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如何給非專(zhuān)業(yè)人士講解什么是深度學(xué)習(xí)?

人工智能 深度學(xué)習(xí) 移動(dòng)開(kāi)發(fā)
文對(duì)深度學(xué)習(xí)的概念闡述刻意避免了數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)論證,這種用水管網(wǎng)絡(luò)來(lái)普及深度學(xué)習(xí)的方法只適合一般公眾。對(duì)于懂?dāng)?shù)學(xué)、懂計(jì)算機(jī)科學(xué)的專(zhuān)業(yè)人士來(lái)說(shuō),這樣的描述相當(dāng)不完備也不精確。流量調(diào)節(jié)閥的比喻與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)神經(jīng)元相關(guān)的權(quán)重調(diào)整,在數(shù)學(xué)上并非完全等價(jià)。對(duì)水管網(wǎng)絡(luò)的整體描述也有意忽略了深度學(xué)習(xí)算法中的代價(jià)函數(shù)、梯度下降、反向傳播等重要概念。專(zhuān)業(yè)人士要學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí),還是要從專(zhuān)業(yè)教程看起。

去年開(kāi)始,工作中需要做許多有關(guān) AI 科普的事情。很長(zhǎng)時(shí)間里一直在想,該如何給一個(gè)沒(méi)有 CS 背景的人講解什么是深度學(xué)習(xí),以便讓一個(gè)非技術(shù)的投資人、企業(yè)管理者、行業(yè)專(zhuān)家、媒體記者乃至普通大眾明白深度學(xué)習(xí)為什么會(huì)特別有效,理解 AI 是如何幫助人們解決具體問(wèn)題的。中間經(jīng)由 Quora 一篇簡(jiǎn)短回答的啟發(fā),大致形成了用水流脈絡(luò)來(lái)比擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的想法。曾經(jīng)在面向銀行界、教育界、投資界人士的演講中,嘗試過(guò)基于這個(gè)比喻的講解方法,效果很不錯(cuò)。慢慢就形成了這樣一篇文章,最近也被收進(jìn)了李開(kāi)復(fù)和我合著的科普書(shū)《人工智能》中。

【注】特別需要說(shuō)明的是,本文對(duì)深度學(xué)習(xí)的概念闡述刻意避免了數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)論證,這種用水管網(wǎng)絡(luò)來(lái)普及深度學(xué)習(xí)的方法只適合一般公眾。對(duì)于懂?dāng)?shù)學(xué)、懂計(jì)算機(jī)科學(xué)的專(zhuān)業(yè)人士來(lái)說(shuō),這樣的描述相當(dāng)不完備也不精確。流量調(diào)節(jié)閥的比喻與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)神經(jīng)元相關(guān)的權(quán)重調(diào)整,在數(shù)學(xué)上并非完全等價(jià)。對(duì)水管網(wǎng)絡(luò)的整體描述也有意忽略了深度學(xué)習(xí)算法中的代價(jià)函數(shù)、梯度下降、反向傳播等重要概念。專(zhuān)業(yè)人士要學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí),還是要從專(zhuān)業(yè)教程看起。

從根本上說(shuō),深度學(xué)習(xí)和所有機(jī)器學(xué)習(xí)方法一樣,是一種用數(shù)學(xué)模型對(duì)真實(shí)世界中的特定問(wèn)題進(jìn)行建模,以解決該領(lǐng)域內(nèi)相似問(wèn)題的過(guò)程。

首先,深度學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)。既然名為“學(xué)習(xí)”,那自然與我們?nèi)祟?lèi)的學(xué)習(xí)過(guò)程有某種程度的相似?;叵胍幌?,一個(gè)人類(lèi)小朋友是如何學(xué)習(xí)的?

人類(lèi)小朋友是如何學(xué)習(xí)的?機(jī)器又是如何學(xué)習(xí)的?

