物理、分子、生物、气候仿真提升明显;强化学习规划任务效果视环境而定。
  3. 科学价值:不仅做预测推演,还可以挖掘生物干预方案、还原基础物理定律。
  4. 开源:核心代码Apache-2.0许可,Hugging Face发布研究用检查点。
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