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| 本文作者： 亞萌 | 2016-12-12 21:49 |
編者按：本文原作者Carlos E. Perez，由雷鋒網編譯整理。
Yann LeCun在很多演講中反復提到一個著名的“蛋糕”比喻：
如果人工智能是一塊蛋糕，那么強化學習（ Reinforcement Learning）是蛋糕上的一粒櫻桃，監督學習（Supervised Learning）是外面的一層糖霜，無監督學習（ Unsupervised Learning）則是蛋糕胚。
目前我們只知道如何制作糖霜和櫻桃，卻不知如何制作蛋糕胚。
到12月初巴塞羅那的NIPS 2016時，LeCun就開始使用“預測學習”（Predictive Learning）這個新詞，來代替蛋糕胚“無監督學習”了。
LeCun在演講中說道：
我們一直在錯過一個關鍵因素就是預測（或無監督）學習，這是指：機器給真實環境建模、預測可能的未來、并通過觀察和演示來理解世界是如何運行的能力。
這是一個有趣的微妙的變化，暗示了LeCun對于“蛋糕”看法的改變。其觀點認為在加速AI發展進程之前，有很多的基礎性工作要完成。換句話就是，通過增加更多的能力（比如記憶、知識基礎和智能體）來建立目前的監督式學習，這意味著在我們能夠建造那個“預測性的基礎層級”之前，還有很多漫長艱辛的路途要走。
在其最新的 NIPS 2016的演講中，LeCun放出了這么一張PPT，列出了AI發展中的障礙：
機器需要學習/理解世界是如何運行的（包括物理世界、數字世界、人等，獲得一定程度的常識）
機器需要學習大量的背景知識（通過觀察和行動實現）
機器需要觀察世界的狀態（以做出精準的預測和計劃）
機器需要更新并記憶對世界狀態的估測（關注重大事件，記住相關事件）
機器需要推理和規劃（預測哪些行為，會最終導致理想的世界狀態）
預測學習，很顯然要求其能夠不僅在無人監督的情況下學習，而且還能夠習得一種預測世界的模型。LeCun正在嘗試改變我們對AI的固有分類的原因，或許是在表明，AI離最終的目標還有很多艱辛的路途要走。
最近受雇于蘋果的Ruslan Salakhudinov教授曾做過一個關于無監督學習的演講，在他演示的這張PPT的最右下角，提到了“生成對抗網絡”（GANs）。
GANs由相互競爭的神經網絡組成：生成器和辨別器，前者試圖產生假的圖像，后者鑒別出真正的圖像。
GANs系統有趣的特點就是，一個封閉的形狀損失函數并不是必須的。實際上，一些系統能夠發現自己的損失函數，這是很令人驚喜的。但GANs網絡的一個缺點，就是很難訓練，這當中需要為一個非合作性的雙方博弈，找到一個納什均衡。
Lecun在一個最近的關于無監督學習的演講中稱，對抗性網絡是“20年來機器學習領域最酷的想法”。
Elon Musk所資助的非營利研究組織OpenAI，對生成模型格外偏愛。他們的動力可以總結為理查德·費曼的一句名言“不是我創造的，我就不能理解”（What I cannot create, I do not understand）。費曼這里其實是指“首要原則”（First Principles）思考方法：通過構建驗證過的概念來理解事物。
在AI領域，或許就是指：如果一個機器能夠生成具有高度真實感的模型（這是一大飛躍），那么它就發展出了對預測模型的理解。這恰好就是GANs所采取的方法。
這些圖片都是由GANs系統根據給定詞匯生成的。比如，給定詞匯有“紅腳鷸”、“螞蟻”、“修道院”和"火山"，便生成了如下圖像。
這些生成的圖像很令人驚艷，我想很多人類都不會畫得這樣好。
當然，這個系統也不是完美的，比如下面這些圖像就搞砸了。但是，我見過很多人在玩“畫圖猜詞”游戲時畫得比這些糟糕多了。
目前的共識是，這些生成模型并不能準確捕捉到給定任務的“語義”：它們其實并不能理解“螞蟻”、“紅腳鷸”、"火山"等詞的意義，但卻能很好地進行模仿和預測。這些圖片并不是機器基于原有訓練圖片庫的再創造，而是根據通用模型（Generalized Model）所推斷出的非常接近現實的結果。
這種使用對抗性網絡的方法，異于經典的機器學習方法。我們有兩個互相競爭的神經網絡，但又好像在共同協作達成一種“泛化能力”（ Generalization）。
在經典的機器學習領域，研究人員先定義一個目標函數，然后使用他最喜愛的優化算法。但這當中有一個問題，那就是我們都無法準確得知所定的目標函數是否是正確的。而GANs令人驚喜的地方在于，它們甚至能夠習得自己的目標函數！
這里一個迷人的發現就是，深度學習系統可塑性極強。經典的機器學習認為目標函數和約束條件都是固定的觀念，或者認為最優算法是固定的觀念，此時并不適用于機器學習領域了。而更令人驚喜的是，甚至元級（Meta-Level）方法也能夠使用，也就是說，深度學習系統可以學習“如何學習”了（相關論文已經提交到 ICLR2017，比如這篇 https://openreview.net/pdf?id=Syg_lYixe）
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