[科普中國]-什么是人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡？它為何無法實現(xiàn)人類的推理或產(chǎn)生意識？

據(jù)華爾街日報報道， Uber在一宗無人車的測試過程中，造成了一名行人死亡的嚴重交通事故。除此之外，環(huán)顧我們身邊，蘋果手機的虛擬個人助理Siri有時會無法識別我們在說什么；某些人臉識別支付應用也存在著一些安全問題。這些事件反映出來的一個情況是：目前的AI似乎并沒有足夠的智能，甚至也無法很好地處理從外界獲取的信息。人腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡是一個非常復雜的組織，成人的大腦中約有1000億個神經(jīng)元，人類至今仍在探索人腦的工作原理。而人們通過對生物神經(jīng)元的研究和理解，構(gòu)建了一個模擬人腦的計算模型：人工神經(jīng)網(wǎng)絡！那么，人工神經(jīng)網(wǎng)絡是什么？人類通過構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡，能否給AI賦能，使之自我進化？什么是神經(jīng)網(wǎng)絡？神經(jīng)網(wǎng)絡是一種模擬人腦的計算架構(gòu)簡單來說，神經(jīng)網(wǎng)絡是一種模擬人腦的計算架構(gòu)；利用神經(jīng)網(wǎng)絡進行機器學習，則讓計算機不再只是執(zhí)行命令的機器，而是具有了一定程度上分析判斷的能力。當然，這個能力也離不開海量的數(shù)據(jù)和高超的計算能力。一個經(jīng)典的神經(jīng)網(wǎng)絡一般包含三個層次：輸入層、隱藏層和輸出層。而這三個層分別模仿的是神經(jīng)元的樹突、軸突和軸突末梢。輸入層接收外部的輸入數(shù)據(jù)，比如圖片、文本、語音等，通過隱層抽象數(shù)據(jù)的通用模式，進而通過輸出層輸出模型的計算的結(jié)果。歷史上，科學家還設(shè)計過多層的神經(jīng)網(wǎng)絡，每一層都會對前一層傳來的結(jié)果進行再次加工，目的是模擬出一種“深思熟慮”的感覺，但最后發(fā)現(xiàn)結(jié)果準確度并沒有提高，有的時候還會陷入誤區(qū)，就像人容易朝著一個思路越陷越深，最后鉆牛角尖了一樣。隨著技術(shù)進步，，讓這一問題得到改善?，F(xiàn)在，最厲害的神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)不但已經(jīng)非常接近人腦，還排除了很多人腦自身存在的低效的思維方式?？聺嵲谂cAlphaGo大戰(zhàn)后，在接受騰訊體育記者的采訪時表示，“我也不敢想象，它居然可以把棋下得那么強硬，撐得那么滿，好像好多塊棋扭在一起，那是人類擅長發(fā)揮的地方了。跟它下棋會發(fā)現(xiàn)它處理得好像比我們?nèi)祟愡€好很多，其實那一刻是很絕望的。甚至是那些研發(fā)它的人也不知道是怎么做到這一點的，研發(fā)它的人是下不過它的，很多人甚至不懂棋，居然能創(chuàng)造出這么一個怪物。所以，我唯一能感受到的是它對形勢的樂觀和自信，而且是絕對的樂觀和自信，這一點人類是沒有的。再自信也不會像它那么自信，無論你驗證多少次，它都是不可戰(zhàn)勝的?！鄙窠?jīng)網(wǎng)絡目前還無法實現(xiàn)人類的推理，也不能產(chǎn)生意識“機器人是否具有意識”一直是人們所爭論的焦點之一，而在這其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡的技術(shù)發(fā)展起著重要的作用。對當前的人工神經(jīng)網(wǎng)絡而言，解決某些特定場景的問題，特別具有優(yōu)勢，但解決人們習以為常的問題卻非常困難。比如，MIT媒體實驗室研究員joy buolamwini研究文章稱，人臉識別技術(shù)針對不同種族的準確率差異巨大，其中針對黑人女性的錯誤率高達35%！中國工程院院士鄭南寧指出，人工智能研究的一個重要方向，是借鑒認知科學、計算神經(jīng)科學的研究成果，使計算機通過直覺推理和經(jīng)驗學習，將自身引導到更高的層次。然而，人腦對真實世界的理解、非完整信息的處理、復雜時空的任務處理能力是當前機器學習無法比擬的，還有人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的可塑性，以及人腦在非認知因素和認知功能之間的相互作用，都是很難以形式化、公式化的描述。