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圖靈獎得主等三人談：人工智能的未來十年會怎樣？

2020/06/23
導(dǎo)讀
“我們并非只是為了獲得工程上有效的算法，我們希望能理解人類的心靈”

左上為美國康奈爾大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系工程與應(yīng)用數(shù)學(xué)IBM講席教授、圖靈獎得主John Hopcroft；右上為美國康奈爾大學(xué)計算機(jī)教授 Bart Selman；右圖為智源研究院理事長，源碼資本投資合伙人張宏江。


編者按

回首人工智能的發(fā)展，深度學(xué)習(xí)無疑是過去十年的最大亮點(diǎn)，它在計算機(jī)視覺方面的突破性進(jìn)展，使其幾乎等同于人工智能。那么，未來十年，人工智能將朝著哪個方向前進(jìn)？通用人工智能會在何時以什么樣的形式出現(xiàn)？
6月21日晚，在2020北京智源大會上，北京智源人工智能研究院理事長張宏江同康奈爾大學(xué)計算機(jī)教授 Bart Selman，圖靈獎得主 John Hopcroft就以上問題作出了回答。

撰文 | 華   夏

責(zé)編 | 陳曉雪

 
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人工智能技術(shù)的出現(xiàn)可以追溯到二十世紀(jì)上半葉計算機(jī)學(xué)科創(chuàng)立之時，阿蘭·圖靈提出 “圖靈測試”，討論可計算性的邊界。1956年達(dá)特茅斯會議上，AI 作為一個學(xué)科正式宣布誕生。
 
但很長時間以來，人工智能都未能成功走出象牙塔，在產(chǎn)業(yè)和公共部門得到廣泛使用，或成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。?960年代的符號推理系統(tǒng)，到1980年代的專家系統(tǒng)，人工智能出現(xiàn)過幾次破殼而出的跡象，但都未能成功變成產(chǎn)業(yè)級應(yīng)用。
 
在過去十年中，一切都改變了。
 
6月21日晚，在北京智源人工智能大會上，北京智源人工智能研究院理事長張宏江作為主持人，同康奈爾大學(xué)計算機(jī)教授 Bart Selman，圖靈獎得主 John Hopcroft 探討了近年來 AI 的飛速發(fā)展和 AI 研究的未來：過去十年 AI 領(lǐng)域發(fā)生了什么？接下來十年AI 又將如何發(fā)展？
 
追溯這場革命，一個繞不開的時間點(diǎn)，是 2012年深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) AlexNet 在 ImageNet 大規(guī)模圖像識別挑戰(zhàn)競賽中取得的驚人成就。
 
彼時，使用8層神經(jīng)元的 AlexNet 把圖像識別的錯誤率，從 25% 水平大幅降到了 15%。自此，僅僅3年之后，人們就學(xué)會了訓(xùn)練多達(dá)100層神經(jīng)元的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ResNet，將圖像識別的錯誤率降到了3.6%。這個水平已然超越人類的水平（5%）。截止2020年6月，AlexNet 的論文被引用次數(shù)已經(jīng)超過6萬4千次。這是深度學(xué)習(xí)技術(shù)的驚人首秀。
 

如今，深度學(xué)習(xí)幾乎可以和 AI 劃等號。深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在1950年代已經(jīng)出現(xiàn)，用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反向傳播算法（backpropagation）出現(xiàn)在1986年，用于自然語言處理領(lǐng)域的長短期記憶算法（LSTM）出現(xiàn)在1997年。但在過去的許多年里，訓(xùn)練數(shù)據(jù)和計算能力都十分匱乏。那時的研究者縱使有許多思路，也很難去驗證。
 
“在我獲得博士學(xué)位的60年代初，我曾經(jīng)參與手工制作了上千幅 100x100 像素的符號圖像，這在當(dāng)時看來就已經(jīng)是巨量數(shù)據(jù)了?！?Hopcroft 說。
 
但摩爾定律和互聯(lián)網(wǎng)時代的出現(xiàn)終于改變了一切。到了 2010年代，基于高性能GPU的計算的和互聯(lián)網(wǎng)上產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，人們終于能大量訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，去驗證自己的想法。這是過去 10年 AI 飛速進(jìn)步的主要原因。
 
