Modeling)Influence)) and)Innovaon)) in)Contemporary...

60
Modeling Influence and Innova0on in Contemporary Western Music Uri Shalit, Daphna Weinshall and Gal Chechik ICML 2013 Case Study Inference and Representation DS-GA-1005, Fall 2015

Transcript of Modeling)Influence)) and)Innovaon)) in)Contemporary...

Modeling  Influence    and  Innova0on    

in  Contemporary  Western  Music  

Uri Shalit, Daphna Weinshall and Gal Chechik ICML 2013

Case Study Inference and Representation

DS-GA-1005, Fall 2015

What  is  the  role  of  influence  and  innova3on  in  art?  

Las  Meninas,  Velázquez  1656  

Las  Meninas,    Picasso  1957  

Furry  Lewis  1927  

Radiohead    1998  

What  is  the  role  of  influence  and  innova3on  in  art?  

Furry  Lewis  1927  

Radiohead    1998  

What  is  the  role  of  influence  and  innova3on  in  art?  

Furry  Lewis  1927  

Radiohead    1998  

What  is  the  role  of  influence  and  innova3on  in  art?  

Furry  Lewis  1927  

Radiohead    1998  

What  is  the  role  of  influence  and  innova3on  in  art?  

•  How  do  people  perceive  music?  

•  Experts  find  individual  ar0s0c    influence  and  innova0on  

•  Difficult  to  grasp  10,000s  of  songs  and  diverse  genres  at  once  

A  (very!)  hard  perceptual  problem

•  Process  all  the  music  in  the  world  with  a  holis0c  view  

•  One  step  beyond  object-­‐  and  speech-­‐recogni0on  

Machine  percep0on

Outline  of  our  approach The  large  scale  data  

25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

Outline  of  our  approach The  large  scale  data  

25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

The  Million  Songs  Dataset

•  Public  dataset  with  1,000,000  songs,  each  with  detailed  acous0c  features  

•  Rich  (but  noisy)  metadata:  ar0st  familiarity,  genre  tags  

The  Million  Songs  Dataset

Outline  of  our  approach The  large  scale  data  

25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

Outline  of  our  approach The  large  scale  data  

25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

•  Acous0c  signal  processing  •  The  probabilis0c  model  –  concept  

•  The  probabilis0c  model  -­‐  mathema0cally  

Acous0c  Paaerns

1  sec

Acous0c  Paaerns

12  basis  func0ons  for  0mbre-­‐descriptor

×

0.1 0.2 0.8 0.7 0.7 0.2 0.3 0.1 0.5 0.6 0.1 0.2

=

Acous0c  Paaerns

12  rela0ve  values  for  pitch-­‐descriptor  (tonal  scale)

×

0.4 0.2 0.9 0.1 0.1 0.5 0.6 0.2 0.7 0.4 1.0 0.1

=

Acous0c  Paaerns

Cluster  descriptors  into  5000  paaerns

Outline  of  our  approach The  large  scale  data  

25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

•  Acous0c  signal  processing  •  The  probabilis0c  model  –  concept  

•  The  probabilis0c  model  -­‐  mathema0cally  

Probabilis0c  Genera0ve  Model

Topic-­‐song

Topic-­‐acous,c  pa.ern

Assume  there  is  a  complex  probability  distribu0on  genera0ng  the  observed  data  

Find  the  distribu0on  parameters    which  maximize  the  likelihood  of  the  observed  data  

Song  influence

Gerrish,  S.,  &  Blei,  D.  M.  (2010).  A  language-­‐based  approach  to  measuring  scholarly  impact.    

Proceedings  of  the  27th  Interna0onal  Conference  on  Machine  Learning  (ICML-­‐10)      

Genres  !  Topics

Humans  understand  music  through  genres  

Automa0cally  discover  genre  structure  !topics  

What  defines  a  topic?

… prob

ability

•  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous&c  pa)erns  

What  defines  a  topic?

… prob

ability

•  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous&c  pa)erns  

What  defines  a  topic?

… prob

ability

•  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous&c  pa)erns  

What  defines  a  topic?