比如,很多小朋友都用識(shí)字卡片來(lái)認(rèn)字。從古時(shí)候人們用的“上大人、孔乙己”之類(lèi)的描紅本,到今天在手機(jī)、平板電腦上教小朋友認(rèn)字的識(shí)字卡片APP,最基本的思路就是按照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序,讓小朋友反復(fù)看每個(gè)漢字的各種寫(xiě)法(大一點(diǎn)的小朋友甚至要學(xué)著認(rèn)識(shí)不同的書(shū)法字體),看得多了,自然就記住了。下次再見(jiàn)到同一個(gè)字,就很容易能認(rèn)出來(lái)。

這個(gè)有趣的識(shí)字過(guò)程看似簡(jiǎn)單,實(shí)則奧妙無(wú)窮。認(rèn)字時(shí),一定是小朋友的大腦在接受許多遍相似圖像的刺激后,為每個(gè)漢字總結(jié)出了某種規(guī)律性的東西,下次大腦再看到符合這種規(guī)律的圖案,就知道是什么字了。

其實(shí),要教計(jì)算機(jī)認(rèn)字,差不多也是同樣的道理。計(jì)算機(jī)也要先把每一個(gè)字的圖案反復(fù)看很多很多遍,然后,在計(jì)算機(jī)的大腦(處理器加上存儲(chǔ)器)里,總結(jié)出一個(gè)規(guī)律來(lái),以后計(jì)算機(jī)再看到類(lèi)似的圖案,只要符合之前總結(jié)的規(guī)律,計(jì)算機(jī)就能知道這圖案到底是什么字。

用專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),計(jì)算機(jī)用來(lái)學(xué)習(xí)的、反復(fù)看的圖片叫“訓(xùn)練數(shù)據(jù)集”;“訓(xùn)練數(shù)據(jù)集”中,一類(lèi)數(shù)據(jù)區(qū)別于另一類(lèi)數(shù)據(jù)的不同方面的屬性或特質(zhì),叫做“特征”;計(jì)算機(jī)在“大腦”中總結(jié)規(guī)律的過(guò)程,叫“建模”;計(jì)算機(jī)在“大腦”中總結(jié)出的規(guī)律,就是我們常說(shuō)的“模型”;而計(jì)算機(jī)通過(guò)反復(fù)看圖,總結(jié)出規(guī)律,然后學(xué)會(huì)認(rèn)字的過(guò)程,就叫“機(jī)器學(xué)習(xí)”。

到底計(jì)算機(jī)是怎么學(xué)習(xí)的?計(jì)算機(jī)總結(jié)出的規(guī)律又是什么樣的呢?這取決于我們使用什么樣的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。

有一種算法非常簡(jiǎn)單,模仿的是小朋友學(xué)識(shí)字的思路。家長(zhǎng)和老師們可能都有這樣的經(jīng)驗(yàn):小朋友開(kāi)始學(xué)識(shí)字,比如先教小朋友分辨“一”、“二”、“三”時(shí),我們會(huì)告訴小朋友說(shuō),一筆寫(xiě)成的字是“一”,兩筆寫(xiě)成的字是“二”,三筆寫(xiě)成的字是“三”。這個(gè)規(guī)律好記又好用。但是,開(kāi)始學(xué)新字時(shí),這個(gè)規(guī)律就未必奏效了。比如,“口”也是三筆,可它卻不是“三”。我們通常會(huì)告訴小朋友,圍成個(gè)方框兒的是“口”,排成橫排的是“三”。這規(guī)律又豐富了一層,但仍然禁不住識(shí)字?jǐn)?shù)量的增長(zhǎng)。很快,小朋友就發(fā)現(xiàn),“田”也是個(gè)方框兒,可它不是“口”。我們這時(shí)會(huì)告訴小朋友,方框里有個(gè)“十”的是“田”。再往后,我們多半就要告訴小朋友,“田”上面出頭是“由”,下面出頭是“甲”,上下都出頭是“申”。很多小朋友就是在這樣一步一步豐富起來(lái)的特征規(guī)律的指引下,慢慢學(xué)會(huì)自己總結(jié)規(guī)律,自己記住新的漢字,并進(jìn)而學(xué)會(huì)幾千個(gè)漢字的。

有一種名叫決策樹(shù)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法,就和上面根據(jù)特征規(guī)律來(lái)識(shí)字的過(guò)程非常相似。當(dāng)計(jì)算機(jī)只需要認(rèn)識(shí)“一”、“二”、“三”這三個(gè)字時(shí),計(jì)算機(jī)只要數(shù)一下要識(shí)別的漢字的筆畫(huà)數(shù)量,就可以分辨出來(lái)了。當(dāng)我們?yōu)榇R(shí)別漢字集(訓(xùn)練數(shù)據(jù)集)增加“口”和“田”時(shí),計(jì)算機(jī)之前的判定方法失敗,就必須引入其他判定條件。由此一步步推進(jìn),計(jì)算機(jī)就能認(rèn)識(shí)越來(lái)越多的字。

