以創新之力觸及“智”變
——記合肥工業大學多媒體計算所教授、黃山青年學者王楊

劉 佳

作為數字技術創新最活躍的領域之一，人工智能凝聚了計算機視覺、自然語言處理、跨媒體分析推理、智適應學習、群體智能、自主無人系統、智能芯片和腦機接口等關鍵技術，加之大數據的積累、理論算法的革新、計算能力的不斷提高和網絡設備的不斷完善，目前人工智能的研究與應用已經進入了一個嶄新的發展階段——其在基礎層、技術層、應用層的上下游產業鏈也正在逐步建成，人工智能的應用場景從硬件擴展到了軟件、服務與平臺體系，在工業、農業、醫療領域的行業應用不斷深入，展現出巨大的市場潛力和廣闊的發展前景。而近期“橫空出世”并引起廣泛討論和關注的ChatGPT，即“人工智能有望在未來掀起一場新的工業革命”的一個有力佐證。

求木之長者，必固其根本；欲流之遠者，必浚其泉源。以見證者和親歷者的身份，合肥工業大學多媒體計算所教授、黃山青年學者王楊堅守著“自己去尋找、自己去發現”的科研初心，一步一個腳印地行走在深度學習、模式識別、多媒體計算等基礎研究的一線，不斷突破著自己的“天花板”。在他看來，亦步亦趨絕非長久之計，自主創新和彎道超車才是我國人工智能領域發展的必由之路，而他的愿望，是與團隊一道在理論創新和技術創新的層面持續發力，為我國人工智能發展貢獻力量。

轉變與執著

2009年，忙于本科畢業設計的王楊，得到了一個改變他一生研究道路的建議：“大三的時候，我跟隨一位外國老師學習概率模型的知識，在發覺我概率學、統計學、線性代數的成績不錯后，他隨機問了我幾個相關問題來測試我對這些內容的理解。而在得到我的回答后，這位老師就很積極地建議我先從發表相關領域的論文入手，循序漸進地去做以信息論和概率模型為切入點的數據驅動相關研究。”王楊回憶道。經過一年的學習和接觸，已經對相關領域產生興趣的他聽從了老師的建議，考取了天津大學的碩士研究生。在研究生導師的悉心指導下，王楊有的放矢、厚積薄發，全力汲取著知識、累積著經驗。這段經歷，成了他日后走向人工智能領域的一把鑰匙，也為他展開后續研究打下了堅實基礎。

王楊

從“好讀書不求甚解”的門外漢，到初窺門徑的科研新秀，王楊并未滿足于此。在做數據驅動研究時，他發現相關數據并不足以支持研究運轉，為此，他展開了基礎研究工作，并累積了一定數量的圖片數據。“這也激發了我的思考，能不能在這些數據的基礎上構建更好的模式識別系統？如果可以，那我如何為這一模式識別系統建立更好的訓練方式和訓練集？”由淺入深思索激勵了他更為蓬勃的科研熱情，也讓他萌生了往機器學習和模式識別方向看一看、走一走的想法。就此，他考取了澳大利亞新南威爾士大學計算機科學與技術專業的博士學位，就此正式步入模式識別、機器學習、多媒體計算研究等研究方向，開展相關的學習和研究工作。

“轉換跑道”的日子，是辛苦而充實的。在“授人以漁”的博士生導師幫助下，王楊接受了系統的科研訓練并掌握了基本的學術方法，也得到了與業界不同細分領域專家交流討論的機會。在此過程中，不斷有新的科研靈感閃爍于他的腦海，而以腳踏實地的研究將乍現的靈感變為現實、“去做有挑戰性的科研工作”的信念也就此埋在他的心間。游學澳大利亞期間，“兩耳不聞窗外事”幾乎成了他生活的常態——“新南威爾士大學附近有很多中餐館，甚至有一家就在我當時住處的樓下，但是我一次都沒有去過。”王楊笑著說道。最終，夜以繼日的勤勞結出了碩果。談及一路走來的心得和感悟，他將其歸結為“基礎+努力”——“其實我的天賦沒有那么高，是本科和碩士期間比別人起步早了一些的‘時間差’，再加上勤能補拙，才讓我得以在這條新路順利地走下來。”