… prob

ability

•  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous&c  pa)erns  

Topic  1 Topic  2

What  defines  a  topic?

•  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous&c  pa)erns  

A  song  is  a  distribu0on  over  topics

•  Model  each  song  as  a  mixture  of  topics  

A  song  is  a  distribu0on  over  topics

•  Model  each  song  as  a  mixture  of  topics  

•  For  example  Björk’s  1995  song  Isobel  

=  0.48  ×  topic  #3  +  0.38  ×  topic  #15          +.14  (18  other  topics)    

Topic  3  is  about  pop  &  classical  Topic  15  is  about  electronic  &  hip-­‐hop

A  song  is  a  distribu0on  over  topics

•  Model  each  song  as  a  mixture  of  topics  

•  For  example  Björk’s  1995  song  Isobel  

=  0.48  ×  topic  #3  +  0.38  ×  topic  #15          +.14  (18  other  topics)    

Topic  3  is  about  pop  &  classical  Topic  15  is  about  electronic  &  hip-­‐hop

A  song  is  a  distribu0on  over  topics

Song  1 Song  2

0.8

0.2

0.3

0.7

Topics  evolve  over  0me  –  topic  #18

1956  Hound  Dog    by  Elvis  Presley  

1968  Big  Sky    by  The  Kinks  

1988  Michelle    by  Guns’n’Roses  

Songs  influence  the  evolu0on  of  topics

In  1965,  Bob  Dylan  switches  from  acous0c  to  electric  guitar:  

Songs  influence  the  evolu0on  of  topics

In  1965,  Bob  Dylan  switches  from  acous0c  to  electric  guitar:  

Songs  influence  the  evolu0on  of  topics

In  1965,  Bob  Dylan  switches  from  acous0c  to  electric  guitar:  

Songs  influence  the  evolu0on  of  topics

In  1965,  Bob  Dylan  switches  from  acous0c  to  electric  guitar:  

…  and  an  en0re  topic  goes  with  him,  with    ar0sts  such  as  The  Velvet  Underground  and    Jimmy  Hendrix  

Each  topic  evolves  in  0me,  driven  by  the  influence  of  songs

Influenced

topic  at  0me  t topic  at  0me  t+1

Song  131

Probabilis0c  model  overview •  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous0c  paaerns  •  Each  song  is  a  distribu0on  over  topics  •  Each  topic  evolves  in  0me,  driven  by  the  influence  scores  of  songs  

Influenced

Outline  of  our  approach The  large  scale  data  

25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

•  Acous0c  signal  processing  •  The  probabilis0c  model  –  concept  

•  The  probabilis0c  model  -­‐  mathema0cally  

•  For  each  year,  each  topic  is  a  distribu0on  over  the  5033  acous0c  paaerns  

•  The  distribu0on  is  parameterized  by  a  vector    βk,t  ∈R5033  

•  The  distribu0on  is:  

Topic-­‐Word  Distribu0on

Song-­‐Topic  Distribu0on

•  Each  song  d  is  assigned  a  mul0nomial  distribu0on  over  the  K  topics    

Topic  evolu0on  –  influence

topic

song  2

song  3

song  1

song  4

topic

p βk,t+1 | βk,t( ) ~ N βk,t + exp(−βk,t ) ⋅γ k,t,σ2( )

γ k,t =weighted sum of influences

Probabilis0c  Genera0ve  Model    Gerrish  &  Blei  (2010)

Topic-­‐song

Topic-­‐acous,c  pa.ern

Song  influence

Probabilis0c  model  -­‐  summary •  Each  topic  is  a  distribu0on  over  acous0c  paaerns:                      for  all  topics  k  and  0mes  t  

•  Each  song  is  a  distribu0on  over  topics:                        for  all  songs  

•  Each  topic  evolves  in  0me,  driven  by  the  influence  scores                            for  all  songs    

maximize  over                                  for  all                      topics,  &mes  and  songs      

Op0miza0on  problem  is  intractable,  solved  approximately  by  introducing  varia0onal  parameters  and  op0mized  using  block-­‐coordinate  ascent.  Code  available  at:  haps://github.com/Blei-­‐Lab/dtm  