神經(jīng)網(wǎng)絡已經(jīng)在各行各業(yè)體現(xiàn)其價值神經(jīng)網(wǎng)絡雖然缺乏人類解決問題的強大理解能力，但卻可以通過海量的計算從大量的數(shù)據(jù)中找到一些通用的模式。因此它們作為輔助工具，已經(jīng)在各行各業(yè)，尤其是在多媒體領(lǐng)域體現(xiàn)了自身的價值。手寫數(shù)字識別應該是神經(jīng)網(wǎng)絡最早的商業(yè)應用之一。大部分的人都可以輕松識別下圖中的手寫數(shù)字，但要設(shè)計一套計算機程序來識別這些數(shù)字，就會發(fā)現(xiàn)視覺模式識別的難度。而神經(jīng)網(wǎng)絡的思想是，利用大量的手寫數(shù)字，即訓練樣本，從中自動學習到識別各個數(shù)字的規(guī)則。而且隨著樣本數(shù)量的增加，神經(jīng)網(wǎng)絡可以學習到更多信息，從而可以進一步提升準確度。目前最好的商用神經(jīng)網(wǎng)絡已經(jīng)足夠好到能被銀行用來處理支票，以及被郵局用來識別地址。MNIST手寫數(shù)字數(shù)據(jù)集一覽手寫數(shù)字或許有些過于簡單，那么使用神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)地外行星，就更能顯示它的能力了。谷歌和得克薩斯大學奧斯丁分校合作，利用上萬顆被標記的恒星數(shù)據(jù)，訓練了一個卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，訓練結(jié)果顯示，神經(jīng)網(wǎng)絡判別行星的準確率高達96%。然后，研究人員讓這個神經(jīng)網(wǎng)絡處理2009年到2013年觀測到的670顆恒星的數(shù)據(jù)集，通過微小的特征變化，發(fā)現(xiàn)了兩個星系存在地外行星的可能性非常高。經(jīng)過研究人員的驗證，確認了這兩顆新的行星。神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)的開普勒-90星系與太陽系的對比近日，美國FDA首次批準了用于檢測糖尿病視網(wǎng)膜病變的人工智能產(chǎn)品：IDx-DR。這次FDA評估了來自10個初級衛(wèi)生保健點的900名糖尿病患者的視網(wǎng)膜臨床研究圖像數(shù)據(jù)，IDx-DR能夠正確識別輕度以上糖尿病性視網(wǎng)膜病變的準確率為87.4%，而正確識別沒有輕度以上的糖尿病性視網(wǎng)膜病變的準確率為89.5%。在目前比較火熱的無人車領(lǐng)域，雖然各大廠商還在研究測試通用的解決方案，但在一些具體的案例上已經(jīng)有了一些成果。圖森未來使用自主研發(fā)的深度學習感知算法，能夠做到讓攝像頭像人眼一樣實時感知行車周邊環(huán)境，檢測和跟蹤視野中的各種物體，能夠?qū)梢晥鼍斑M行像素級的解讀。憑借視覺高精度定位和多傳感器融合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路上的無人駕駛，幫助貨運企業(yè)降低成本，加快貨運周轉(zhuǎn)。總之，神經(jīng)網(wǎng)絡在不斷地影響著生活、醫(yī)療和出行，但科研界對它有更多理性的看法。伯克利大學機器學習專家Michael I. Jordan認為，計算機科學仍然是最首要的學科，人工智能還無法取而代之，而神經(jīng)網(wǎng)絡只是該領(lǐng)域中仍在發(fā)展中的一個部分。“現(xiàn)在要問神經(jīng)網(wǎng)絡會把我們帶到多遠還為時尚早?！弊羁春蒙窠?jīng)網(wǎng)絡發(fā)展前景的專家題討論成員——OpenAI共同創(chuàng)辦人兼研究總監(jiān)Ilya Sutskever說。無論如何，我們目前正處于人工智能對社會的變革過程中，它們已經(jīng)從實驗室過渡到了商業(yè)部署。盡管神經(jīng)網(wǎng)絡還無法實現(xiàn)基本的人類推理和理解力，但它們將是建構(gòu)人工智能漫漫長路上所用到的重要工具之一。隨著信息科學、認知科學、神經(jīng)生物學、心理學等前沿學科和交叉學科的深度融合與不斷發(fā)展，人工智能將會迎來新的發(fā)展高潮。作者| 王磊 西安電子科技大學 模式識別與智能系統(tǒng)專業(yè)碩士審稿| 謙恒 北京理工大學網(wǎng)絡信息技術(shù)中心助理研究員 網(wǎng)絡信息安全專家文章由“科普中國頭條創(chuàng)作與推送項目”團隊推出轉(zhuǎn)載請注明來自“科普中國”