人工智能：后深度學(xué)習(xí)時(shí)代的走向

魯迅的文章和人工智能會(huì)有聯(lián)系嗎？在中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授張鈸看來(lái)，答案是肯定的。

在魯迅的一篇文章中，當(dāng)孩子滿月的時(shí)候，凡是說(shuō)孩子將來(lái)會(huì)發(fā)財(cái)、做官的，都得到了主人的感謝或恭維，而唯一說(shuō)出事實(shí)——“孩子將來(lái)是要死的”的人遭到了一頓合力的痛打。

張鈸開玩笑說(shuō)，在當(dāng)下人工智能大躍進(jìn)的局面下，既要說(shuō)實(shí)話，又不想挨一頓合力的痛打，是需要勇氣的。盡管如此，“我還是既要把人工智能的優(yōu)點(diǎn)和成果說(shuō)夠，也要把它存在的問(wèn)題說(shuō)透。”

在10月20-22日于山西太原舉行的2016中國(guó)計(jì)算機(jī)大會(huì)（CNCC2016）上，和張鈸有同樣勇氣的還有其他一些人工智能領(lǐng)域的“大咖”。他們將問(wèn)題的核心，都指向了人工智能在后深度學(xué)習(xí)時(shí)代的走向。

“彎道超車”還是又一個(gè)日本“五代機(jī)”

作為我國(guó)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域目前規(guī)模最大、級(jí)別最高的學(xué)術(shù)會(huì)議，創(chuàng)建于2003年、由中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）主辦的中國(guó)計(jì)算機(jī)大會(huì)一向是業(yè)內(nèi)人士暢所欲言的舞臺(tái)。雖然今年CNCC2016的主題是“計(jì)算改變未來(lái)”，但人工智能卻成了事實(shí)上的焦點(diǎn)。

“今年不管開什么會(huì)、誰(shuí)組織、在哪里開，只要和人工智能掛上邊，都很火爆。”中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士譚鐵牛對(duì)人工智能當(dāng)下的熱度深有感觸。不過(guò)，作為人工智能專家，他深刻地意識(shí)到，“與其說(shuō)人工智能火，不如說(shuō)是深度學(xué)習(xí)火。”

從技術(shù)上來(lái)看，深度學(xué)習(xí)就是“很多層”的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是多層函數(shù)嵌套形成的數(shù)學(xué)模型。事實(shí)上，在深度學(xué)習(xí)出現(xiàn)之前，人工智能已經(jīng)經(jīng)歷了兩次熱潮。在此期間，日本于1981年提出第五代計(jì)算機(jī)研究計(jì)劃，并為此投資了540億日元。當(dāng)時(shí)，人工智能研究的先驅(qū)者之一愛(ài)德華·費(fèi)根鮑姆認(rèn)為，這項(xiàng)計(jì)劃即使部分實(shí)現(xiàn)，也將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)利益，使日本占有市場(chǎng)，并奪得統(tǒng)治地位。美國(guó)如不自強(qiáng)，事態(tài)將極為嚴(yán)重，在超工業(yè)化社會(huì)中只能處于農(nóng)業(yè)大國(guó)的地位。然而，最終這一計(jì)劃還是以失敗告終。這也意味著人工智能的流派之一符號(hào)主義方法進(jìn)入了瓶頸期。

而今，隨著深度學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，人工智能又迎來(lái)了“春天”。這是一個(gè)“彎道超車”的機(jī)會(huì)還是又一個(gè)日本的“五代機(jī)”？張鈸認(rèn)為，“這兩種可能都存在，因?yàn)榭茖W(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新總是通過(guò)默默無(wú)聞的勞作和堅(jiān)持不懈的努力取得的，只有這樣才有可能成功。”

在張鈸看來(lái)，與30年前相比，現(xiàn)在的人工智能有兩點(diǎn)不同，一是大數(shù)據(jù)，二是概率統(tǒng)計(jì)方法的引入。正是這兩個(gè)因素催生了當(dāng)下的深度學(xué)習(xí)大潮。

然而，深度學(xué)習(xí)所解決的問(wèn)題卻有一定的范圍限制，即在一定的應(yīng)用場(chǎng)景里，在給定的數(shù)據(jù)庫(kù)下，有了可利用的大數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)的感知信息處理程度才有可能達(dá)到人類的水平。正因?yàn)樗木窒扌裕皬莫M義的人工智能走向通用人工智能，就成為后深度學(xué)習(xí)時(shí)代所要致力的問(wèn)題。”張鈸說(shuō)。

不會(huì)“一統(tǒng)江湖、千秋萬(wàn)載”

“從本質(zhì)上說(shuō)，（人工智能）第二次和第三次浪潮在方法論上并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，都屬于連接主義。差別在于深度學(xué)習(xí)的成功。這里既有硬件的進(jìn)步，也有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與參數(shù)訓(xùn)練技巧的進(jìn)步。”中國(guó)工程院院士、北京大學(xué)教授高文認(rèn)為。但他同時(shí)表示，連接主義（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)）雖然大行其道，但如何解決小數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性思維仍然挑戰(zhàn)巨大。

在南京大學(xué)教授、美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）杰出科學(xué)家周志華看來(lái)，發(fā)展至今天，作為人工智能領(lǐng)域一個(gè)重要的分支，“機(jī)器學(xué)習(xí)”已經(jīng)成為一個(gè)廣袤的學(xué)科領(lǐng)域，而“深度學(xué)習(xí)”僅是機(jī)器學(xué)習(xí)中的一個(gè)小分支。