不過，因為深度學(xué)習(xí)技術(shù)的革命性成功，其他 AI 技術(shù)的應(yīng)用被某種程度上忽略了。經(jīng)典的 AI 技術(shù)，例如機(jī)器推理、規(guī)劃、搜索等，在過去十年同樣取得了很大進(jìn)步。
 
Selman 說， “一個很好的例子是 AlphaGo。它除了使用了基于深度學(xué)習(xí)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)，也使用2006年左右發(fā)明的蒙特卡洛樹搜索技術(shù)。這是一個經(jīng)典的，純粹的符號邏輯算法?！?nbsp; 另一個例子是自動駕駛系統(tǒng)。雖然對街道上物體的識別技術(shù)來源于深度學(xué)習(xí)，但在設(shè)計交通路線的時候，還是需要依靠傳統(tǒng)搜索，規(guī)劃，推理等 AI 技術(shù)。
 
Selman 認(rèn)為，忽略非數(shù)據(jù)驅(qū)動的 AI 技術(shù)，可能會成為 AI 技術(shù)在未來十年取得更大突破的障礙。
 
“如果說數(shù)據(jù)是大量標(biāo)注好的圖片，或者語音和文字的對應(yīng)關(guān)系，那么知識就好比是牛頓定律，往往只需少數(shù)幾條，就能解釋大量數(shù)據(jù)?！?nbsp; Selman 說。數(shù)據(jù)驅(qū)動的AI技術(shù)雖然在許多應(yīng)用領(lǐng)域非常有效，但仍然比不上人類學(xué)習(xí)的效率。人類學(xué)習(xí)過程是基于“小樣本”的，Selman 說，“只需要幾個例子，外加一些老師的指導(dǎo)，人類就能理解某個知識?！?/span>
 
2019年8月，Selman 和現(xiàn)任國際人工智能學(xué)會（AAAI）主席 Yolanda Gil 共同起草了《美國未來20年人工智能研究路線圖》（ A 20-Year Community Roadmap for Artificial Intelligence Research in the US）。該白皮書強(qiáng)調(diào)未來的一個研究重點(diǎn)是 “有自我意識的學(xué)習(xí)”（self-aware learning）。 “某個人在學(xué)習(xí)某個科目，比如說微積分時，他對自己的知識掌握情況會有一個評估，他會主動提問，或者針對自己的弱項進(jìn)行更多的練習(xí)?！?nbsp; Selman 解釋道。這些是目前 AI 欠缺的能力。
 
僅僅靠數(shù)據(jù)驅(qū)動的路徑，雖然能讓AI在一些領(lǐng)域達(dá)到接近或者超過人類的水平，例如人臉識別。但在另一些領(lǐng)域，比如自動駕駛，我們需要的是接近 100% 的安全性。Selman 認(rèn)為，這最后的10%，5% 的提升，可能不是深度學(xué)習(xí)本身的進(jìn)展能夠解決的，我們需要不同的思路。
 
Selman 指出，深度學(xué)習(xí)技術(shù)除了在效率上的不足，還有更多的問題。
 
例如黑箱問題。深度學(xué)習(xí)算法通常只能給出判斷，卻不能給出判斷的理由。假如基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的 AI 是考試的閱卷官，它雖然能夠評分，卻不能給出評分的理由，被評分的學(xué)生可能會非常不滿。假如這樣的 AI 系統(tǒng)要負(fù)責(zé)給出醫(yī)療診斷的方案，卻不能讓醫(yī)生理解這個方案的道理，那么醫(yī)生們可能會拒絕執(zhí)行這樣的治療方案，病人也很難獲得充分的溝通。此外，端到端（end-to-end）訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可能會過于復(fù)雜，使得工程師無法分別針對其組成部分進(jìn)行質(zhì)量測試。這對于需要極高安全性的自動駕駛系統(tǒng)就會成為一個問題。
 
另外，數(shù)據(jù)驅(qū)動的 AI 技術(shù)還面臨著數(shù)據(jù)偏見的問題。例如當(dāng)前科技領(lǐng)域的從業(yè)者主要是男性，如果 AI 作為招聘官，可能會認(rèn)為男性更適合從事高科技職業(yè)，從而拒絕合格的女性應(yīng)聘者。這些偏見存在于數(shù)據(jù)之中，人類能夠憑借自己對歷史和社會的認(rèn)識，去避免過分地看重某些經(jīng)驗數(shù)據(jù)。但目前的 AI 系統(tǒng)仍然大多處于 “偏見進(jìn)，偏見出”（bias in，bias out）的狀態(tài)，無法糾正訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的偏見。
 
