2016年谷歌DeepMind人工智能系统AlphaGo 深度学习GPU增强学习

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2016年谷歌DeepMind人工智能系统AlphaGo 深度学习GPU增强学习

谷歌于2014年收购了自称为“人工智能领域阿波罗项目”的DeepMind。2015年10月，DeepMind的研究团队在伦敦办公室里主持了人工智能与人类选手的较量。DeepMind的这一系统名为AlphaGo，而它的对手是欧洲围棋冠军樊麾。在《自然》杂志编辑和英国围棋协会裁判的监督下，AlphaGo在五番棋比赛中取得了5:0的压倒性胜利。《自然》杂志编辑坦古伊·乔阿德（Tanguy Chouard）博士在本周二的媒体电话会议上表示：“无论作为研究者还是编辑，这都是我职业生涯中最令人兴奋的时刻之一。”

2016年1月《自然》杂志发表的一篇论文介绍了DeepMind的系统。这一系统利用了多种技术，其中也包括越来越重要的一种人工智能技术，即深度学习。利用海量的人类高手棋谱（总步数约达3000万），DeepMind的研究团队训练AlphaGo自主学习围棋。然而这仅仅只是第一步。从理论上来说，这样的训练最多只能培养出与最优秀人类选手同等棋力的人工智能。而为了击败最优秀的人类选手，研究团队使这一系统自己与自己对弈。这带来了新的数据，而这些数据可被用于训练新的人工智能系统，最终胜过顶尖高手。

DeepMind负责人德米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）表示：“最重要的一点在于，AlphaGo不仅仅是专家系统，遵循人为设定的规则。实际上，这使用了通用的机器学习技术，能自行探索如何在围棋比赛中取胜。”

人工智能的这次胜利并不新鲜。谷歌、Facebook和微软等互联网服务早已利用深度学习技术去识别照片和语音，或是理解自然语言。DeepMind的技术结合了深度学习、增强学习，以及其他方法。关于现实世界机器人如何学习日常任务，并对周围环境做出响应，这指明了未来的方向。哈萨比斯表示：“这非常适合机器人。”

他同时认为，这些方法能加速科学研究，通过在工作中引入人工智能系统，科学家将可以取得更多成果。“这一系统能处理规模更大的数据集，分析得出结构化信息并提供给人类专家，从而提高效率。系统甚至能向人类专家提供方式方法的建议，协助带来突破。”

不过目前，围棋仍是他的关注重点。在关起门来击败一名职业选手之后，哈萨比斯及其团队将目标瞄准了全球顶尖的围棋选手。2016年3月中旬，AlphaGo将在韩国公开挑战李世石。李世石拥有的国际比赛冠军头衔数排名第二，而过去10年中，李世石有着最高的胜率。哈萨比斯认为，李世石就是“围棋界的费德勒”。

国际象棋

2014年初，库洛姆的围棋软件Crazystone在日本的巡回赛中挑战了依田纪基九段，并取得了胜利。不过，这一胜利的成色不足：Crazystone获得了四子的让先。当时，库洛姆预言，在没有让先的情况下，人工智能击败顶尖围棋高手还需要10年时间。

这一挑战的难度在于围棋本身。此前，在合理时间内，任何超级计算机都没有足够的处理能力，去预判每种可能的着法会带来什么样的后续结果。1997年，IBM“深蓝”击败了国际象棋大师卡斯帕罗夫，当时这台超级计算机采用了“暴力计算”的方式。从本质上来看，“深蓝”分析了每一步走法可能出现的各种结果。然而，这样做在围棋比赛中行不通。在国际象棋比赛中，一个回合可能的走法平均为35种。而围棋比赛采用了19x19的棋盘，平均每回合走法有250种。哈萨比斯指出，围棋棋盘上的棋型类型要比宇宙中的原子总数还要多。

利用名为“蒙特卡洛树搜索”的方法，类似Crazystone的系统能完成更多步的预判。而结合其他一些技术，计算机可以完成对多种可能性的必要分析。这样的计算机能击败一些不错的围棋选手，但距离顶尖高手还有很大差距。对真正的高手来说，直觉是很重要的一部分。这些棋手会根据棋盘上棋型来选择如何行动，而不是精确分析每一种着法可能会带来的结果。哈萨比斯本人也是围棋选手，他表示：“良好的棋型看起来就很漂亮。这似乎遵循某种美学。这也是这一游戏数千年来历久不衰的原因。”

不过，在进入2015年之后，一些人工智能专家，包括爱丁堡大学、Facebook和DeepMind的研究人员，开始探索利用深度学习技术去解决围棋的难题。他们设想，深度学习技术能模拟围棋比赛中必要的人类直觉。哈萨比斯表示：“围棋有着许多暗示，模式匹配很重要。深度学习可以做得很好。”

