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本文作者: 我在思考中 | 2021-12-13 17:21 | 專題:GAIR 2021 |
圓桌論壇:1991人工智能大辯論三十周年紀(jì)念
六位頂級(jí)人工智能專家齊聚一堂,回顧當(dāng)年人工智能大辯論的盛況及影響,以史為鑒,探尋人工智能下一個(gè) 30 年的發(fā)展道路。
林德康教授
1982 年,張成奇教授正在吉林大學(xué)攻讀碩士研究生,從事專家系統(tǒng)方面的研究。那時(shí),吉林大學(xué)是我國最早開始研究人工智能的單位之一,并在王湘浩院士的領(lǐng)導(dǎo)下發(fā)起了全國高校人工智能研究會(huì)。
1992 年,張成奇教授基于群論解決了分布式專家系統(tǒng)中不同的不確定性模型互相轉(zhuǎn)化的問題,這一成果發(fā)表在了人工智能頂級(jí)期刊《Artificial Intelligence》上,這是中國大陸學(xué)者首次在該期刊上發(fā)表論文。在張成奇教授看來,相較于當(dāng)年,如今的感知智能、行為主義智能技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,分布式人工智能可以發(fā)展一條更為光明道路。同年,在張成奇教授成功于《Artificial Intelligence》上發(fā)表論文四個(gè)月之后,楊強(qiáng)教授的研究成果也首次發(fā)表在該期刊上。
楊強(qiáng)教授
彼時(shí),如今的“遷移學(xué)習(xí)”、“聯(lián)邦學(xué)習(xí)”旗手——楊強(qiáng)教授也醉心于符號(hào)主義人工智能研究,在規(guī)劃領(lǐng)域頗有建樹,試圖從邏輯角度尋找搜索路徑,探究高層次的推理技術(shù)。1989 年,楊強(qiáng)教授在 IJCAI 上發(fā)表了其第一篇頂會(huì)論文《Preprocessing Search Spaces for Branch and Bound Search》,在該論文中,楊強(qiáng)教授提出了一種名為“threaded decisions graph”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通過事先在搜索空間中進(jìn)行預(yù)處理的方式,降低了啟發(fā)式搜索問題求解方法的計(jì)算開銷。1990 年,楊強(qiáng)教授開發(fā)出的第一個(gè)開源規(guī)劃軟件“ABTWEAK”在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用,該成果被 AAAI 1990 收錄。1991 年,楊強(qiáng)教授在 IJCAI 大會(huì)上發(fā)表論文《The Downward Refinement Property》,提出了一種層次化的邏輯表達(dá)關(guān)注度模型,在保證準(zhǔn)確性的條件下大幅提高了推理速度。同年,楊強(qiáng)教授的論文《Characterizing Abstraction Hierarchies for Planning》也被 AAAI 大會(huì)收錄。1992 年,楊強(qiáng)教授首次在《Artificial Intelligence》期刊上發(fā)表論文。
趙峰教授
上世紀(jì) 80 年代末,在 MIT 人工智能實(shí)驗(yàn)室求學(xué)的趙峰教授第一時(shí)間觸碰到了大洋彼岸行為主義興起的浪潮。當(dāng)年,趙峰教授的研究方向是基于模型的人工智能,旨在讓計(jì)算機(jī)程序能夠理解、推理物理世界中的現(xiàn)象。
在如今的波士頓動(dòng)力公司創(chuàng)始人MIT馬克雷伯特教授的實(shí)驗(yàn)室中,趙峰教授發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)的機(jī)器人研究十分困難,因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)機(jī)器的動(dòng)力系統(tǒng)作出非常精準(zhǔn)的規(guī)劃,這大大延緩了該領(lǐng)域的研究進(jìn)度。1989 年,趙峰教授MIT讀書時(shí)的Committee 老師Rodney Brooks基于行為主義思想設(shè)計(jì)了一款六足機(jī)器人,該機(jī)器人在無需進(jìn)行推理的情況下,能夠輕松跨越涵蓋,引起了巨大轟動(dòng),并獲得了 1991 年的 IJCAI 計(jì)算機(jī)思維獎(jiǎng)。Rodney Brooks 高喊“無需推理、無需表示”的口號(hào),發(fā)表了著名的論文《Intelligence without representation》。
