研究三巨头探讨人工智能发展现状和趋势

概要：日前 AAAS 在 reddit 上组织了一场问答，Facebook 人工智能研究院 Yann LeCun，微软研究院院长 Eric Horvitz，谷歌研究总监 Peter Norvig 共同出席此次活动，回答了观众提出的一系列问题。

日前 AAAS 在 reddit 上组织了一场问答，Facebook 人工智能研究院 Yann LeCun，微软研究院院长 Eric Horvitz，谷歌研究总监 Peter Norvig 共同出席此次活动，回答了观众提出的一系列问题，包括如何研究更通用的人工智能，如何看待深度学习热，AI 的下一个突破点，量子计算是否会对 AI 产生影响，用户的安全隐私问题等。

Q：现在，为了让 AI 在围棋中战胜人类选手，或者使用深度学习解决特定的科学任务，我们投入了很多人力物力。取得的成就虽然很棒，但 AI 能解决的问题极其有限。能否找到一种苏格拉底式的 AI，能阐明它胜任的所有任务背后的原理。目前不将上百万种特定的 AI 组合在一起，你没法构建一个通用的 AI 系统。如何将只能解决特定问题的人工智能转为更通用的人工智能？

Yann LeCun：在我看来，让机器通过观察来学习预测模型是 AGI（通用人工智能）的最大障碍。这并不是唯一方法。人类婴儿和许多动物似乎通过观察世界、与其交互得到一种常识 (与我们的 RL 系统相比，需要的交互非常少)。我的直觉是，大脑中很大一部分相当于预测机器，它训练自己去预测它所能预测的一切 (从观测中预测出未观测到的变量，例如通过过去和现在预测未来)。

可以用预测模型计划和学习新的任务，这一过程中只需与世界进行极少的交互。目前的「无模型」RL 系统，像 AlphaGo Zero，需要与「世界」进行大量的交互来学习 (尽管他们确实学得很好)。这种系统在围棋和象棋上都做得很好，因为这里的「世界」很简单，是确定的，而且可以在多个电脑上同时高速运行。与这种「世界」进行互动是可行的，成本极低。但这在现实世界中行不通，你不可能为了让系统只是学会不在悬崖边开车，而让它在悬崖边开无数次车。大脑中的模型告诉我们，在悬崖边开车是个坏主意。我们只需要一次就知道这个道理了。而如何让机器来学习这样的模型?

Eric Horvitz：是的，可以这样形容最近一系列取得胜利的 AI 系统——聪明而又片面的「学者」。人类智力背后存在着无数的未解之谜，我们并没有取得多大进展。包括「人工智能」，其背后也存在一系列亟待解决的问题。这些问题中，包括人们如何在开放的世界中以一种「无监督」的方式学习，人类「常识」背后的机制和原理，以及人类是如何轻松将事情进行归纳总结的。

目前有几个研究方向可以回答这些挑战，其中包括不断推动在特定领域和某些应用领域的研究，那里一定会出现突破。然而，我认为我们需要追求更通用的人工智能。

方法之一是采用综合人工智能：我们是否能将多种能力 (如语音识别、自然语言、视觉、规划和推理) 整合起来，探究整合过程中的需要解决的难题。

另一种方法是不断推动 DNNs 这种核心方法的发展，并追求更通用的解决问题的方法。我认为这一领域的突破很难实现，但将非常有价值。

下面这篇文章是关于通用 AI 框架的一些有意思的发展方向：

Q：目前，很多关于机器学习的研究都转向了深度学习。

（1）这会减少机器学习研究的多样性吗？

（2）为了支持深度学习研究，其他的范式如概率图模型、支持向量机等的研究会被抛弃吗？正如 90 世纪的深度学习一样，也许现在这些表现不好的模型在未来会表现得很好。

Yann LeCun：随着我们在 AI 上取得进步，我的感觉是深度学习只是解决方案的一部分。在复杂的（可能是动态的）图形中集成参数化模块并从数据中优化参数的想法并没有过时。从这个意义上说，只要我们还没有找到不需要使用梯度来优化参数的好办法，深层学习就不会消失。也就是说，正如我们今天所知道的那样，深度不足以构成「完整」的人工智能。我一直喜欢说定义动态深层结构的能力（即按照程序定义计算图，其结构随着新的输入而改变）的能力可以将深度学习推广为可微编程方法。