附圖顯示了計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)“由”、“甲”、“申”這三個(gè)新漢字前后,計(jì)算機(jī)內(nèi)部的決策樹(shù)的不同。這說(shuō)明,當(dāng)我們給計(jì)算機(jī)“看”了三個(gè)新漢字及其特征后,計(jì)算機(jī)就像小朋友那樣,總結(jié)并記住了新的規(guī)律,“認(rèn)識(shí)”了更多的漢字。這個(gè)過(guò)程,就是一種最基本的機(jī)器學(xué)習(xí)了。

當(dāng)然,這種基于決策樹(shù)的學(xué)習(xí)方法太簡(jiǎn)單了,很難擴(kuò)展,也很難適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的不同情況。于是,科學(xué)家和工程師們陸續(xù)發(fā)明出了許許多多不同的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。

例如,我們可以把漢字“由”、“甲”、“申”的特征,包括有沒(méi)有出頭,筆畫(huà)間的位置關(guān)系等,映射到某個(gè)特定空間里的一個(gè)點(diǎn)(我知道,這里又出現(xiàn)數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)了。不過(guò)這不重要,是否理解“映射”的真實(shí)含義,完全不影響后續(xù)閱讀)。也就是說(shuō),訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中,這三個(gè)字的大量不同寫(xiě)法,在計(jì)算機(jī)看來(lái)就變成了空間中的一大堆點(diǎn)。只要我們對(duì)每個(gè)字的特征提取得足夠好,空間中的一大堆點(diǎn)就會(huì)大致分布在三個(gè)不同的范圍里。

這時(shí),讓計(jì)算機(jī)觀察這些點(diǎn)的規(guī)律,看能不能用一種簡(jiǎn)明的分割方法(比如在空間中畫(huà)直線),把空間分割成幾個(gè)相互獨(dú)立的區(qū)域,盡量使得訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中每個(gè)字對(duì)應(yīng)的點(diǎn)都位于同一個(gè)區(qū)域內(nèi)。如果這種分割是可行的,就說(shuō)明計(jì)算機(jī)“學(xué)”到了這些字在空間中的分布規(guī)律,為這些字建立了模型。

接下來(lái),看見(jiàn)一個(gè)新的漢字圖像時(shí),計(jì)算機(jī)就簡(jiǎn)單把圖像換算成空間里的一個(gè)點(diǎn),然后判斷這個(gè)點(diǎn)落在了哪個(gè)字的區(qū)域里,這下,不就能知道這個(gè)圖像是什么字了嗎?

很多人可能已經(jīng)看出來(lái)了,使用畫(huà)直線的方法來(lái)分割一個(gè)平面空間(如附圖所示),很難適應(yīng)幾千個(gè)漢字以及總計(jì)至少數(shù)萬(wàn)種不同的寫(xiě)法。如果想把每個(gè)漢字的不同變形都對(duì)應(yīng)為空間中的點(diǎn),那就極難找到一種數(shù)學(xué)上比較直截了當(dāng)?shù)姆椒?,?lái)將每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)的點(diǎn)都分割包圍在不同區(qū)域里。

很多年里,數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家就是被類(lèi)似的問(wèn)題所困擾。人們不斷改進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)方法。比如,用復(fù)雜的高階函數(shù)來(lái)畫(huà)出變化多端的曲線,以便將空間里相互交錯(cuò)的點(diǎn)分開(kāi)來(lái),或者,干脆想辦法把二維空間變成三維空間、四維空間甚至幾百維、幾千維、幾萬(wàn)維的高維空間。在深度學(xué)習(xí)實(shí)用化之前,人們發(fā)明了許多種傳統(tǒng)的、非深度的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。這些方法雖然在特定領(lǐng)域取得了一定成就,但這個(gè)世界實(shí)在是復(fù)雜多樣、變化萬(wàn)千,無(wú)論人們?yōu)橛?jì)算機(jī)選擇了多么優(yōu)雅的建模方法,都很難真正模擬世界萬(wàn)物的特征規(guī)律。這就像一個(gè)試圖用有限幾種顏色畫(huà)出世界真實(shí)面貌的畫(huà)家,即便畫(huà)藝再高明,他也很難做到“寫(xiě)實(shí)”二字。

那么,如何大幅擴(kuò)展計(jì)算機(jī)在描述世界規(guī)律時(shí)的基本手段呢?有沒(méi)有可能為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一種靈活度極高的表達(dá)方式,然后讓計(jì)算機(jī)在大規(guī)模的學(xué)習(xí)過(guò)程里不斷嘗試和尋找,自己去總結(jié)規(guī)律,直到最終找到符合真實(shí)世界特征的一種表示方法呢?