與王楊越發明確自己要選的科研方向幾乎同時，國內相關研究也同樣方興未艾。大量涌入的“新鮮血液”和不斷豐富的學術成果，讓王楊看到了國內人工智能發展的巨大潛力，也讓他萌生了回國報效的想法。恰逢此時，同樣深耕于人工智能領域的青年學者、合肥工業大學計算機與信息學院院長汪萌向他伸出了橄欖枝。“我在攻讀博士學位期間，就和汪院長在多媒體計算領域有一些交流。可能因為是同齡人的緣故，我們的溝通特別順暢，這番經歷也帶給了我很多啟發。等到我博士畢業、選擇回國后，汪院長更是為我提供了很多幫助和支持。”當時，在汪萌及其團隊的共同努力下，合肥工業大學計算機與信息學院取得了長足的發展，聚集了一批頗有建樹的年輕科研工作者，其牽頭成立的多媒體計算所也贏得了不斐的國際聲譽。高水平的學術團隊，讓王楊心向往之；良好的平臺、專注做學術的氛圍，為他從事科研工作提供了有力保障。就此，王楊作別澳大利亞，回到了分別數年的祖國并入職合肥工業大學計算機與信息學院。他期待用所學所思之成果，在祖國大地上開出新的花朵。

王楊（中）與團隊成員合影

突破和驗證

“找到所研究領域中真正具有挑戰的方向和問題加以研究”是王楊回國后為自己定下的目標。從自身的經歷出發，他講述了確立這一目標的心路歷程：“2011年我出國時，當時國內人工智能相關的文章和成果并不多。到現在，國內相關會議和期刊論文的數量已經呈現幾何式增長，但真正能夠解決本領域最核心的具有挑戰性問題的文章依舊是少數。然而，一國在領域內的影響力和話語權往往是由這些真正‘觸及根本’、引起重大反響的成果決定的。就此，我下定決心，不要做簡單的重復，而是要去真正的前沿之地尋求突破。”

據王楊介紹，他目前所做的研究有兩個最重要的組成部分：其一是數據，其二是模型。且數據和模型之間絕非孤立存在，而是互相促進的共生關系。“在數據量越來越大的情況下，它會隨之變得越來越復雜，而在這種大數據海洋‘沖擊’之下，傳統的理論和模型會發生變化。就像我們現在所做的研究，雖然基礎理論和模型是一樣，但是實際上在不同的大數據情況下，其網絡的訓練策略、架構等都會產生變化。”

從這一事實出發，王楊著力探索深度網絡學習的更多可能性。作為一個已經存在數十年、且有相當數量研究成果的領域，他從深度學習的可解釋性和智能性入手，逐一闡述這一模型的變化性、獨創性及可應用性。

“深度學習就像一個一層套一層的黑盒，其本質是上一層的輸出作為下一層的輸入。”王楊解釋道，“就像折紙一樣，對折一次可以出現2個分區，再對折可以出現4個分區，以此類推下去，深度網絡的層數越多、相應的分區也會越多，其識別的細膩度就會隨之提升。”由于深度學習高度依賴于訓練數據集，王楊選取了大量的數據訓練集對其進行優化，進一步規避數據集“偏見”對最終結果的影響。在此基礎上，他還嘗試將多個深度網絡進行互相借鑒和訓練融合，從而得到遠優于單一深度網絡輸出的結果。“在深度網絡調配協作的過程中，較為強勢的網絡被稱為‘教師網絡’，較為弱勢的則被稱為‘學生網絡’。基于人工智能模仿人類認知行為的最終目標，如何界定這兩種網絡的形態？如何進行人工智能模擬？如何進一步拓展深度學習網絡的智能化程度？這都是我們需要探索的內容。”