但事实上，我们至少遗漏了两件事：（1）可以推理的机器，而不仅仅是感知和分类，（2）机器可以通过观察世界来学习，而不需要人类策划的训练数据，不需要与世界进行太多次交互。有些人称之为无监督学习，但这个短语太模糊了。

我们需要机器学习的一种方式是学习人类的婴儿和动物：他们主要通过观察来建立世界模型，并且有非常少量的交互作用。这是下一个十年的挑战。

至于问题（2）深度学习和图形模型之间没有对立。你可以这样使用图形模型，比如因子图，其中的因子是整个神经网络。这些是正交概念。人们曾经在深度学习框架的基础上建立了概率规划框架。例如 Uber 的 Pyro，它是通过 PyTorch 建立的（概率编程可以看作图形模型的推广、类似可微编程是深度学习的泛化推广）。事实证明，在图模型中使用反向传播进行推理是非常有用的。当数据匮乏并且可以手动特征化时，SVM、核方法、树模型等更好用。

Eric Horvitz：人们对于深度神经网络在预测任务和分类的能力感到很兴奋。将其应用于对象识别、语音识别、翻译（结合强化学习思想）等的准确率不断提高。然而，AI 是一个宽广的领域，有着大量有前途的分支学科——并且 AI 的机器学习分支也还有着大量的分支。

我们需要继续开发有潜力的 AI 技术，包括概率图模型、决策理论分析、逻辑推理、规划、算法博弈论、元推理和控制论等已有的丰富成果。我们还需要将领域进行扩展，例如将有限理性模型推广到开放世界中研究智能体。

在微软研究室，我们在 DNNs 上付出了不少努力，投资更广泛的 AI 项目。我们也对如何结合逻辑推理、DNNs 和其他的机器学习感兴趣。例如，你可以看看我们用 DNNs+逻辑来自动编程的例子。

Q：你认为深度深度学习只是一时的潮流，还是长期的趋势？虽然我了解到基于深层学习的模型使得计算机视觉和 NLP 方面有了巨大的改进。你认为深度学习是解决视觉和 NLP 问题的模式吗？或者，不久就会有新的范式出现？

Peter Norvig：我认为「深度学习」这个品牌已经创造了很大的价值，因此不管基础技术有多大变化，它还会维持很长一段时间。即使 CNNs 和 Relus 兴起，我认为「深度学习」这个名字还将持续。

至于基本概念或方法，我认为我们在模式匹配问题上做得很好，但在关系推理和规划方面做得并不好。我们可以做一些抽象的形式，所以我们需要大量的新思想。

Q：我想知道是否有人试图设计一种模仿情感的奖励系统。我相信人工智能系统必须与世界有某种联系，「情感」是真正把我们与环境结合在一起的粘合剂。我正在想象 AI 通过完成一项任务能达到的某种状态。例如，我们有可以打败国际象棋大师的计算机，但我们能拥有想要赢的计算机吗？一个想法可能是分割数据，如果完成了一个任务，就会打开一个分区。所有的生命形式都通过一种奖励制度进化。

Peter Norvig：事实上，阿尔法狗等系统在围棋对弈以及其他游戏中取得的成果，主要来源于：一个系统的奖励，我们称之为「强化学习」。Alpha Zero 只从输掉一盘游戏或者赢得一盘游戏中获益，没有任何预先的专家知识，有的只是游戏的规则和「尝试更多能获得积极奖励的行为，更少获得消极反馈的行为」。所以，从某种意义上说，Alpha Zero 唯一「想要」的是赢。在另一个意义上说，它不想任何东西，它没有感受或好或坏的事情的感觉，它只是想从计算上获得最大的比分。

Q：很多传统统计模型的价值在于：我们能清楚地知道模型在做什么，它们是如何得出结论的，在推断/预测时的不确定因素。深度学习的方法在预测方面也很不错，但它们往往是「黑箱子」。对于 ANNs 等模型的内部机制，我们有哪些了解？了解模型的内部机制是否重要？我认为在做重大决策（例如自动驾驶、临床决策）时，了解模型的内部机制极其重要。