Outline  of  our  approach

The  large  scale  data  25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

Results Model’s  topics  match  known  genres  

(genre  tags  not  used  in  training)  

Results Model’s  topics  match  known  genres  

(genre  tags  not  used  in  training)  

Topic  #2  

rap  

blues  

hip    hop  

disco  

Results Model’s  topics  match  known  genres  

(genre  tags  not  used  in  training)  

Topic  #2  

rap  

blues  

hip    hop  

disco  Jackson  5  –    ABC  (1970)  

Results Model’s  topics  match  known  genres  

(genre  tags  not  used  in  training)  

Topic  #2  

rap  

blues  

hip    hop  

disco  

Public  Enemy  –  Revolu,onary  Genera,on  (1990)  

Jackson  5  –    ABC  (1970)  

Results Model’s  topics  match  known  genres  

(genre  tags  not  used  in  training)  

Topic  #13  

metal  

blues  

punk  

classic  rock  

The  Who  

Metallica  

Results  –  valida0ng  influence  measure

•  Valida0ng  our  influence  measure  against  the  influence  graph  of  allmusic.com  

•  Figure  shows    -­‐log10  p-­‐value  of  Spearman  correla0on  with  allmusic.com  influence  measure  

•  Future-­‐past  model  based  on  changes  in  musical-­‐word  frequencies  between  future  and  past  

Results  –  valida0ng  influence  measure

•  Valida0ng  our  influence  measure  against  the  influence  graph  of  allmusic.com  

•  Figure  shows    -­‐log10  p-­‐value  of  Spearman  correla0on  with  allmusic.com  influence  measure  

•  Future-­‐past  model  based  on  changes  in  musical-­‐word  frequencies  between  future  and  past  

•  Many  familiar  ar0sts:  Bob  Dylan,  Rolling  Stones,  Bob  Marley,  Velvet  Underground  …  

•  But  also  lesser  known  ar0sts:  – Model  500  “is  widely  credited  as  the  originator  of  techno  music”  

– Killing  Joke  “Finding  modest  commercial  success,  Killing  Joke  have  influenced  Nirvana,  Metallica,  Soundgarden…”  

– Suicide  “Never  widely  popular  amongst  the  general  public,  Suicide  are  highly  influen0al…  [many]    sounds  of  the  '80s  and  '90s  gesture  back  to  [Suicide]”  

Results  –  examples  of  influen0al  ar0sts

Outline  of  our  approach

The  large  scale  data  25,000  songs,  9,000  ar0sts,  70  years  

The  model    Unsupervised  probabilis0c  topic  models  on  acous0cs  

Evalua3ng  percep3on    Proper0es  of  learned  topics  and  influence  

Analyzing  innova3on  Contras0ng  innova0on  with  influence  

Musical  innova0on

How  does  being  innova0ve  relate  to  being  influen0al?

Musical  innova0on

•  Probabilis0c  model:  a  way  to  model  innova0on  

•  Innova0ve  songs  will  have  low  likelihood  according  to  a  model  fiaed  only  to  earlier  songs  

•  Low-­‐likelihood  songs:  Described  as  innova0ve,  experimental  or  unusual  in  the  literature

Musical  innova0on  vs.  musical  influence

•  No  monotonic  correla0on  between  the  two  (Spearman  r=-­‐0.019,  p  >  0.05)  

•  More  complex  rela0ons  seem  to  exist

Musical  innova0on  vs.  musical  influence Median  innova0on  of  top  10%  most  influen0al  songs  Median  innova0on  

Musical  innova0on  vs.  musical  influence Median  innova0on  of  top  10%  most  influen0al  songs  Median  innova0on  

Ar3sts  fusing  rock,  electronic  and  hip-­‐hop

Musical  innova0on  vs.  musical  influence Median  innova0on  of  top  10%  most  influen0al  songs  Median  innova0on  

Ar3sts  fusing  rock,  electronic  and  hip-­‐hop

Conclusion

•  First  large-­‐scale  quan0ta0ve  model  of    ar0s0c  influence  

•  Validated  by  human-­‐curated  influence  measures  

•  Intriguing  connec0ons  between  innova0on  and  influence