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张钹院士:走向真正的人工智能 | CCF-GAIR 2018

导语:清华大学人工智能研究院院长张钹院士为 CCF-GAIR 2018 主会场「AI 前沿技术」做了题为「走向真正的人工智能」的大会报告。

雷锋网(公众号:雷锋网)按:2018 全球人工智能与机器人峰会(CCF-GAIR)在深圳召开,峰会由中国计算机学会(CCF)主办,雷锋网、香港中文大学(深圳)承办,得到了宝安区政府的大力指导,是国内人工智能和机器人学术界、工业界及投资界三大领域的顶级交流盛会,旨在打造国内人工智能领域最具实力的跨界交流合作平台。

6 月 29 日上午,清华大学研究院院长张钹院士为 CCF-GAIR 2018 主会场「AI 前沿技术」做了题为「走向真正的人工智能」(Towards A Real Artifitial Intelligence)的大会报告。以下为张钹院士所做的大会报告全文,感谢张钹院士逐字修改。雷锋网做了不改动原意的编辑。

张钹院士:走向真正的人工智能 | CCF-GAIR 2018

CCF-GAIR 2018 程序主席朱晓蕊:大家好,我们大会第一个环节的题目是「AI 前沿技术」。最近几年 AI 一直都很热,很多人都会问,这个 AI 到底能热多久?我想其中一个很重要的因素就是 AI 的前沿技术到底能做得有多么深入。因此我建议大家今天不妨仔细听听下面几位嘉宾的演讲,或许大家能从中得到一些答案。

首先有请清华大学张钹院士为我们作大会报告。张院士是中国科学院院士、清华大学教授,现任清华大学人工智能研究院院长,张院士主要是从事人工智能理论、人工神经网络、遗传算法、分形和小波等理论研究,以及把上述理论应用于模式识别、知识工程、智能机器人与智能控制等领域的应用研究,他今天的报告题目是「走向真正的人工智能」,有请张院士。 

张钹院士:走向真正的人工智能 | CCF-GAIR 2018

张钹:各位领导、各位专家,今天给我 45 分钟的时间,我讲 40 分钟,因为会议的议程已经延迟了。

我今天要讲的中心思想就是:我们现在离真正的人工智能还有一段很长的路。为了讲清这个思想,我必须回答下面三个问题:第一,什么叫做真正的人工智能?我们的目标是什么?第二,为什么我们需要真正的人工智能?第三,我们如何走向真正的人工智能?我现在回答这三个问题。

首先我们如何评价目前人工智能取得的成果,我们的评价很简单,针对这 5 件事:

第一是深蓝打败人类国际象棋冠军;第二是 IBM 在电视知识竞赛中打败了美国的前两个冠军,这两件事是一种类型,后面的三件事是另外一种类型;即 2015 年微软在 ImageNet 上做图象识别,它的误识率略低于人类。还有百度、讯飞也都宣布在单句的中文语音识别上,它的误识率也略低于人类。还有一个是大家非常熟悉的 AlphaGo 打败了李世石。这 5 件事情都是机器在一定的范围内超过了人类,我们如何来评价这 5 件事?

大家一致认为这 5 件事之所以成功,是由于前面三个因素,一是大数据,二是计算能力提高,第三是有非常好的人工智能算法。这三个因素大家都讨论得非常多了,没必要我再来说,我现在要说的最后一个因素是被大家所忽略的,这个因素是说,这所有的成果必须建立在一个合适的应用场景下。这 5 件事虽然领域很不一样,但是它们都满足完全一样的条件,或满足下面的 5 个限制,首先你必须有丰富的数据或者丰富的知识,如果这两件东西没有,或者很少,你不用来谈人工智能,因为你无法实现无米之炊。人工智能唯一的两个资源,一个是数据,一个是知识。还有确定性信息、完全信息、静态的、单任务和有限领域。这 5 个条件里面任何一个条件不满足,现在的人工智能做起来就非常困难了。

大家想想这 5 个限制条件下的应用场景是什么样的应用场景?就是照章办事,不需要任何灵活性,这显然不是智能的核心。

我们现在分析一下上述 5 个场景。下象棋是完全信息博弈,信息完全和确定,没有问题。其次,它遵循着完全确定的游戏规则演化,我们把这种情况也叫做静态。Watson 机器人也是这样,Watson 是什么样的对话问题呢?它为什么选择知识竞赛呢?我们知道知识竞赛提的问题都没有二义性,都是明确的,它的答案总是唯一性的。所以这样的问答对机器人来讲是非常容易的。它涉及的领域虽然比较宽,但也是有限的,包括大家觉得很玄乎的围棋,也完全符合上面 5 个条件,所以对计算机来说也是很容易的。目前计算机打麻将就不行,因为牌类是不完全信息博弈,所以比棋类要难。总之,我们对目前人工智能取得的成果要有一个正确的评价。