Peter Norvig：这是当前研究的一个重要领域。你可以从 Big Picture blog 或 Chris Olah 的博客中看到谷歌是如何来进行这一研究的。我认为理解上的困难更多的是来自于问题本身，而不是解决方案。当然，二维线性回归极易理解，但它不适用于非良好线性模型问题。同样地，随机森林或者标准的 Python/Java 代码中「if/then」规则很容易理解，但是如果这些规则真的是一目了然的话，代码中就不会有 bug 了。

我想说的不仅仅是「理解」，还有「可信度」。我们什么时候可以信任一个系统？特别是当系统做出重大决策的时候。有很多方面：

是否可以理解代码/模型；

模型是否长期在很多案例上得到过验证；

是否能确信世界没有发生变化，将我们带入模型从未见过的状态；

模型能否抵抗对抗性攻击；

模型能否抵抗 degradation 测试，即故意削弱模型的一部分，看其他部分如何工作；

过去是否有成功的相似技术；

模型是否被持续监控、验证和更新；

模型外部采取了哪些检查措施？有其他系统检查输入和输出系统吗；

采取什么语言与系统通信？能问系统正在做什么吗；

我能给它一些建议吗？如果它出错了，我只能给它成千上万个新的训练案例吗？是否可以直接对它说：「不，你得出的 X 是错误的，因为你忽略了 Y。」

……

这是一个很伟大的研究领域，希望未来看到更多的工作。

Q：你认为 Capsule 网络怎么样？除了 MultiMNIST，你们在其他数据集上有成功应用过它吗？当输入更多数据时，CNN 和它相比如何？

Yann LeCun：将胶囊网络应用于大规模的数据集是个不错的想法，Geoff Hinton 已经思考了几十年。他一直在寻找将其成功用于 MNIST 上的方法，如果想要将其成功用于 ImageNet 或其他数据集上，也需要花费很多的精力。此外，也不知道其在性能上是否存在优势。胶囊网络可以看成是一种具备特殊池化方式的卷积网络。

Q：你们在研究 AI 时发现最吓人的事情是什么？

Yann LeCun:这项研究没有什么可怕的（与一些小报有时声称的相反）。

可怕的事情只发生在人们试图过早地部署 AI 系统时。特斯拉自动驾驶仪功能超酷，但是，作为一个司机，你必须理解它的局限性，以便安全地使用它（它使用的是卷积网！）。

Eric Horvitz:对于如何在安全关键领域部署人工智能，我们有一些自己的理解——例如，当机器和人员协同工作时，我们努力实现「人工智能协作」。

我们在 AAAS 会议上有讨论这个话题：

https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/session/17970

Q：当人工智能机器人能够比任何一个团队更好地预测/引起市场波动，然后以闪电般的方式买卖股票、产品、土地等，会发生什么？我们能采取什么样的保障措施来防止 AI 的一些先驱者称霸世界市场？

Peter Norvig：多年来，有大量交易者将先进的统计模型运用到股票市场，取得了不错的成果。无论你有多聪明，你始终不知道还有多少空间，能让你把事情做的更好。就我个人而言，我认为我们应该提前几年就采取行动，通过控制交易的速度/或在交易上施加更高的成本，来抑制定量交易的效果。比我更了解交易的人或许有更好的保障办法，但我不认为 AI 从根本上改变了规则。

Yann LeCun：你越能准确地预测的市场，你就使得市场越难预测。完全有效的市场是完全不可预测的。因此，如果市场完全由一系列完美的（或准完美的）自动交易系统组成，每个人都会得到完全相同的回报（这与市场指数的表现相同）。

Q：量子计算的进步驱动了 AI 研究吗？如何看待二者在未来的融合？

Peter Norvig：目前我想做的很多事情量子计算都帮不上忙。我经常想要通过一个相对简单的算法来处理海量文本，而量子计算对此并无帮助。不过，量子计算可能有助于更高效地搜索深度网络的参数空间。我不知道是否有人做出了这样的量子算法，不需要考虑如何用硬件来实现，如果在理论上可行也可能会有所帮助。

Yann LeCun：驱动？当然不是，量子计算对于 AI 的影响如何，说实话，我目前还不清楚。我认为，它在短期内不可能对 AI 产生影响。

Q：许多人在使用搜索引擎和 Siri，Google Home 等语音助手时都会担心隐私泄露。当 AI 成为我们生活中密不可分的一部分时，有什么措施可以使得用户在使用 AI 的同时保护其行为数据？