現(xiàn)在,我們終于要談到深度學(xué)習(xí)了!

深度學(xué)習(xí)就是這樣一種在表達(dá)能力上靈活多變,同時(shí)又允許計(jì)算機(jī)不斷嘗試,直到最終逼近目標(biāo)的一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法。從數(shù)學(xué)本質(zhì)上說(shuō),深度學(xué)習(xí)與前面談到的傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性差別,都是希望在高維空間中,根據(jù)對(duì)象特征,將不同類(lèi)別的對(duì)象區(qū)分開(kāi)來(lái)。但深度學(xué)習(xí)的表達(dá)能力,與傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)相比,卻有著天壤之別。

簡(jiǎn)單地說(shuō),深度學(xué)習(xí)就是把計(jì)算機(jī)要學(xué)習(xí)的東西看成一大堆數(shù)據(jù),把這些數(shù)據(jù)丟進(jìn)一個(gè)復(fù)雜的、包含多個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)(深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)),然后檢查經(jīng)過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理得到的結(jié)果數(shù)據(jù)是不是符合要求——如果符合,就保留這個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為目標(biāo)模型,如果不符合,就一次次地、鍥而不舍地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置,直到輸出滿足要求為止。

這么說(shuō)還是太抽象,太難懂。我們換一種更直觀的講法。

假設(shè)深度學(xué)習(xí)要處理的數(shù)據(jù)是信息的“水流”,而處理數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由管道和閥門(mén)組成的巨大的水管網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的入口是若干管道開(kāi)口,網(wǎng)絡(luò)的出口也是若干管道開(kāi)口。這個(gè)水管網(wǎng)絡(luò)有許多層,每一層有許多個(gè)可以控制水流流向與流量的調(diào)節(jié)閥。根據(jù)不同任務(wù)的需要,水管網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)、每層的調(diào)節(jié)閥數(shù)量可以有不同的變化組合。對(duì)復(fù)雜任務(wù)來(lái)說(shuō),調(diào)節(jié)閥的總數(shù)可以成千上萬(wàn)甚至更多。水管網(wǎng)絡(luò)中,每一層的每個(gè)調(diào)節(jié)閥都通過(guò)水管與下一層的所有調(diào)節(jié)閥連接起來(lái),組成一個(gè)從前到后,逐層完全連通的水流系統(tǒng)(這里說(shuō)的是一種比較基本的情況,不同的深度學(xué)習(xí)模型,在水管的安裝和連接方式上,是有差別的)。

那么,計(jì)算機(jī)該如何使用這個(gè)龐大的水管網(wǎng)絡(luò),來(lái)學(xué)習(xí)識(shí)字呢?

比如,當(dāng)計(jì)算機(jī)看到一張寫(xiě)有“田”字的圖片時(shí),就簡(jiǎn)單將組成這張圖片的所有數(shù)字(在計(jì)算機(jī)里,圖片的每個(gè)顏色點(diǎn)都是用“0”和“1”組成的數(shù)字來(lái)表示的)全都變成信息的水流,從入口灌進(jìn)水管網(wǎng)絡(luò)。

我們預(yù)先在水管網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)出口都插一塊字牌,對(duì)應(yīng)于每一個(gè)我們想讓計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)的漢字。這時(shí),因?yàn)檩斎氲氖?ldquo;田”這個(gè)漢字,等水流流過(guò)整個(gè)水管網(wǎng)絡(luò),計(jì)算機(jī)就會(huì)跑到管道出口位置去看一看,是不是標(biāo)記有“田”字的管道出口流出來(lái)的水流最多。如果是這樣,就說(shuō)明這個(gè)管道網(wǎng)絡(luò)符合要求。如果不是這樣,我們就給計(jì)算機(jī)下達(dá)命令:調(diào)節(jié)水管網(wǎng)絡(luò)里的每一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥,讓“田”字出口“流出”的數(shù)字水流最多。