王楊（右1）在指導學生

依托國家自然科學基金青年基金項目“基于合作式的多視圖數據深度子空間聚類的研究”、國家自然科學基金重點項目“網絡空間虛擬身份塑造及應用技術”和“多模態環境下的多媒體對話分析與理解”、國家自然科學基金面上項目“基于生成對抗網絡的無監督跨域行人識別方法研究”等多個重要科研項目，王楊不僅在多個科研細分領域取得了亮眼的成績，也在這一過程中得到了充分的鍛煉和成長。在申請項目之初，作為新人的他并沒有很大的信心，此時又是汪萌院長的鼓勵讓他堅定地扛起了自己的科研責任——“很早之前，汪萌院長告訴我做科研要‘勇于創新、勇于突破’，而申請國家項目則是將現有的學術基礎及學術成果進行整合，而后在此基礎上真正去提出有價值的創新點，從而形成一個具有先進性的國家項目，這對于科研創新和產業落地都將有極為積極的意義。”

萬事開頭難。對于充滿干勁的王楊來說，這種困難同樣沒有縮減分毫。為了寫好項目申請書，他在春節都不曾休息，夜以繼日地埋首于各個項目的準備過程中。“當時時間緊、任務重，基本上每天都要工作到夜里12點左右。每寫好一次，我就和汪院長一起討論，然后再按照他的建議反復修改。”王楊回憶道。最終，功夫不負有心人，集合了鉆研和交流的合力，2019年，他如愿申請到了包括國家自然科學基金青年基金項目在內的多個重要項目。回首這段經歷，王楊頗為感慨地說：“項目申請成功之后，我當時非常高興，因為這一方面意味著，我學會了一項重要技能——學會了如何去寫作重點項目申請書；另一方面也意味著，我所做的研究是符合國家和行業發展趨勢的，是具有價值的。”

以此為起點，將學科發展、創新及成果融合于一個個具有挑戰性和前瞻性的科研項目中，王楊的科研之路正一步步綻放出屬于他自己的耀眼光彩。他先后在模式識別相關領域頂級雜志與會議上發表文章80篇，獲得2014年亞太數據挖掘大會（PAKDD）最佳論文獎亞軍，其中兩篇論文被選為國際人工智能聯合會議（IJCAI）最有影響力文章之一，7篇成為基本科學指標數據庫（ESI）高被引文章并全部進入Top 1%列表，王楊本人也于2022年入選美國斯坦福大學統計發布的人工智能與圖像處理領域全球頂級科學家名單。

褪去青澀、直面挑戰、創新不輟，在王楊看來，“明確認知、植根實際、著重創新”是科研之路得以行穩致遠的不二法門。“首先，我要明確自己要做怎樣研究的問題。這是基于前期的科研成果和實踐積累，要全面、充分、深刻地認識這個問題，找出其核心，是做一切科研工作的基礎。其次，不單單要從問題出發，更要考慮其落地的前景，從結合實際需求的角度入手，以應用為前景進行有實際意義的研究。最后也是最重要的，我不希望研究工作以簡單地重復或者單純以發表文章為目標，創新仍是科研工作的第一要義。同時，這個創新不是無本之木、無源之水，它必須是緊密地結合在自身科研基礎和應用背景下的創新，是兼顧基礎性和創新性的扎扎實實的創新。”

正如王楊所期待和追求的那樣，他的努力也同樣在產業化過程中結出了碩果。自2022年起，王楊團隊積極開展與相關企業的合作，通過國家自然科學基金重點項目等方式，集中解決產學研轉化“最后一公里”未打通的種種難題，以關鍵理論和模型為企業實際產品賦能。“在數據和模型層面，僅僅依靠我們和企業是遠遠不夠的。下一階段我要做的事，就是尋找更多的合作方，將理論成果更加廣泛地應用到具體實踐中，讓科研成果最大限度地發揮其作用。”談及產業化的前景，王楊如是說道。

