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人工智能前沿技术与产业发展趋势(一)
作者:邓志东 申领版权
2017年07月21日 共有 1426 次访问 【添加到收藏夹】 【我要附加题目
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【导读】感谢清华大学计算机系教授邓志东向新智元投稿,他在《人工智能前沿技术与产业发展趋势》报告中指出,深度学习是人工智能的最新突破,一定要和大数据结合起来,做数据驱动下的感知智能产品研发,认知智能是前沿研究,支撑人工智能应用的硬件引擎也很重要。邓志东认为,弱人工智能的产业发展正处于爆发期,大家可以开始做工程化的应用产品开发了,私有大数据和深度学习芯片是制胜的关键和法宝。

【作者介绍】邓志东,清华大学计算机系教授,博士生导师。兼任中国自动化学会理事,中国自动化学会智能自动化专业委员会主任。

我报告的题目是《人工智能前沿技术与产业发展趋势》,主要涉及四个方面的内容:一个是深度学习——人工智能的最新突破;第二个是深度学习方法一定要和大数据结合起来,即大数据驱动下的感知智能产品研发;第三个是举一反三的认知智能前沿研究;最后一个是支撑人工智能应用的硬件引擎。

深度学习:人工智能的最新突破


我们首先来看一下深度学习这一人工智能的最新突破。刚好60年之前,人工智能有一个定义,即把人工智能视为研究与设计智能体,这个智能体要能感知环境,要能采取行动,并使自己成功的机会最大化。所以它包括三个方面的内容:一是感知,二是决策——决策也就是认知,三是行动。首先很明确,现在人工智能是通过学习,而不是编程来实现的。

人的大脑里面肯定没程序,我们一定是通过学习,来获得视、听觉的能力,还有记忆、推理、规划、决策、知识学习与思考等,这些认知能力也都是通过学习而非编程得到的。总之就是所谓的习而识之。

人工智能可以分类为感知智能、认知智能和创造性智能三种,这是我们的观点。感知智能,简单说就是对人的直觉(intuition)能力的模拟,这主要涉及人的视觉、听觉、触觉等,这属于感知部分。还有一部分是认知智能,即对人类深思熟虑行为的模拟,比如人的推理、规划、决策、知识学习。另外就是创造性智能,包括人的灵感和顿悟,这一块显然还没有开始这方面的研究。

人工智能是一个影响面极广的共性科学问题,同时也是一个战略性前沿技术。它的突破从2006年开始,可以说人工神经网络由此进入了第三次复兴。

1970年、2000年前后人工神经网络置身寒冬,在人工智能领域中是被边缘化的。2012年的时候因为和大数据结合,又考虑了GPU硬件加速这个计算引擎,所以真正取得了全球的瞩目。2013年开始,国际科技巨头高强度深度介入,这是人工神经网络前两次研究热潮中从没发生过的。

现在大家几乎天天都能看到各种人工智能的新闻,许多IT巨头都决心用人工智能重塑企业的产品线,实现企业产品结构的转型升级。未来25年,人工智能还将给我们这个世界带来更多深刻的改变和惊喜。

人工神经网络本身可看成是对生物神经系统的模拟或者近似。方法有两种,一个是对外部输入输出的模拟,一个是对内部机制的模拟。它的发展里程可归结为“三起两落”。最早于1943年就出现了MP模型,目前的大部分神经网络都还在使用这种人工神经元模型。1957Rosenblatt提出了Perceptron(感知机),这是第一种人工神经网络,因此Rosenblatt也被称之为“人工神经网络之父”。所以说,人工神经网络至今只有59年历史,而人工智能是60年历程。

这后面还有一系列里程碑式的结果,比如20世纪80年代出现的掀起第二次人工神经网络研究热潮的Hopfield网络和BP网络。30年前,在20世纪80年代中后期、90年代初期,人工神经网络也如同现在一样,那个时候非常热,也有无限美好的憧憬。

当时各行各业都去做神经网络,不过与现在不太一样,都仅限于学术圈和研究机构,企业参与很少。后来发现这些神经网络并非想象那样,能力不行,做不了多少事情,因此神经网络研究一下又跌入严冬。

现在这一轮复兴,跨国企业,比如目前做得比较好的Google(DeepMind、Brain)、Facebook、微软、IBM Watson、Amazon、百度等,全都进来了。还有一个趋势比较明显,就是企业逐渐成为人工智能研究的第一梯队,产业与学术研究的距离不断缩短,国内外都这样,非常明显。我举一个例子,现在许多公认的顶级国际会议论文都出自于Google、Facebook、微软这样的跨国企业,而并非高校和政府科研机构。


除了企业以外,还有两大国际学术研究中心,一个是以Geoff Hinton教授为领军人物的加拿大多伦多大学,另一个是以Yann LeCun教授为领军人物的纽约大学。事实上,人工智能领域有一个以Hinton为首的人工神经网络学派,主要包括Hinton、LeCun和Bengio,是全球深度学习研究的三大灵魂人物。

具有完全监督学习能力的深度卷积神经网络发展至今,Yann LeCun居功甚伟。1987年LeCun取得博士学位,曾是Hinton的博士后,在AT&T贝尔实验室工作了14年,2013年12月9日受聘于Facebook,创建了著名的Facebook人工智能研究院(FAIR)。深度神经网络主要就是指深度卷积神经网络(CNN),这是目前在某些垂直细分领域惟一能够达到人类水平的神经网络计算模型,其他如深度信念网络(DBN)和深度自动编码器,都达不到这样的高水平。
卷积神经网络的最初版本实际是由一个日本人福岛邦彦提出来的,当时叫认知机与神经认知机,20世纪70年代就有这个模型,目前卷积神经网络中的卷积、池化、感受野、ReLU等概念与激发函数在这些模型中就有了。1989年LeCun将误差反向传播引入神经认知机,使后者获得了监督学习能力。1995年和Bengio将其命名为卷积神经网络,2006年叫深度神经网络。他还创建了手写体数字识别数据集MNIST,2006年做到了0.39%的错误识别率,性能超过传统计算机视觉方法很多。

深度CNN具有强大的分层特征表达能力,而且特征是自动学习得到的,不是人工设计的,包括底层、中层、高层特征,而且通过感受野的提高可同时获得局部和全局特征。就某个特定的应用场景,结合大数据和人工智能硬件引擎,既然它的分类识别精度能够达到人类的水平,自然就可以进行工程产品的开发了。



 

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