簡(jiǎn)析人工智能讓你了解AI原理、技術(shù)以及未來(lái)

Facebook官方博客更新，F(xiàn)AIR主管、深度學(xué)習(xí)代表人物Yann LeCun與同事撰文，深入淺出解釋什么是人工智能、人工智能如何影響我們的生活，以及在充滿人工智能的未來(lái)我們將如何學(xué)習(xí)、工作和生活。Facebook還推出了系列教學(xué)視頻，幫你更好地了解人工智能。

星期二早上8：00。你已經(jīng)醒了，掃了一眼手機(jī)上的標(biāo)題，回復(fù)了一個(gè)在線帖子，為你媽媽訂購(gòu)了一件假日毛衣，鎖上屋子開(kāi)車上班，路上聽(tīng)一些好聽(tīng)的曲子。

在這個(gè)過(guò)程中，你已使用了人工智能(AI)十幾次——被鬧鈴喚醒、得到當(dāng)?shù)靥鞖鈭?bào)告、購(gòu)買禮物、鎖上你的房子、得知提醒即將到來(lái)的交通堵塞，甚至識(shí)別一首不熟悉的歌曲。

AI已經(jīng)遍布我們的世界，它在日常生活中產(chǎn)生了巨大的變化。但這不是你在科幻電影中看到的AI，也沒(méi)有神經(jīng)緊繃的科學(xué)家猛擊鍵盤，試圖阻止機(jī)器摧毀世界。

您的智能手機(jī)、房子、銀行和汽車已經(jīng)每天都在使用AI。有時(shí)很明顯，就像當(dāng)你讓Siri把你導(dǎo)向最近的加油站的，或者Facebook建議你提醒某個(gè)好友你在網(wǎng)上發(fā)布了一張圖片。有時(shí)候則幾乎看不出來(lái)，就像當(dāng)你使用你的Amazon Echo用你的信用卡買一件平時(shí)不怎么購(gòu)買的東西(比如一件花哨的假日毛衣)，并且沒(méi)有從銀行得到欺詐短信提醒。

AI將通過(guò)推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展、改善醫(yī)學(xué)圖像分析、促進(jìn)更好的醫(yī)療診斷和個(gè)性化醫(yī)療，從而帶來(lái)社會(huì)的重大轉(zhuǎn)變。AI也將是支撐未來(lái)許多最具創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)的基本架構(gòu)。但對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，AI仍然很神秘。

為了幫助你解開(kāi)這些謎題，F(xiàn)acebook正在創(chuàng)建一系列教育在線視頻，概述AI如何工作。我們希望這些簡(jiǎn)單扼要的介紹將幫助大家了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域是如何工作的。

不是魔法，只是代碼

首先，有一些重要的事要知道：AI是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，專注于設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)和智能機(jī)器，其中使用的算法技術(shù)在某些程度上借鑒了我們對(duì)大腦的了解。許多現(xiàn)代AI系統(tǒng)使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)代碼，模擬非常簡(jiǎn)單的、通過(guò)互相連接的單元組成的網(wǎng)絡(luò)，有點(diǎn)像大腦中的神經(jīng)元。這些網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)修改單元之間的連接來(lái)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，有點(diǎn)像人類和動(dòng)物的大腦通過(guò)修改神經(jīng)元之間的連接進(jìn)行學(xué)習(xí)?，F(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)識(shí)別模式、翻譯語(yǔ)言、學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的邏輯推理，甚至創(chuàng)建圖像并且形成新的想法。其中，模式識(shí)別是一項(xiàng)特別重要的功能——AI十分擅于識(shí)別大量數(shù)據(jù)中的模式，而這對(duì)于人類來(lái)說(shuō)則沒(méi)有那么容易。

所有這些都通過(guò)一組編碼程序以驚人的速度發(fā)生，運(yùn)行這些程序的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)百萬(wàn)單位和數(shù)十億的連接。智能就源于這些大量簡(jiǎn)單元素之間的交互。