目前的人工智能技术在以下领域都可以找到它的应用,它们是交通、服务、教育、娱乐等等,但我要强调是这些领域里面只有满足上述 5 个条件的事情,计算机做起来才会容易,如果不满足这些条件,计算机就做起来就困难了。大家常常关心什么样的工作会被机器所替代,我可以明确告诉大家,满足这 5 个条件的工作,总有一天会被计算机取代,就是那些照章办事,不需要任何灵活性的工作,比如说出纳员、收银员等等。在座的所有工作都不可能被计算机完全代替,但不排斥你的工作中有一部分会被计算机取代,老师、企业家等的工作不可能被计算机完全代替。

为什么有这 5 个限制?原因在于我们现在的人工智能是没有理解的人工智能。

我们先看符号模型,理性行为的模型,举 Watson 的例子,它是个对话系统,我们现在所有做的对话系统都跟这个差不多,但是 Watson 做得更好些,它里面有知识库,有推理机制。沃森除了专家知识之外,还有大量互联网上大众的知识,还运用了多推理机制。请看,这就是 Watson 系统的体系结构。它里面有哪些知识呢?有很多,包括百科全书、有线新闻、文学作品等等。所有的知识用纸质来表示有 2 亿页,用存储量表示达到了 4TB。它能回答什么问题呢?用它的例子来说明。第一个问题,1974 年 9 月 8 日谁被总统赦免?这对美国人来讲很好回答,同样对计算机来讲也很好回答,你用这几个关键字「1974 年 9 月 8 日」、「被总统赦免」,就能在文献里头查出来是谁,他就是尼克松。也就是说根据问题中的关键字,可以在已有的文献里头直接找到答案,这就是一般的网络检索方法。

第二个问题,荧光粉受到电子撞击以后,它的电磁能以什么方式释放出来?我们用「荧光粉」、「电子撞击」、「释放电磁能」等关键词,也可以找到答案:「光或者光子」。这种方法就是平时网络搜索的原理,应该说没有什么智能。

回答下面的问题就需要「智能」了,跟智利陆地边界最长的是哪个国家?跟智利有陆地边界的国家可以检索到,它们是阿根廷和玻利维亚,但是谁的边境长?通常查不到。Watson 具备一定的推理能力,它从边界间发生的事件、边界的地理位置等等,经过分析推理以后就可以找出答案,它就是阿根廷。下一个问题也属于这种性质,跟美国没有外交关系的国家中哪个最靠北,跟美国没有外交关系的国家有 4 个,只要检索就行了,但是哪个国家最靠北,没有直接答案,但可以从其它信息中推导出来,比如各个国家所处的纬度、气候寒冷的程度等等分析出来,答案是北朝鲜。

智能体现在推理能力上。但是很不幸,现在的对话系统推理能力都很差。Watson 系统好一些,但也很有限。换句话说,我们现在的对话系统离真正的智能还很远。

我们通过索菲亚机器人就可以看出来,索菲亚的对话是面向开放领域,你可以随便提问,问题就暴露出来了。大家在电视上看到索菲亚侃侃而谈,问什么问题都能答得很好,这里面有玄机,如果你的问题是预先提出来的,因为里头有答案,因此回答得非常好,在电视上给大家演示的都是这种情况。

如果我们临时提问题,问题就出来了。这是一个中国记者给索菲亚提的 4 个问题,它只答对了一个。「你几岁了」,这个问题很简单,它答不上来,它的回答是「你好,你看起来不错」,答非所问,因为它不理解你所问的问题。只有第二个问题它是有准备的,里面有答案,所以答得很好。「你的老板是谁」,这个肯定它有准备。第三个问题,「你能回答多少问题呢」?它说「请继续」,没听懂!。再问第四个问题,「你希望我问你什么问题呢」?它说「你经常在北京做户外活动吗」?这就告诉我们说,现代的问答系统基本上没有理解,只有少数有少量的理解,像 Watson 这样算是比较好的。

为什么会这样?也就是说我们现在的人工智能基本方法有缺陷,我们必须走向具有理解的 AI,这才是真正的人工智能。我这里提出的概念跟强人工智能有什么区别?首先我们说它在这点上是相同的,我们都试图去准确地描述人类的智能行为,希望人工智能跟人类的智能相近,这也是强人工智能的一个目标,但是强人工智能只是从概念上提出来,并没有从方法上提出怎么解决。大家知道强人工智能提出了一个最主要的概念,就是通用人工智能。怎么个通用法?它没有回答。我们现在提出来的有理解的人工智能是可操作的,不只是概念,这是我们跟强人工智能的区别。