這下,計(jì)算機(jī)可要忙一陣子了,要調(diào)節(jié)那么多閥門(mén)呢!好在計(jì)算機(jī)計(jì)算速度快,暴力計(jì)算外加算法優(yōu)化(其實(shí),主要是精妙的數(shù)學(xué)方法了,不過(guò)我們這里不講數(shù)學(xué)公式,大家只要想象計(jì)算機(jī)拼命計(jì)算的樣子就可以了),總是可以很快給出一個(gè)解決方案,調(diào)好所有閥門(mén),讓出口處的流量符合要求。

下一步,學(xué)習(xí)“申”字時(shí),我們就用類(lèi)似的方法,把每一張寫(xiě)有“申”字的圖片變成一大堆數(shù)字組成的水流,灌進(jìn)水管網(wǎng)絡(luò),看一看,是不是寫(xiě)有“申”字的那個(gè)管道出口流出來(lái)的水最多,如果不是,我們還得再次調(diào)整所有的調(diào)節(jié)閥。這一次,要既保證剛才學(xué)過(guò)的“田”字不受影響,也要保證新的“申”字可以被正確處理。

如此反復(fù)進(jìn)行,直到所有漢字對(duì)應(yīng)的水流都可以按照期望的方式流過(guò)整個(gè)水管網(wǎng)絡(luò)。這時(shí),我們就說(shuō),這個(gè)水管網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)是一個(gè)訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型了。

例如,附圖顯示了“田”字的信息水流被灌入水管網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程。為了讓水流更多地從標(biāo)記有“田”字的出口流出,計(jì)算機(jī)需要用特定方式近乎瘋狂地調(diào)節(jié)所有流量調(diào)節(jié)閥,不斷實(shí)驗(yàn)、摸索,直到水流符合要求為止。

當(dāng)大量識(shí)字卡片被這個(gè)管道網(wǎng)絡(luò)處理,所有閥門(mén)都調(diào)節(jié)到位后,整套水管網(wǎng)絡(luò)就可以用來(lái)識(shí)別漢字了。這時(shí),我們可以把調(diào)節(jié)好的所有閥門(mén)都“焊死”,靜候新的水流到來(lái)。

與訓(xùn)練時(shí)做的事情類(lèi)似,未知的圖片會(huì)被計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)的水流,灌入訓(xùn)練好的水管網(wǎng)絡(luò)。這時(shí),計(jì)算機(jī)只要觀察一下,哪個(gè)出口流出來(lái)的水流最多,這張圖片寫(xiě)的就是哪個(gè)字。

簡(jiǎn)單嗎?神奇嗎?難道深度學(xué)習(xí)竟然就是這樣的一個(gè)靠瘋狂調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)“湊”出最佳模型的學(xué)習(xí)方法?整個(gè)水管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部,每個(gè)閥門(mén)為什么要如此調(diào)節(jié),為什么要調(diào)節(jié)到如此程度,難道完全由最終每個(gè)出口的水流量來(lái)決定?這里面,真的沒(méi)有什么深?yuàn)W的道理可言?

深度學(xué)習(xí)大致就是這么一個(gè)用人類(lèi)的數(shù)學(xué)知識(shí)與計(jì)算機(jī)算法構(gòu)建起整體架構(gòu),再結(jié)合盡可能多的訓(xùn)練數(shù)據(jù),以及計(jì)算機(jī)的大規(guī)模運(yùn)算能力去調(diào)節(jié)內(nèi)部參數(shù),盡可能逼近問(wèn)題目標(biāo)的半理論、半經(jīng)驗(yàn)的建模方式。

指導(dǎo)深度學(xué)習(xí)的基本是一種實(shí)用主義的思想。

不是要理解更復(fù)雜的世界規(guī)律嗎?那我們就不斷增加整個(gè)水管網(wǎng)絡(luò)里可調(diào)節(jié)的閥門(mén)的個(gè)數(shù)(增加層數(shù)或增加每層的調(diào)節(jié)閥數(shù)量)。不是有大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)和大規(guī)模計(jì)算能力嗎?那我們就讓許多CPU和許多GPU(圖形處理器,俗稱(chēng)顯卡芯片,原本是專(zhuān)用于作圖和玩游戲的,碰巧也特別適合深度學(xué)習(xí)計(jì)算)組成龐大計(jì)算陣列,讓計(jì)算機(jī)在拼命調(diào)節(jié)無(wú)數(shù)個(gè)閥門(mén)的過(guò)程中,學(xué)到訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的隱藏的規(guī)律。也許正是因?yàn)檫@種實(shí)用主義的思想,深度學(xué)習(xí)的感知能力(建模能力)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。