自我增强

深度学习的基础是神经网络。这种由软硬件构成的网络能模拟人脑中的神经元，其运转并非依靠“暴力计算”和人工制定的规则。神经网络会分析大量数据，以从事某项任务的“学习”。例如，如果向神经网络输入足够多的袋熊照片，那么它就能识别出袋熊。如果向神经网络输入足够多的单词发音，那么它就能识别你的语音。如果向神经网络输入足够多的围棋棋谱，那么它就能学会如何下围棋。

在DeepMind、爱丁堡大学和Facebook，研究人员希望，通过“观察”棋盘棋型，神经网络能掌握下围棋的方法。正如Facebook近期在一篇论文中所说，这一技术的运行情况良好。通过深度学习和蒙特卡洛树方法的结合，Facebook的系统已经击败了一些人类选手。

不过，DeepMind在此基础上更进一步。在学习了3000万步人类选手的围棋下法之后，这一神经网络预测人类选手下一步走法的准确率达到57%，远高于之前的44%。随后，哈萨比斯及其团队对这一神经网络进行了小幅调整，使其与自己对弈，这种做法被称作增强学习。在这一过程中，神经网络可以了解，什么样的走法能带来最好的结果。

DeepMind研究员大卫·希维尔（David Silver）表示：“通过在神经网络之间进行数百万局的对弈，AlphaGo学会自己发现新策略，并逐步改进。”

希维尔表示，这使得AlphaGo能胜过其他围棋软件，包括Crazystone。随后，研究人员将结果输入至另一个神经网络。在首先判断对手的下一步行动之后，这一神经网络能利用同样的技巧去预判每一步的结果。这与“深蓝”等较老的系统类似，而不同之处在于AlphaGo能在过程中进行学习，并分析更多数据，不再使用暴力计算的方法去判断所有可能的结果。通过这种方式，AlphaGo不仅能胜过当前的人工智能系统，还能击败人类高手。

专用芯片

与大部分先进的神经网络类似，DeepMind的系统运行在基于GPU（图形处理芯片）的计算机上。GPU最初的设计目的是游戏和其他图像应用的图形渲染，但近年来研究表明，这类芯片也非常适合深度学习技术。哈萨比斯表示，DeepMind的系统在配备多个GPU芯片的单台计算机上有着相当好的表现，但为了挑战樊麾，研究人员搭建了更庞大的计算机网络，其中包括170块GPU卡和1200个标准CPU处理器。这一庞大的计算机网络对AlphaGo进行了训练，并参与了比赛。

哈萨比斯表示，在与李世石的比赛中，AlphaGo将采用同样的硬件配置。目前，他们正在持续改进这一人工智能系统。为了准备与李世石的比赛，他们还需要互联网连接。哈萨比斯表示：“我们正在安装自己的光缆。”

库洛姆和其他一些专家指出，与李世石的比赛将更困难。不过，库洛姆已经下注DeepMind。过去10年中，他一直希望开发出能胜过顶尖围棋高手的系统，他认为，这一系统现在就在这里。他表示：“我正在购买一些GPU。”

未来之路

AlphaGo的重要性不言而喻。这一技术不仅可以应用于机器人和科学研究，也适合其他许多任务，例如类似Siri的移动语音助手以及金融投资决策。深度学习创业公司Skymind创始人克里斯·尼克尔森（Chris Nicholson）表示：“你可以将其用于任何具有对抗性的问题，例如需要用到策略的各种比赛，以及战争和商业交易。”

对一些人来说，这种情况令人担忧，尤其考虑到DeepMind的系统已经有能力自学围棋。AlphaGo的学习素材并不来自人类，而是可以通过自行生成数据来自我指导。近几个月，特斯拉创始人伊隆·马斯克（Elon Musk）等知名人士曾表示，这样的人工智能系统最终将超越人类智力，突破人类的控制。

不过，DeepMind的系统受到了哈萨比斯及其团队的严格控制。AlphaGo被用于最复杂的棋类游戏，但这仍只是一款游戏。实际上，AlphaGo距离真正的人类智慧还有遥远的距离，远远没有达到超级智能的水平。

华盛顿大学专注于人工智能的法学教授、科技政策实验室创始人瑞安·卡洛（Ryan Calo）表示：“这仍是一种高度结构化的情况，并非真正人类水平的理解力。”不过，AlphaGo指明了未来的方向。如果DeepMind的人工智能系统能理解围棋，那么就能理解更多信息。卡洛表示：“宇宙只不过是一场更大的围棋游戏。”

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