Eric Horvitz：我能理解这种担心，我们公司的员工对于终端用户数据采取了严格的匿名措施，数据短暂停留后就会被删除，并且为用户提供了多种方法来观察，控制和删除数据。我相信 Google 和 Facebook 也采用了同样严格的方法，对此我没有什么不满。

随着欧盟发布的「一般数据保护条例」(GDPR) 开始实施，对于用户数据的把控会越来越严格。在保护用户隐私方面的努力让人觉得很棒，例如私下训练 AI 系统和为用户提供更多选择。在几年前 IAPP 的会议上曾讨论过后者的解决方案，可以在这里查看：http://erichorvitz.com/IAPP_Eric_Horvitz.pdf

Q：这些发展 AI 的公司（特别是 Facebook）背后的动机是什么呢？在我看来用户并不像 AI 公司那样关心 AI。一些公司借助 AI 来手机用户数据来盈利，更是激化了用户与公司之间的矛盾。如何让像我这样的用户相信这些产品不是打着 AI 的旗号，实际上是为了收集用户数据？

Peter Norvig：你提到了数字助手，我认为这个技术明显是站在用户一边的，你的数字助理将是你的——你可以训练它去做你想做的事情；在某些情况下，它只会在你的设备上运行你的私人数据，没有其他人可以访问它的内部工作。它将作为你的代理人，你不用直接去一家大公司的网站，希望他们能提供给你有用的东西，而你的代理人会整理这些产品，确保你得到你想要的东西。

Yann LeCun：这对于我们科学家来说不成问题。真正的问题是「你信任你的数据吗？」你相信你的手机公司，你的 ISP，你的手机/操作系统制造商，你最喜欢的搜索或社交网络服务，你的信用卡公司，你的银行，你使用的每一个移动应用程序的开发者吗？看看它们的数据政策，选择你可以信任的产品，确认他们不向第三方销售（或泄露）你的数据。在数据上遵从伦理并不会带给公司利益冲突，因为从长远来看，遵从数据伦理是唯一的好政策。

Eric Horvitz：我同意彼得的观点。在构建个人代理方面，存在着一些有趣的可能性，这些代理只根据他们所服务的人的偏好共享数据，并且这些代理只会根据所有者的指令行事。这是一个不错的研究领域。

Q： 我是本科新生，几年前我就想在 AI 领域工作，但是除了我的教授们我没有任何的资源。我的学校很小，要参加招聘会都得去别的城市，我如何能与 AI 领域产生更多的联系呢？

Peter Norvig：我建议你自己通过课程或讨论论坛在线交友继续学习。明显地，要凭借小学校的项目，找到 AI 方面的工作很难。但是，你可以在一家大公司获得软件工程师的职位，一旦你到了那里，表达你对 AI 的兴趣，在工作中学习，密切关注你所能从事的与 AI 相关的项目，并且很有可能在更短的时间内取得博士学位，你将成为公司中一个公认的人工智能专家。

Q：我是一名学习核工程/等离子体物理学研究生，正计划转向 AI 研究。

关于 AI 领域：AI 研究的下一个里程碑会是什么？目前需要攻克哪些挑战来达到这些里程碑？

关于专业技能：我需要具备哪些关键技能/知识？刚入门的人该如何学习？

Yann LeCun：深度无监督学习、可以进行推理的深度学习系统是下一个里程碑。无监督学习需要面临的挑战：学习世界的层次化表征，以理解变化的解释因素。如何在不完全可预测的世界中进行预测，这是机器需要学习的。关键技能：良好掌握数学（线性代数、多变量微积分、概率统计、优化学等）、熟练的编程技能、科学方法论。总的来说，创造力和知觉也很重要。

Peter Norvig：我对能真正理解人类语言、能进行实际对话的助理很感兴趣，这将是很重要的里程碑事件。其中挑战是结合抽象推理和规划将模式匹配，目前我们只能在非常形式化的领域，如围棋中才能做的很好，而在现实世界中还远远不够。

作为物理学家是你的一大优势，你的数学背景、实验、建模和处理不确定性、误差的思维很适合学习 AI。我见到过很多物理学家在 AI 领域做得不错。