Tuesday, July 11, 2017

人工智能、机器学习、深度学习

我们外行人常常搞不清artificial intelligence(AI)、machine learning(ML)、和deep learning(DL)的关系。本文内容取自nvidia的博客网站的介绍文章。Nvidia为无人驾驶技术提供数据操作平台,最近和Toyota、百度等等公司达成了协作关系。NVIDIA坐落在硅谷的Santa Clara。

人工智能(AI)、机器学习(ML)、和深度学习(DL)技术之间到底是什么关系呢?Google DeepMind开发的电脑围棋软件AlphaGo,在韩国以五局三胜赢了世界上最好的职业棋手,媒体用了所有这三个名词来报道AlphaGo,因为人工智能、机器学习、和深度学习都是AlphaGo赢赛的原因。但这三个名词是不同的,你可以把这三者想成同心圆的关系:AI在最外围,是人们首先听见的概念,DL的发展在最里面,是AI发展的核心动力,只应用在一部分的ML技术上,却驱动了整个AI界各层面的爆炸性发展和应用,如下图所示:

AI能够大发展的主要原因是图像处理器(GPUs)和存储技术大大发展了,能够又快、又便宜地同时处理大量信息,并且几乎是无限制地快速存储和访问这些数据,以及快速地综合分析各类数据的能力(称为大数据)。随着各种传感器的研发,收集到更多更广的数据资源,反过来又进一步促进大数据技术的发展...现在能够利用AI的行业已经相当广了。

起初,计算机开始发展出来的时候,AI科学家就梦想着计算机有一天能够具有人类智力的特点。收集数据,计算,分类等等,机器肯定比人来的快,于是有了ML的设想—一种让机器取得AI的途径。举个机器学习的例子:

我们的电子邮箱,起初使用时收到很多垃圾邮件。现在有一大堆都被自动送到另一个文件夹去了,因为你的电子邮件服务商开始让你的计算机学习辨认垃圾邮件了。他们先输入一些数据,指出某些垃圾邮件的特征。然后允许用户指出,哪些垃圾邮件它没有辨认出来,哪些并不是垃圾邮件--它有辨认失误。你若借着点击“spam”或“not spam”经常“教导”,你的计算机就会累积数据,“学会”在这方面更好地服务你。你如果经常不看某人寄来的邮件而直接删除,你的计算机也可能学会,把那人的邮件自动归类为垃圾邮件等等,这些都不需要你为它编程序!你的电脑还会在一定时期之后自动为你清除垃圾文件夹,所以你最好定期检查一下你的垃圾文件夹,以免遗失重要信件。

虽然计算机可以借着积累的数据“学习”辨认文字和图像,并根据辨认结果很快作出某些决定和行动,还是远远不能和人类智力相比。下一步是进入DL发展阶段,就是让计算机拥有深度的学习能力。

DL是采用某种复杂的算法系统,来实现ML,让ML来模拟人的大脑神经网络。人的大脑有很多彼此联络的神经元,每个神经元都和周围所有其它的神经元联络,让人能够毫不费力地联想、分析、判断。而模拟的人工神经网络只能有一些离散层次的联结,而且数据传播的方向是预先设计好的。

比如,你把一个图像破碎成许多小块,送进人工神经网的第一层,就是那些单个的神经元,处理后送给第二层,第二层处理后再送到第三层等等,最后综合结果,达到辨认出来的目的。每一层的神经元处理结果都产生一个指数,这个指数叠加到最后,越高就说明所得结论的把握越高。比如辨认六角形的红色停车标志,图景中有没有停车标志呢?机器能够给出一个百分数,告诉你辨认出来的几率有多大。

能够辨认一幅图画还不够,实现深度学习的DL阶段真正开始,全靠图像处理技术完善,就是GPUs出现,才算真正把人工智能的神经元设想实现。起初认错的几率比较大,需要增加人工神经元网络的规模和密度,还需要常输入正确答案,然后借着DL算法来处理许多的ML图像,并借着筛选结果,来“训练”计算机“学习”看很多图像,得出抽象的分析结果。

DL是某种用来筛选结果的特别算法,不同的AI任务有不同的变量。现在在某些AI情况下,使用了DL的ML已经比人还强了。比如辨认血液中的某些癌指标,辨认磁共振图像扫描中的血相和肿瘤等等。Google开发出来的AlphaGo一遍遍地与自己下棋,使用了DL技术的ML不住地筛选并记住比较优化的棋局步骤,最后赢了世界上最好的棋手。

DL可以用在很多ML的领域中。DL能够把各种任务划分成细小的任务,使机械辅助成为可能,比如无人驾驶车辆,检查身体等等。AI因为DL和ML技术而大大发展,这些工作在不久的将来都必定会因为AI得到突破。

下面是NVIDIA公司的CEO黄仁勋(Jensen Huang)博士解释DL的概念。他后面演示了VR电脑游戏。因为NVIDIA是一个DL平台,所以应用是很多的,家居啊,运输啊等等。从讲演开始大约19分钟左右,黄总裁开始解释无人驾驶技术,很有趣。AI车辆不仅了解车辆周围的情形,也了解司机和乘客的状况,必要时发出警告。不用说,AI车辆能够完全自行驾驶。



NVINDIA最早研制自动驾驶技术的合作伙伴是奥迪汽车。

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