與此同時(shí),“人工智能理論基礎(chǔ)大辯論”讓學(xué)術(shù)界在研究方向上出現(xiàn)了重要的分歧,即擁抱數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)還是堅(jiān)持模型驅(qū)動(dòng)和推理。在趙峰教授看來,要回答這一問題,可以從“工程”和“科學(xué)”兩個(gè)方面驗(yàn)證。從工程的角度來說,我們需要考慮某種學(xué)術(shù)思路能否解決實(shí)際問題;從科學(xué)的角度來說,我們可以觀察某種學(xué)說能否經(jīng)過時(shí)間的考驗(yàn)回答基礎(chǔ)的智能問題。
林方真教授
進(jìn)入 21 世紀(jì),我國在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域研究的進(jìn)步速度與日俱增,涌現(xiàn)出了一大批杰出的人工智能科學(xué)家,周志華教授就是其中的代表人物之一。
在周志華教授眼中,人工智能的概念和內(nèi)涵一直在動(dòng)態(tài)發(fā)展,今天的“AI”和90年代初的“AI”實(shí)質(zhì)上并不是一回事,當(dāng)年的AI主要是指“智能行為的符號(hào)化建?!边@條研究路線,并且當(dāng)年的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是“與AI對(duì)立”的事物。
1991年提出的幾個(gè)問題,體現(xiàn)的是當(dāng)時(shí)研究者們對(duì)“符號(hào)主義”的反思,以及對(duì)引入其他路線的思考。這個(gè)論辯的直接結(jié)果之一是使得大家承認(rèn)了人工智能的“三大主義”(符號(hào)主義,連接主義,行為主義)。
機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展已經(jīng)讓現(xiàn)在的AI超越當(dāng)年的內(nèi)涵,不能再簡(jiǎn)單歸類為三大主義,例如規(guī)則學(xué)習(xí)和決策樹大體上可以歸入符號(hào)主義,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以歸入連接主義,強(qiáng)化學(xué)習(xí)和演化學(xué)習(xí)可以歸入行為主義,但統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、貝葉斯學(xué)習(xí)很難歸入以往的三大主義。事實(shí)上AI已形成五大主義:符號(hào)主義,連接主義,行為主義,頻率主義,貝葉斯主義。但回過頭來看,它們?nèi)魏螁畏矫婊蛟S都不夠,就像機(jī)器學(xué)習(xí)中的集成學(xué)習(xí)一樣,要多方融合集成,兼收并蓄,例如知識(shí)推理與機(jī)器學(xué)習(xí)的融合。周志華教授說他個(gè)人可謂是“集成主義(ensemblism)"者,這是他自己造的一個(gè)詞。
1. 黑盒模型 vs 邏輯推理
目前流行的深度學(xué)習(xí)模型大多具有“黑盒屬性”,隨著深度學(xué)習(xí)模型的瓶頸逐漸凸顯出來,許多學(xué)者又將目光投向了邏輯推理。
楊強(qiáng)教授指出,認(rèn)知智能和感知智能的發(fā)展過程是一個(gè)螺旋式交替上升的過程,二者相輔相成。上世紀(jì),我們研究人工智能問題,涉及的感知表達(dá)往往很簡(jiǎn)單,而考慮的認(rèn)知過程卻非常復(fù)雜。隨著軟硬件我們可以思考如何通過研究感知智能的方法促進(jìn)對(duì)認(rèn)知智能的研究,是否可以通過成功的感知系統(tǒng)解決認(rèn)知問題。
在張成奇教授看來,圖靈測(cè)試似乎定義了人工智能研究“只重結(jié)果,不看過程”的論調(diào)——只要結(jié)果達(dá)到特定指標(biāo),人們就不會(huì)有太多質(zhì)疑和爭(zhēng)論。人工智能研究發(fā)展至今已經(jīng)快 70 年,但一直沒有跳出圖靈測(cè)試的“范疇”。