人工智能不是魔術(shù)，但我們已經(jīng)看到它如何像魔法一樣大幅推進(jìn)科學(xué)研究，并在照片中識(shí)別物體、識(shí)別語(yǔ)音、駕駛汽車或?qū)⒃诰€文章翻譯成幾十種語(yǔ)言的日常奇跡中扮演重要的角色。

在Facebook人工智能研究(FAIR)實(shí)驗(yàn)室，我們正在努力使學(xué)習(xí)機(jī)器更好地工作。其中很大一部分是所謂的深度學(xué)習(xí)。使用深度學(xué)習(xí)，我們可以幫助AI學(xué)習(xí)世界的抽象表征。深度學(xué)習(xí)可以幫助改善語(yǔ)音和物體識(shí)別等問(wèn)題，并且有助于推進(jìn)物理學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究。

深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)中一個(gè)特別有用的架構(gòu)被稱為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或ConvNet。ConvNet是連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中單元的一種特定方式，受其他動(dòng)物和人類視覺(jué)皮層體系結(jié)構(gòu)的啟發(fā)構(gòu)建而來(lái)?，F(xiàn)代ConNet可以利用從7~100層的單元。在公園里，我們?nèi)祟惪吹酱竽裂蛉推嫱咄撸M管它們的體型和體重都不同，但我們卻知道它們都是狗。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，圖像只是一串?dāng)?shù)組。在這串?dāng)?shù)組內(nèi)，局部圖案，例如物體的邊緣，在第一層中能夠被輕易檢測(cè)出來(lái)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的下一層將檢測(cè)這些簡(jiǎn)單圖案的組合所形成簡(jiǎn)單形狀，比如汽車的輪子或人臉的眼睛。再下一層將檢測(cè)這些形狀組合所構(gòu)成的物體的某些部分，例如人臉、腿部或飛機(jī)的機(jī)翼。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最后一層將檢測(cè)剛才那些部分的組合：一輛汽車、一架飛機(jī)、一個(gè)人、一只狗等等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度——具有多少層——使網(wǎng)絡(luò)能夠以這種分層次的方式識(shí)別復(fù)雜模式。

一旦經(jīng)過(guò)了大量樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的訓(xùn)練，ConvNet對(duì)于識(shí)別圖像、視頻、語(yǔ)音、音樂(lè)甚至文本等自然信號(hào)特別有用。為了很好地訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，我們需要提供給這些網(wǎng)絡(luò)被人標(biāo)記的大量圖像數(shù)據(jù)。ConvNet會(huì)學(xué)習(xí)將每個(gè)圖像與其相應(yīng)的標(biāo)簽相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。有趣的是，ConvNet還能將以前從未見(jiàn)過(guò)的圖像及其相應(yīng)的標(biāo)簽配對(duì)。由此我么就得到了一個(gè)系統(tǒng)，可以梳理各種各樣的圖像，并且識(shí)別照片中的元素。這些網(wǎng)絡(luò)在語(yǔ)音識(shí)別和文本識(shí)別中也非常有用，在自動(dòng)駕駛汽車和最新一代醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)中也是關(guān)鍵組成部分。

什么是可以學(xué)習(xí)的

AI也解決了我們?nèi)祟愃媾R的核心問(wèn)題之一：什么是智能(intelligence)?哲學(xué)家和科學(xué)家一直在努力解決這個(gè)問(wèn)題，而答案卻一直難以捉摸、飄忽不定，哪怕這個(gè)中心是我們能稱之為人的根本屬性。

同時(shí)，AI也提出了大量的哲學(xué)和理論問(wèn)題：什么是可以學(xué)習(xí)的?數(shù)學(xué)定理告訴我們，單個(gè)能學(xué)習(xí)的機(jī)器不能有效地學(xué)會(huì)所有可能的任務(wù)，我們也由此得知什么是不可能學(xué)到的，不管你投入多少資源。

