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| 本文作者： 三川 | 2016-11-21 18:43 |
作為 Facebook 人工智能部門主管， Yann LeCun 是 AI 領域成績斐然的大牛，也是行業內最有影響力的專家之一。
近日，LeCun在卡內基梅隆大學機器人研究所進行了一場 AI 技術核心問題與發展前景的演講。他在演講中提到三點干貨：
1. 無監督學習代表了 AI 技術的未來。
2. 當前 AI 應用的熱點集中在卷積神經網絡。
3. 用模擬器提高無監督學習的效率是大勢所趨。
演講完整視頻如下。該視頻長 75 分鐘，并包含大量專業術語，因此雷鋒網節選關鍵內容做了視頻摘要，以供讀者瀏覽。
以下為視頻摘要：
AI 技術的飛速進步很大程度上是由于深度學習和神經網絡領域的突破，還得益于大型數據庫的建立和更快的 GPU。我們現在已有了圖像識別能力可與人類相比的 AI 系統 （例如下文中 Facebook 的識別系統）。這會導致自動化交通，醫療圖像解析在內的多個領域的革命。但這些系統現在用的都是監督學習（supervised learning），輸入的數據被人為加上標簽。
接下來的挑戰在于，怎么讓機器從未經處理的、無標簽無類別的數據中進行學習，比方說視頻和文字。而這就是無監督學習（unsupervised learning）。
傳統的思想認為，如果你沒有大量的數據，神經網絡應該控制在較小的規模。Yann LeCun 指出這完全是錯誤的。他的團隊在數據不變的情況下擴展了神經網絡，得到了更好的結果。他說，神經網絡越大，效果就越好（當然前提是數據庫大小達到了臨界值）。至于為什么會這樣，目前仍是一個謎，相關理論研究正在開展。
Yann LeCun 特別強調了卷積神經網絡的重要性和應用：”我們很早就認識到，卷積神經網絡可以被用來處理多種任務——不單單是識別單個物體（比如字母數字），還可以識別多個物體，同時進行物體識別、分組和解釋。比方說，可以用卷積神經網絡訓練 AI 系統識別并標注（攝像頭所拍攝）圖像中的每一個像素，以此分析前方路徑是否可通過。在英偉達最近的自動駕駛項目中，他們就使用了卷積神經網絡來訓練自動駕駛系統。系統分析攝像頭提供的圖像，據此模仿人類的轉向角度。“
他還介紹了卷積神經網絡在 Facebook 圖像識別系統中的應用。“有了它之后，Facebook 的系統不僅能識別圖像，還能繪制出圖像的輪廓，并根據輪廓影像對物體進行分類。該系統甚至可以挑出中國菜里面的西蘭花（如下圖）。”
下面是對同一幅圖像識別前后的對比：
Yann LeCun 表示這是一個巨大的進步，如果你在幾年前問一個 AI 專家：”我們什么時候才能做到這樣？”，答案會是“不清楚”。
“ 想讓 AI 技術繼續進步，我們就必須要讓機器能夠分析、推理、記憶，把現象和文字轉化為運行知識。”
他接著作出預測，下一個將會十分流行的技術是記憶增強神經網絡。它可被理解為用記憶增強的遞歸神經網絡，其中，記憶本身是一個能被區分的回路，并可以作為學習中的一部分用于訓練。Yann LeCun 接下來對該技術進行了深入探討，這里不贅述，詳情請見視頻。
進行強化學習、監督學習、無監督學習的所需數據規模相差數個數量級。強化學習每次驗證（trial）所需的信息可能只有幾比特，監督學習是十到一萬比特的信息量，而無監督學習則需要數百萬比特。所以，Yann LeCun 做了一個比喻：假設機器學習是一個蛋糕，強化學習是蛋糕上的一粒櫻桃，監督學習是外面的一層糖衣，無監督學習則是蛋糕糕體。無監督學習的重要性不言而喻。為了讓強化學習奏效，也離不開無監督學習的支持。
當下的主要問題是，AI 系統沒有“常識”。人類和動物通過觀察世界、行動和理解自然規律來獲得常識，機器也需要學會這么做。包括 Yann LeCun 在內的許多專家，把無監督學習作為賦予機器常識的關鍵，該過程如下：
AI 系統由兩部分組成：代理和目標（agent and objective）。代理做出行動，觀察該行動對現實的影響產生認知，然后再通過該認知來預測現實情況。代理進行這一系列活動的動機來自于實現目標，而最終的目的則是：以最高的效率達到該目標。在強化學習中，對代理行為的獎勵（reward）來自于外部，無監督學習的獎勵則來自內部（對接近該目標的滿意）。
但這個過程存在一個很大的問題：代理進行無監督學習的方法是在現實生活中進行各種嘗試，這存在危險并且效率很低。比如，無人駕駛車不能嘗試所有可能的駕駛方法，會帶來安全隱患。這種嘗試又受到時間的限制，不能像計算機程序那樣每秒運行數千次。所以，Yann LeCun 解釋道，為了提高機器學習的效率，我們需要基于模型的強化學習（model based reinforcement learning ）。它由三部分組成：現實模擬器（world simulator），行動器（actor）和反饋裝置（critic）。現實模擬器對現實情況進行模擬，行動器生成行動預案（action proposals），然后反饋裝置對該行動的效果進行預測。這樣，AI 系統就可以對行動反復推演，進行優化，而不受到現實中時間和成本的限制。
小結： 作為業內大牛，Yann LeCun 的一舉一動都受到關注。他之前就發表過對 AI 前景和無監督學習的若干講話，這一次在卡內基梅隆的研究人員面前再次強調了他的觀點。雖然這不是我們第一次聽到專家強調無監督學習、甚至是卷積神經網絡的重要性；但此次演講中， Yann LeCun 借用許多技術細節和各大公司、研究院正在從事的研究作為示例，為無監督學習將來會怎樣發展作了全面的注解。正因如此，雷鋒網建議關注 AI 領域未來發展方向的讀者，不妨抽出一個下午仔細聽一下演講，必定會有收獲。
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