大多數(shù)人認(rèn)為,人類獨(dú)有的認(rèn)知才是真正的智能,任何動(dòng)物都具備的感知不屬于智能。所以,早期的人工智能研究之所以聚焦于認(rèn)知智能,首先是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為認(rèn)知智能是高級(jí)智能;其二是因?yàn)槟菚r(shí)很難清晰地描述和定義感知。但如今,得益于算力、算法的發(fā)展和大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),感知智能已經(jīng)相對(duì)成熟,很多感知智能方法在應(yīng)用中取得了不錯(cuò)的效果,符合圖靈測(cè)試的要求。
然而,感知智能對(duì)智能發(fā)展的推動(dòng)作用有限,所以越多越多的人開始寄希望于認(rèn)知智能,從目前的趨勢(shì)來看,在深度學(xué)習(xí)時(shí)代,大數(shù)據(jù)和知識(shí)雙輪驅(qū)動(dòng)是認(rèn)知智能取得新突破的一個(gè)頗有潛力的路徑。
林方真教授認(rèn)為,在深度學(xué)習(xí)流行的今天,我們?nèi)匀恍枰獔?jiān)持對(duì)知識(shí)表示和推理技術(shù)的研究。人工智能是個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的和交叉學(xué)科,需要通過不同的方法解決不同的問題。知識(shí)表示和推理是智能的重要基石,而邏輯則是推理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。事實(shí)上,人類從古希臘時(shí)期就開始嘗試使用邏輯來形式化人類的推理,這是眾多哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家上千年來的研究結(jié)晶。在林方真教授看來,用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取代邏輯推理的方式并不可行,應(yīng)結(jié)合各種 AI 工具,而不是用某種工具取代其它的工具。
2. 感知、認(rèn)知智能的融合
如今,感知、認(rèn)知融合技術(shù)的融合已漸漸成為了一種趨勢(shì)。如何實(shí)現(xiàn)感知信號(hào)、認(rèn)知推理、行為決策之間的遞進(jìn)是融合各個(gè)主義學(xué)說的關(guān)鍵問題。
對(duì)此,周志華教授認(rèn)為,作為計(jì)算機(jī)學(xué)科出發(fā)的人工智能研究者,更關(guān)心的是受智能行為的啟發(fā)解決實(shí)際問題,而不必過分拘泥于“認(rèn)知”“感知”等概念和說法。從技術(shù)方法論上看,傳統(tǒng)基于邏輯的人工智能主要是基于自頂向下的“演繹”,比較容易利用領(lǐng)域?qū)<抑R(shí),而目前機(jī)器學(xué)習(xí)主要是基于自底向上的“歸納”,比較容易利用數(shù)據(jù)事實(shí),現(xiàn)在差不多是考慮將自頂向下的演繹和自底向上的歸納結(jié)合起來的時(shí)候了,或許可以解決當(dāng)前的人工智能技術(shù)所不能解決的一些問題。
趙峰教授指出,我們需要從兩個(gè)方面考慮各種主義的融合:(1)人與動(dòng)物的差別。從感知角度來看,有些動(dòng)物在某種感知模型里,比人更加敏感。但是人能夠把經(jīng)驗(yàn)總結(jié)下來,形成體系化知識(shí),并且在人與人之間互相傳播和交流這些知識(shí),所以從這個(gè)角度來講,認(rèn)知行為理論是值得借鑒的。(2)機(jī)器學(xué)習(xí)。目前機(jī)器學(xué)習(xí)的知識(shí)挖掘仍然局限在基礎(chǔ)的“關(guān)聯(lián)”層面,未有效地觸及因果關(guān)系。如今,學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)可解釋的 AI、可信 AI 技術(shù)的需求與日俱增。相比于 30 年前,如今的算力基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備達(dá)到了前所未有的高度,如果把機(jī)器學(xué)習(xí)、結(jié)構(gòu)化知識(shí)、認(rèn)知行為理論有機(jī)的結(jié)合起來,或許有望突破模型推理的黑盒挑戰(zhàn)。
3. 知識(shí)從何而來?