薪火照未來

人如其名，在王楊眼中，科研工作“獨木難成林”。身為一名高校教師，為行業發展培養新鮮血液同樣是他極為看重的工作內容。在教學過程中，王楊從個人經驗出發，在教授知識的同時也向學生傳授思考問題的方法。在他看來，增強學生學習興趣最好的獎勵就是及時的反饋和有效的互動；此外，以創新為第一要務的王楊還特別看重學生舉一反三、主動思辨的能力。“光聽課、只會重復老師的思路是不夠的，要基于老師的授課內容進行深入思考，并由此衍生出自己的見解。”在充分挖掘學生的特長和潛力的基礎上，王楊始終對學生的學術成果保持著“高標準、嚴要求”——“如果標準定得很低，那他們的成果將不會有很強的競爭力，進而在世界范圍內激烈的科研競爭中‘失利’，這對學生的信心是一個重大的打擊，也會造成時間和成本的巨大浪費。而如果在最初，我就將標準定得高些，雖然剛開始做的時候會有點難，但當他有一定成果之后，一定會促使學生產生強大的信心和對相關研究的興趣，而這將是鼓舞他們在科研之路長期走下去的重要力量。”王楊解釋道。在他的努力下，學生勤學善思的科研習慣已逐漸形成，師生之間的“正向反饋路徑”也已建立，“學生們都很用功，也在不少行業內頂級會議上發表了文章，作為一名教師，這也是讓我比較欣慰的一件事”。

與此同時，王楊也充分重視實踐與合作的力量。近年來，隨著人工智能的發展，王楊也將自己的研發重心由原來的模型和方法的探索逐漸轉向理論的創新和驗證，做實驗也成了他科研工作的主要內容之一。“做實驗可以推動我們去開拓更多理論，理論則能支持我們去做更多的實驗。理論和實踐來回交互、互相推動，這也是我們挖掘新理論的根基所在。”在此基礎上，他通過與高校、研究機構的溝通交流，開展學生培養、學術交流、項目合作等多項合作，進一步推動學生的成長和科研水平的進步。帶好學生、做好科研、打好基礎、逐步擴展，是他為自己定下的工作目標。

持續的努力為王楊贏得了學界的認可。2019年，剛剛回國不久的他就被選為信息搜索領域國際雜志《計算機學會信息系統學報》（ACM Transactions on Information Systems）的副主編，當時的他是唯一一位尚未在這一雜志上發表文章的入選者。得益于共同培養學生的經歷，王楊的科研思路、科研方法得到了雜志主編的認可，并促成了相關研究的進展——“當時主編認為其中一項研究的成果已經達到發表的水平，但是我覺得這個深度還不夠，還有繼續挖掘的潛力。所以我就堅持將那個問題繼續深入研究，最終的結果也確實比原先的成果高出一倍以上。”王楊回憶道。他始終認為，獲得這一機會很大程度上源自自己對于“研究就要做得比別人更深”的執著，而能以這份執著得到業界的認可，是他的幸運，也是他繼續努力的動力之一。

談及未來的規劃，王楊坦言，他還是希望以學術研究為陣地，充分挖掘理論創新的更多可能。他常說做科研的過程就是一個不斷發現自己不足的過程，而他期待憑借自己和團隊的共同努力，找出不足、彌合差距，通過不斷完成一些具有挑戰的創新性工作，最終建設一支國內乃至國際上具有一定影響力的科研團隊。當被問及具體的發展方向時，王楊認為盡管人工智能面臨著重重挑戰，但仍是以算法為其關鍵所在。故此他選擇了人機交互方向作為下一步的主攻方向，以期解決“機器如何為人民服務？”“機器如何更好地工作？”“人機如何配合以達到和諧狀態并完成共同任務？”等問題，以點帶面地推動人工智能的未來發展。

在采訪的最后，王楊也談到了他對ChatGPT的理解——“ChatGPT不是簡單的‘問答工具’，它事實上是通過監督學習將搜索到的信息圖進行分析和整合，這個過程不是一次性的，而是通過一手、二手、三手……不斷地將有價值的信息抓取并發送出來，這也是其被認為可以取代一些行業的核心競爭力所在。”而ChatGPT的問世也激發了他對于我國人工智能發展的思考：“經過多年的發展，我們在解決問題和發表文章層面，數量和質量都得到了很大的提升。然而在發表高質量學術論文的基礎上，我國如何提出新的概念、新的解決方案，最終可以產出一個像ChatGPT這樣具有重大創新意義的概念或者產品，這將是我們要為之努力的方向。如果可以在這個過程中攻克一兩個關鍵問題，為我國人工智能行業發展貢獻力量，我覺得很榮幸。盡管命題宏大、道路漫長，但我堅信只要有夢想、有堅定的毅力、有扎實的行動，夢想就有實現的可能。”王楊笑著說道。