事實上，在《美國未來20年人工智能研究路線圖》中，Selman 對以上問題進(jìn)行了更全面的回應(yīng)。該白皮書確定了三個需要重點(diǎn)關(guān)注的研究方向：分別是（1）集成化的智能（Intergrated Intelligence），強(qiáng)調(diào)要將各種解決特定問題的 AI 技術(shù)模塊組合起來，同時要建立 AI 能理解的人類知識庫； （2）有意義的交互（Meaningful interaction）強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互時的隱私問題，以及用戶對系統(tǒng)的理解，信任和控制能力； （3）有自我意識的學(xué)習(xí)（Self-aware learning），強(qiáng)調(diào)小樣本學(xué)習(xí)，因果推斷，高穩(wěn)定性的學(xué)習(xí)算法，有意圖（intentional）的感知和行動。這三個方面均對目前深度學(xué)習(xí)之外的 AI 技術(shù)，或者深度學(xué)習(xí)的弱點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。
 
在6月21日的會議上，Selman談到，現(xiàn)在 Google，F(xiàn)acebook，Apple 等大公司吸收了大量的 AI 資源，包括有天賦的學(xué)生和教授 ，但商業(yè)利益導(dǎo)向的研究可能會忽略掉一些重要領(lǐng)域的需求，比如教育和醫(yī)療系統(tǒng)。他提議，美國在未來需要更多地支持學(xué)術(shù)界和非 IT 商業(yè)領(lǐng)域的 AI 研究，建立一個 AI 的國家基礎(chǔ)設(shè)施，包括共享的數(shù)據(jù)集，軟件庫，計算資源等等，以便那些因為資金和影響力的原因無法獲得足夠資源的行業(yè)，也能為 AI 的發(fā)展做貢獻(xiàn)。
 
不過，這些努力是否能讓我們在未來十年看到能夠靈活解決各種問題，而非局限于具體任務(wù)的通用人工智能出現(xiàn)呢？
 
在 Selman 看來，通用人工智能可能還需要 20 年以上的時間才可以實現(xiàn)。
 
“不過如果我們在未來五到十年能在真正的自然語言理解上獲得突破，使得 AI 可以去閱讀圖書，從互聯(lián)網(wǎng)獲得知識，那么這個進(jìn)程可能會被大大加速?！?Selman 解釋道。
 
同時，他表示對未來 AI 從數(shù)據(jù)到知識，從大樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練到小樣本知識獲取的進(jìn)步感到樂觀。Selman認(rèn)為，技術(shù)是加速發(fā)展的。人類發(fā)展農(nóng)業(yè)技術(shù)用了幾千年，發(fā)展工業(yè)技術(shù)用了幾百年，發(fā)展 AI 技術(shù)只用了幾十年。我們現(xiàn)在有了更高效的編程語言，更方便的計算設(shè)備，大量的數(shù)據(jù)，基于互聯(lián)網(wǎng)的高效知識共享，以及產(chǎn)業(yè)界的大量投資，技術(shù)的進(jìn)步將會越來越快。
 
我們無法在短期內(nèi)達(dá)到通用人工智能的原因，Hopcroft 補(bǔ)充說，是因為目前的 AI 研究普遍是具體工程指標(biāo)驅(qū)動的，人們花了很多精力，在特定的領(lǐng)域去改善算法的表現(xiàn)。他認(rèn)為，我們需要更多好奇心驅(qū)動的研究，需要更多地回到基礎(chǔ)科學(xué)問題上來。“未來人工智能領(lǐng)域重要的突破，可能并非來自計算機(jī)科學(xué)專家，而是生物學(xué)研究者。” Hopcroft 說，畢竟人類現(xiàn)在對于人類大腦進(jìn)化歷程和兒童大腦發(fā)育機(jī)制，知道得仍然非常有限。
 
這也提醒了我們?nèi)斯ぶ悄苓@一學(xué)科成立的初衷。我們并非只是為了獲得工程上有效的算法。我們希望能理解人類的心靈。如費(fèi)曼所言， “我造不出來的東西，我就沒有真的弄懂。”（What I cannot create, I do not understand.) 


 制版編輯 | 皮皮魚
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