一、人工智能與深度學(xué)習(xí)

2016年，AlphaGo與李世石九段的圍棋對決無疑掀起了全世界對人工智能領(lǐng)域的新一輪關(guān)注。在與李世石對戰(zhàn)的5個(gè)月之前，AlphaGo因擊敗歐洲圍棋冠軍樊麾二段，圍棋等級分上升至3168分，而當(dāng)時(shí)排名世界第二的李世石是3532分。按照這個(gè)等級分?jǐn)?shù)對弈，AlphaGo每盤的勝算只有約11%，而結(jié)果是3個(gè)月之后它在與李世石對戰(zhàn)中以4比1大勝。AlphaGo的學(xué)習(xí)能力之快，讓人惶恐。

1.人工智能：讓機(jī)器像人一樣思考

自AlphaGo之后，“人工智能”成為2016年的熱詞，但早在1956年，幾個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家就在達(dá)特茅斯會議上首次提出了此概念。他們夢想著用當(dāng)時(shí)剛剛出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)來構(gòu)造復(fù)雜的、擁有與人類智慧同樣本質(zhì)特性的機(jī)器，也就是我們今日所說的“強(qiáng)人工智能”。這個(gè)無所不能的機(jī)器，它有著我們所有的感知、所有的理性，甚至可以像我們一樣思考。

人們在電影里也總是看到這樣的機(jī)器：友好的，像星球大戰(zhàn)中的C-3PO;邪惡的，如終結(jié)者。強(qiáng)人工智能目前還只存在于電影和科幻小說中，原因不難理解，我們還沒法實(shí)現(xiàn)它們，至少目前還不行。

我們目前能實(shí)現(xiàn)的，一般被稱為“弱人工智能”。弱人工智能是能夠與人一樣，甚至比人更好地執(zhí)行特定任務(wù)的技術(shù)。例如，Pinterest上的圖像分類，或者Facebook的人臉識別。這些人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法就是“機(jī)器學(xué)習(xí)”。

2.機(jī)器學(xué)習(xí)：使人工智能真實(shí)發(fā)生

人工智能的核心就是通過不斷地機(jī)器學(xué)習(xí)，而讓自己變得更加智能。機(jī)器學(xué)習(xí)最基本的做法，是使用算法來解析數(shù)據(jù)、從中學(xué)習(xí)，然后對真實(shí)世界中的事件做出決策和預(yù)測。與傳統(tǒng)的為解決特定任務(wù)、硬編碼的軟件程序不同，機(jī)器學(xué)習(xí)是用大量的數(shù)據(jù)來“訓(xùn)練”，通過各種算法從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)如何完成任務(wù)。

機(jī)器學(xué)習(xí)最成功的應(yīng)用領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)視覺，雖然也還是需要大量的手工編碼來完成工作。以識別停止標(biāo)志牌為例：人們需要手工編寫形狀檢測程序來判斷檢測對象是不是有八條邊;寫分類器來識別字母“S-T-O-P”。使用以上這些手工編寫的分類器與邊緣檢測濾波器，人們總算可以開發(fā)算法來識別標(biāo)志牌從哪里開始、到哪里結(jié)束，從而感知圖像，判斷圖像是不是一個(gè)停止標(biāo)志牌。

這個(gè)結(jié)果還算不錯(cuò)，但并不是那種能讓人為之一振的成功。特別是遇到霧霾天，標(biāo)志牌變得不是那么清晰可見，又或者被樹遮擋一部分，算法就難以成功了。這就是為什么很長一段時(shí)間，計(jì)算機(jī)視覺的性能一直無法接近到人的能力。它太僵化，太容易受環(huán)境條件的干擾。

3.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：賦予機(jī)器學(xué)習(xí)以深度

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是早期機(jī)器學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要的算法，歷經(jīng)數(shù)十年風(fēng)風(fēng)雨雨。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理是受我們大腦的生理結(jié)構(gòu)——互相交叉相連的神經(jīng)元啟發(fā)。但與大腦中一個(gè)神經(jīng)元可以連接一定距離內(nèi)的任意神經(jīng)元不同，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有離散的層，每一次只連接符合數(shù)據(jù)傳播方向的其它層。

例如，我們可以把一幅圖像切分成圖像塊，輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一層。在第一層的每一個(gè)神經(jīng)元都把數(shù)據(jù)傳遞到第二層。第二層的神經(jīng)元也是完成類似的工作，把數(shù)據(jù)傳遞到第三層，以此類推，直到最后一層，然后生成結(jié)果。

每一個(gè)神經(jīng)元都為它的輸入分配權(quán)重，這個(gè)權(quán)重的正確與否與其執(zhí)行的任務(wù)直接相關(guān)。最終的輸出由這些權(quán)重加總來決定。

我們?nèi)砸酝Ｖ箻?biāo)志牌為例：將一個(gè)停止標(biāo)志牌圖像的所有元素都打碎，然后用神經(jīng)元進(jìn)行“檢查”：八邊形的外形、救火車般的紅顏色、鮮明突出的字母、交通標(biāo)志的典型尺寸和靜止不動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性等等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)就是給出結(jié)論，它到底是不是一個(gè)停止標(biāo)志牌。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)所有權(quán)重，給出一個(gè)經(jīng)過深思熟慮的猜測——“概率向量”。

這個(gè)例子里，系統(tǒng)可能會給出這樣的結(jié)果：86%可能是一個(gè)停止標(biāo)志牌;7%的可能是一個(gè)限速標(biāo)志牌;5%的可能是一個(gè)風(fēng)箏掛在樹上等等。然后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)告知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的結(jié)論是否正確。

即使是這個(gè)例子，也算是比較超前了。直到前不久，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也還是為人工智能圈所淡忘。其實(shí)在人工智能出現(xiàn)的早期，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就已經(jīng)存在了，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于“智能”的貢獻(xiàn)微乎其微。主要問題是，即使是最基本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也需要大量的運(yùn)算，而這種運(yùn)算需求難以得到滿足。