“知識(shí)”是人工智能系統(tǒng)發(fā)揮作用的重要基礎(chǔ),在周志華教授看來,我們大致可以通過以下兩種方式獲取知識(shí):(1)將人類的一些常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)下來形成知識(shí)。該過程通常需要用邏輯表達(dá)的方式實(shí)現(xiàn)。(2)借助龐大的互聯(lián)網(wǎng),作為人工智能獲取知識(shí)的來源。通過以上兩種方式獲取知識(shí)的方法各有千秋。人類基于邏輯關(guān)系的知識(shí)表達(dá)精確性高,對(duì)人工智能系統(tǒng)非常友好,從互聯(lián)網(wǎng)中挖掘出的知識(shí),不可避免地會(huì)存在大量的噪聲和沖突。而互聯(lián)網(wǎng)中蘊(yùn)含的知識(shí)量往往更大,獲取知識(shí)的成本較低。為了將二者結(jié)合起來,可能在某種程度上會(huì)犧牲互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的靈活性,以及邏輯知識(shí)的精確性。機(jī)器學(xué)習(xí)或許可以作為結(jié)合二者的“粘合劑”。
楊強(qiáng)教授認(rèn)為,從遷移學(xué)習(xí)的角度來看,以人類為例,人類在兒時(shí)獲取的知識(shí)的主要來源于父母,相當(dāng)于給小孩賦予了一個(gè)預(yù)訓(xùn)練模型。經(jīng)過教育后,人類在“調(diào)參”過程中掌握了學(xué)習(xí)的規(guī)律和方法。長(zhǎng)大后,人類不需要接觸很多案例,就可以通過遷移學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型,適配新的場(chǎng)景,學(xué)會(huì)很多新知識(shí)。如今,“預(yù)訓(xùn)練+調(diào)優(yōu)”的范式在人工智能領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,這一方向前景十分光明。
張成奇教授指出,認(rèn)知知識(shí)和感知知識(shí)的結(jié)合是很一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的研究課題。人類不需要大數(shù)據(jù)感知,基于小樣本數(shù)據(jù)就可以完成學(xué)習(xí)任務(wù),但對(duì)于人工智能系統(tǒng)而言,這是一項(xiàng)非常有挑戰(zhàn)的事情。對(duì)于一輛自動(dòng)駕駛汽車來說,為了了解道路周圍的環(huán)境,它需要用到感知智能。在行駛過程中,為了避免道路擁堵,規(guī)劃兩個(gè)位置之間的路徑,需要用到認(rèn)知智能技術(shù)。在掌握了認(rèn)知和感知知識(shí)后,它還需要學(xué)習(xí)駕駛技術(shù),實(shí)現(xiàn)具體的動(dòng)作,這本身是一件非常難的事情。從現(xiàn)階段來看,我們可以嘗試分開研究感知和認(rèn)知知識(shí)。
凡是過往,皆為序章。自 1991 年“人工智能理論基礎(chǔ)大辯論”已過去 30 年。30 年來,世界人工智能發(fā)展格局迅速變化,中國的人工智能研究者們前赴后繼,完成了對(duì)世界先進(jìn)國家人工智能技術(shù)跟跑、并跑、到領(lǐng)跑的過程。如今,各種學(xué)說的互相交融逐漸成為了人工智能研究社區(qū)的共識(shí)。讓我們一同期待人工智能研究社區(qū)迎來下一個(gè)百花齊放、萬紫千紅的 30 年。
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