這樣，AI機(jī)器就像我們?nèi)祟愐粯?。在很多方面，我們?nèi)瞬⒉槐葧?huì)學(xué)習(xí)的機(jī)器優(yōu)秀。人類大腦高度特化，盡管具有明顯的適應(yīng)性。當(dāng)前的AI系統(tǒng)仍然遠(yuǎn)不具有人類擁有的看似一般的智能。

在AI中，我們通?？紤]三種類型的學(xué)習(xí)：

強(qiáng)化學(xué)習(xí)這是關(guān)于代理應(yīng)該如何行動(dòng)以獲得最大化獎(jiǎng)勵(lì)的問(wèn)題，它受行為心理學(xué)理論的啟發(fā)。在特定情況下，機(jī)器挑選一個(gè)動(dòng)作或一系列動(dòng)作并獲得獎(jiǎng)勵(lì)。強(qiáng)化學(xué)習(xí)通常用于教機(jī)器玩游戲和贏得比賽，比如國(guó)際象棋、西洋雙陸棋、圍棋或簡(jiǎn)單的視頻游戲。強(qiáng)化學(xué)習(xí)存在的問(wèn)題是，單純地強(qiáng)化學(xué)習(xí)需要海量的試錯(cuò)才能學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的任務(wù)。

監(jiān)督學(xué)習(xí)基本上，監(jiān)督學(xué)習(xí)就是我們告訴機(jī)器特定輸入的正確答案：這是一幅汽車的圖像，正確答案是“汽車”。它之所以被稱為監(jiān)督學(xué)習(xí)，是因?yàn)樗惴◤膸?biāo)簽數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的過(guò)程類似于向年幼的孩子展示圖畫書。成年人知道正確的答案，孩子根據(jù)前面的例子做出預(yù)測(cè)。這也是訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他機(jī)器學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)最常用的技術(shù)。舉個(gè)例子：給出你城市中大量房屋的描述及其價(jià)格，嘗試預(yù)測(cè)你自己家房子的售價(jià)。

無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)人類和大多數(shù)其他動(dòng)物學(xué)習(xí)，是在其生命的前幾個(gè)小時(shí)、幾天、幾個(gè)月和幾年，以沒(méi)有人監(jiān)督的方式學(xué)習(xí)：我們通過(guò)觀察和得知我們行動(dòng)的結(jié)果了解世界如何運(yùn)作。沒(méi)有人告訴我們所看到的每一個(gè)對(duì)象的名稱和功能。我們學(xué)會(huì)非常基本的概念，比如世界是三維的，物體不會(huì)自行消失，沒(méi)有支撐的物體會(huì)往下落。當(dāng)前我們還不知道如何在機(jī)器身上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，至少無(wú)法達(dá)到人類和其他動(dòng)物的水平。缺乏用于無(wú)監(jiān)督或預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)的AI技術(shù)，是限制當(dāng)前AI發(fā)展的原因之一。

這都是AI是經(jīng)常使用的方法，但是對(duì)于任何計(jì)算設(shè)備而言，都有很多從根本上無(wú)法解決的問(wèn)題。這就是為什么即使我們修建出了擁有超越人類智慧的機(jī)器，這些機(jī)器仍然能力有限。這些機(jī)器可能在下國(guó)際象棋時(shí)打敗我們，但卻不知道在淋雨時(shí)躲進(jìn)屋里。

未來(lái)的工作

隨著AI、機(jī)器學(xué)習(xí)和智能機(jī)器人變得越來(lái)越普遍，在這些機(jī)器人將在制造、培訓(xùn)、銷售、維修和車隊(duì)管理方面擔(dān)任新的崗位。人工智能和機(jī)器人將能夠?qū)崿F(xiàn)今天難以想象的新服務(wù)。但很顯然，醫(yī)療保健和交通運(yùn)輸將是AI第一批顛覆的行業(yè)。

年輕人只要調(diào)整職業(yè)目標(biāo)，就能夠享受AI提供的大量的機(jī)會(huì)。那么，我們?nèi)绾螢樯胁淮嬖诘墓ぷ髯龊脺?zhǔn)備呢?