在機(jī)器學(xué)習(xí)出現(xiàn)之前，人工智能的研究者們意識(shí)到，要想提升人工智能水平，僅有邏輯推理能力是不夠的，而要總結(jié)出知識(shí)再“教”給系統(tǒng)，也同樣困難。到了20世紀(jì)90年代中后期，人類發(fā)現(xiàn)自己淹沒(méi)在了數(shù)據(jù)的汪洋中，機(jī)器學(xué)習(xí)正是為了滿足人們對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)分析技術(shù)的需求應(yīng)運(yùn)而生的。而云計(jì)算、大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算能力的大幅提升，使得深度學(xué)習(xí)模型在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理、語(yǔ)音識(shí)別等眾多領(lǐng)域都取得了較大的成功。

但是，深度學(xué)習(xí)是否會(huì)“一統(tǒng)江湖、千秋萬(wàn)載”呢？周志華認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)最重要的作用是“表示學(xué)習(xí)”，即能自動(dòng)學(xué)習(xí)和表達(dá)特征。當(dāng)數(shù)據(jù)的“初始表示”（如圖像的“像素”）與解決任務(wù)所需的“合適表示”（如描述物體的特征）相距甚遠(yuǎn)的時(shí)候，就是深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的領(lǐng)域。然而，很多學(xué)習(xí)任務(wù)，數(shù)據(jù)的“初始表示”與“合適表示”并沒(méi)有那么遠(yuǎn)，因此深度學(xué)習(xí)不會(huì)“一統(tǒng)江湖”，其他一些機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也有自己的“用武之地”。未來(lái)深度學(xué)習(xí)可能有“冬天”，因?yàn)樗鼉H是機(jī)器學(xué)習(xí)中的一種技術(shù)，更“潮”的技術(shù)總會(huì)出現(xiàn)。而機(jī)器學(xué)習(xí)不會(huì)有“冬天”，除非我們不再需要分析數(shù)據(jù)。

高文最近和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）接觸發(fā)現(xiàn)，美國(guó)現(xiàn)在對(duì)于深度學(xué)習(xí)有很大的爭(zhēng)議。雖然在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，NSF仍然支持深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論研究，但認(rèn)為在應(yīng)用領(lǐng)域（如計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別、計(jì)算語(yǔ)言學(xué)等）使用深度學(xué)習(xí)解決實(shí)際問(wèn)題已經(jīng)不算創(chuàng)新，此類項(xiàng)目基本上都會(huì)被“殺掉”。“這給了我們一個(gè)信號(hào)，也許幾年之后深度學(xué)習(xí)真的會(huì)進(jìn)入沉寂期。”

未來(lái)走向

張鈸認(rèn)為，在后深度學(xué)習(xí)時(shí)代，人工智能主要面臨三大挑戰(zhàn)，一是概率統(tǒng)計(jì)方法帶來(lái)的困難，即它只能找出重復(fù)出現(xiàn)的特征，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間統(tǒng)計(jì)的關(guān)聯(lián)性，卻不能發(fā)現(xiàn)本質(zhì)特征，找到因果關(guān)系。其次是生數(shù)據(jù)帶來(lái)的困難，實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中只有34%是有用的，66%則是虛假、無(wú)用的，這會(huì)嚴(yán)重影響識(shí)別的效果。三是不能舉一反三，進(jìn)行領(lǐng)域遷移。而要想實(shí)現(xiàn)突破，人工智能發(fā)展除了需要知識(shí)驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)結(jié)合從而“雙輪驅(qū)動(dòng)”外，更加要依靠學(xué)科交叉，特別是數(shù)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和語(yǔ)言學(xué)等。

從深度學(xué)習(xí)的發(fā)展歷史來(lái)看，深度學(xué)習(xí)是相對(duì)最容易利用新增計(jì)算能力的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。因此，周志華預(yù)測(cè)，未來(lái)的主流技術(shù)未必是深度學(xué)習(xí)，但應(yīng)該是能有效利用GPU等計(jì)算設(shè)備的方法。

此外，隨著人工智能技術(shù)取得巨大發(fā)展，將越來(lái)越多地面臨“高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用”，因此必須有“魯棒的人工智能”。對(duì)此，周志華的理解是，“好的時(shí)候”要好，“壞的時(shí)候”也不能太壞。而開放環(huán)境下的機(jī)器學(xué)習(xí)研究，是通向“魯棒人工智能”途徑上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

談及機(jī)器學(xué)習(xí)的形態(tài)，周志華認(rèn)為，模型和規(guī)約相結(jié)合的學(xué)件的出現(xiàn)，將會(huì)改變機(jī)器學(xué)習(xí)目前算法加數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，從而突破機(jī)器學(xué)習(xí)的一些局限，如需要大量訓(xùn)練樣本，難以適應(yīng)環(huán)境變化，模型不透明等。今后，當(dāng)用戶想要應(yīng)用一個(gè)模型的時(shí)候，他可以先到“學(xué)件”市場(chǎng)找一找有無(wú)合適的，或者選擇一個(gè)現(xiàn)成的模型加以修改后使用。而“學(xué)件”的誕生，很可能會(huì)催生出一個(gè)新的類似軟件產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)業(yè)。

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