實(shí)用主義意味著不求甚解。即便一個(gè)深度學(xué)習(xí)模型已經(jīng)被訓(xùn)練得非常“聰明”,可以非常好地解決問(wèn)題,但很多情況下,連設(shè)計(jì)整個(gè)水管網(wǎng)絡(luò)的人也未必能說(shuō)清楚,為什么管道中每一個(gè)閥門(mén)要調(diào)節(jié)成這個(gè)樣子。也就是說(shuō),人們通常只知道深度學(xué)習(xí)模型是否工作,卻很難說(shuō)出,模型中某個(gè)參數(shù)的取值與最終模型的感知能力之間,到底有怎樣的因果關(guān)系。

這真是一件特別有意思的事。有史以來(lái)最有效的機(jī)器學(xué)習(xí)方法,在許多人看來(lái),竟然是一個(gè)只可意會(huì)、不可言傳的“黑盒子”。

由此引發(fā)的一個(gè)哲學(xué)思辨是,如果人們只知道計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)了做什么,卻說(shuō)不清計(jì)算機(jī)在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握的是一種什么樣的規(guī)律,那這種學(xué)習(xí)本身會(huì)不會(huì)失控?

比如,很多人由此擔(dān)心,按照這樣的路子發(fā)展下去,計(jì)算機(jī)會(huì)不會(huì)悄悄學(xué)到什么我們不希望它學(xué)會(huì)的知識(shí)?另外,從原理上說(shuō),如果無(wú)限增加深度學(xué)習(xí)模型的層數(shù),那計(jì)算機(jī)的建模能力是不是就可以與真實(shí)世界的終極復(fù)雜度有一比呢?如果這個(gè)答案是肯定的,那只要有足夠的數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)就能學(xué)會(huì)宇宙中所有可能的知識(shí)——接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么?大家是不是對(duì)計(jì)算機(jī)的智慧超越人類(lèi)有了些許的憂慮?還好,關(guān)于深度學(xué)習(xí)到底是否有能力表達(dá)宇宙級(jí)別的復(fù)雜知識(shí),專(zhuān)家們尚未有一致看法。人類(lèi)至少在可見(jiàn)的未來(lái)還是相對(duì)安全的。

補(bǔ)充一點(diǎn):目前,已經(jīng)出現(xiàn)了一些可視化的工具,能夠幫助我們“看見(jiàn)”深度學(xué)習(xí)在進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)算時(shí)的“樣子”。比如說(shuō),谷歌著名的深度學(xué)習(xí)框架TensorFlow就提供了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)版的小工具( Tensorflow — Neural Network Playground ),用人們易于理解的圖示,畫(huà)出了正在進(jìn)行深度學(xué)習(xí)運(yùn)算的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)特征。

 

附圖顯示了一個(gè)包含4層中間層級(jí)(隱含層)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)針對(duì)某訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)的“樣子”。圖中,我們可以直觀地看到,網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)層級(jí)與下一個(gè)層級(jí)之間,數(shù)據(jù)“水流”的方向與大小。我們還可以隨時(shí)在這個(gè)網(wǎng)頁(yè)上改變深度學(xué)習(xí)框架的基本設(shè)定,從不同角度觀察深度學(xué)習(xí)算法。這對(duì)我們學(xué)習(xí)和理解深度學(xué)習(xí)大有幫助。

附圖顯示了一個(gè)包含4層中間層級(jí)(隱含層)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)針對(duì)某訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)的“樣子”。圖中,我們可以直觀地看到,網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)層級(jí)與下一個(gè)層級(jí)之間,數(shù)據(jù)“水流”的方向與大小。我們還可以隨時(shí)在這個(gè)網(wǎng)頁(yè)上改變深度學(xué)習(xí)框架的基本設(shè)定,從不同角度觀察深度學(xué)習(xí)算法。這對(duì)我們學(xué)習(xí)和理解深度學(xué)習(xí)大有幫助。

注:本文摘自李開(kāi)復(fù)、王詠剛 《人工智能》 一書(shū)

責(zé)任編輯:林師授 來(lái)源: 知乎專(zhuān)欄
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