如果你是學(xué)生：

數(shù)學(xué)和物理是學(xué)習(xí)人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)科學(xué)以及許多未來(lái)工作的基本方法的地方。選修所有你能夠選修的數(shù)學(xué)課程，包括Calc I，Calc II，Calc III，線性代數(shù)，概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)。計(jì)算機(jī)科學(xué)也是必不可少的，你需要學(xué)習(xí)如何編程。工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)也會(huì)有所幫助。你也可以考慮一些與哲學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域，例如認(rèn)識(shí)論——這門學(xué)習(xí)研究什么是知識(shí)、什么是科學(xué)理論，什么是學(xué)習(xí)。

選修這些課程的目標(biāo)不是簡(jiǎn)單記憶。作為學(xué)生，你必須學(xué)會(huì)如何將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識(shí)。這包括基本的統(tǒng)計(jì)學(xué)，還包括如何收集和分析數(shù)據(jù)，注意可能出現(xiàn)的偏差，并小心因?yàn)檫@些偏差在處理數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)的誤差。

請(qǐng)教你學(xué)校的教授，他或她可以幫助你，使你的想法變得更加具體。如果他們的時(shí)間有限，你也可以請(qǐng)教高年級(jí)的博士生或博士后。

讀博士。不用管學(xué)校的“排名”，在那些從事你感興趣的研究中，找一位信譽(yù)良好的教授，或選擇一位寫了你喜歡或敬佩的論文的人。申請(qǐng)這些教授所在的學(xué)校的一些博士課程，并在申請(qǐng)信中提到你愿意與這些教授合作，但同時(shí)也愿意與其他人合作。

參與研究你感興趣的與AI相關(guān)的問(wèn)題。開(kāi)始閱讀關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的文獻(xiàn)，并嘗試用不同于以前的思路去解決它。在你畢業(yè)之前，嘗試寫一篇研究論文，或者發(fā)布一個(gè)開(kāi)源代碼。

申請(qǐng)側(cè)重產(chǎn)業(yè)為的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，獲得關(guān)于AI在實(shí)踐中的工作經(jīng)驗(yàn)。

如果你已經(jīng)就業(yè)，但想要轉(zhuǎn)向從事與AI有關(guān)的工作：

在網(wǎng)上有大量關(guān)于深度學(xué)習(xí)的資料，包括講座、在線教材、教程和機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)課程。你可以報(bào)名Udacity或Coursera課程，閱讀Yoshua Bengio、Geoff Hinton和我合著的Nature論文，還有剛剛出版的《深度學(xué)習(xí)》這本書，作者是Goodfellow，Bengio and Courville，以及我最近在巴黎法蘭西學(xué)院的講座(有英語(yǔ)版本)。

當(dāng)然，你也可以考慮重新回到學(xué)習(xí)，那么就參考我上面說(shuō)的內(nèi)容。

展望未來(lái)

越來(lái)越多的人類智力活動(dòng)將與智能機(jī)器一起進(jìn)行。我們的智慧是我們成為人的根本，AI則是這種屬性的延伸。

在通往打造真正智能機(jī)器的道路上，我們正在發(fā)現(xiàn)新的理論、新的原則、新的方法和新的算法，這些都將產(chǎn)生應(yīng)用，并將改善我們今天、明天乃至明年的日常生活。許多這些技術(shù)很快被用于Facebook的產(chǎn)品和服務(wù)，比如圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言理解等等。

當(dāng)談到Facebook AI的時(shí)候，我們有一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)：了解智能并構(gòu)建智能的機(jī)器。這不僅僅是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，這是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。什么是智能，我們?nèi)绾卧跈C(jī)器中再現(xiàn)它?最終，這將是全人類的問(wèn)題。這些問(wèn)題的答案將幫助我們不僅建立智能機(jī)器，還能更深入了解神秘的人類思想和大腦的工作方式。可能的話，這些答案也將幫助我們更好地了解人類何以為人。