人机对话的时候,机器为什么不能理解人们提的问题。我们看一个例子就知道了,我们在知识库里把「特朗普是美国总统」这个事实,用「特朗普-总统-美国」这三元组存在计算机里面,如果你提的问题是「谁是美国总统」?机器马上回答出来:「特朗普」。但是你如果问其它有关的问题,如「特朗普是一个人吗」?「特朗普是一个美国人吗」?「美国有没有总统」?它都回答不了。它太傻了,任何一个小学生,你只要告诉他特朗普是美国总统,后面这几个问题他们绝对回答得出来。机器为什么回答不了后面的三个问题呢?就是这个系统太笨了,没有常识,也没有常识推理。既然特朗普是美国的总统,美国当然有总统,但是它连这一点常识的推理能力都没有。所以要解决这个问题,必须在系统中加上常识库、常识推理,没有做到这一步,人机对话系统中机器不可能具有理解能力。但是大家知道,建立常识库是一项「AI 的曼哈顿工程」。大家想想常识库多么不好建,怎么告诉计算机,什么叫吃饭,怎么告诉计算机,什么叫睡觉,什么叫做睡不着觉,什么叫做梦,这些对人工智能来说都非常难,美国在 1984 年就搞了这样一个常识库的工程,做到现在还没完全做出来。可见,要走向真正的人工智能,有理解的人工智能,是一条很漫长的路。

这里介绍一点我们现在做的工作,加入常识以后,对话的性能会不会有所改善。我们的基本做法是建立一个常识图谱,用这个图谱帮助理解提出的「问题」,同时利用常识图谱帮助产生合适的答案。

下面就涉及到具体怎么做了,我不详细说了,我就说结果,结果是有了常识以后,性能有了显著的改善,对话的质量提高了。这篇文章已经发表,有兴趣可以去阅读。

另外是准符号模型,深度学习、神经网络主要用来模拟感性行为,感性行为是一般很难采用符号模型,因为感性(感觉)没法精确描述。比如「马」,怎么告诉计算机什么叫做马?你说马有四条腿,什么叫做腿?你说细长的叫做腿,什么叫细?什么叫做长?没法告诉机器,因此不能用符号模型。目前用的办法就是我们现在说的神经网络或者准符号模型,也就是用人类同样的办法,学习、训练。我不告诉机器什么叫做马,只是给不同的马的图片给它看,进行训练。训练完以后,然后再用没见过的马的图片给它看,说对了,就是识别正确了,说不对就是识别不正确,如果 90% 是对的,就说明它的识别率是 90%。后来从浅层的神经网络又发展到多层的神经网络,从浅层发展到多层有两个本质性的变化,一个本质性的变化就是输入,深层网络一般不用人工选择的特征,用原始数据就行。所以深度学习的应用门槛降低了,你不要有专业知识,把原始数据输进去就行了。第二个是它的性能提高很多,所以现在深度学习用得很多,原因就在这个地方。

通过数据驱动建立的系统能不能算是有智能呢?必须打一个很大的问号,就是说你做出来的人脸识别系统甚至识别率会比人还高,但是我们还不能说它有智能,为什么呢?这种通过数据驱动做出来的系统,它的性能跟人类差别非常大,鲁棒性很差,很容易受干扰,会发生重大的错误,需要大量的训练样本。我们刚才已经说过,给定一个图像库我们可以做到机器的识别率比人还要高,也就是说它可以识别各种各样的物体,但是这样的系统,我如果用这个噪声输给它,我可以让它识别成为知更鸟,我用另外的噪声输给它,可以让它识别成为猎豹。换句话讲,这样的系统只是一个机械的分类器,根本不是感知系统。也就是说它尽管把各种各样动物分得很清楚,但是它不认识这个动物,它尽管可以把猎豹跟知更鸟分开,但是它本质上不认识知更鸟和猎豹,它只到达了感觉的水平,并没有达到感知的水平,它只是「感」,没有上升到「知」。我们的结论是,只依靠深度学习很难到达真正的智能。这是很严峻的结论,因为如果有这样的问题,在决策系统里头是不能用这样的系统,因为它会犯大错。我在很多场合讲过,人类的最大的优点是「小错不断、大错不犯」,机器最大的缺点是「小错不犯,一犯就犯大错」。这在决策系统里头是不允许的,这就显示人跟机器的截然不同,人非常聪明,所以他做什么事都很灵活,这就使得他很容易犯各种各样的小错。但是他很理性,很难发生大错。计算机很笨,但是很认真,小错误绝对不会犯,但是它一犯就是天大的错误。刚才把那个把噪声看成知更鸟,这不是大错吗?你把敌人的大炮看成一匹马,不是大错吗?但是人类不会发生这种错误,人类只会把骡看成驴,但是计算机的识别系统会把驴看成一块石头。原因在哪儿?原因还是 AI 的理解能力问题。

我们看这个自动驾驶,过去讲得很多,而且讲得很乐观,我们看看问题在什么地方。我们现在是这样做,我们通过数据驱动的学习方法,学习不同场景下的图象分割,并判别是车辆还是行人、道路等,然后建立三维模型,在三维模型上规划行驶路径。现在用硬件已经可以做到实时,请问大家,这样能不能解决问题?如果路况比较简单,行人、车辆很少,勉强可以用。复杂的路况就用不了。什么原因?非常简单,好多人总结出这个经验,行人或者司机都会有意无意破坏交通规则,包括外国人也一样,中国人更严重一点。这就使得数据驱动方法失效,比如说我们可以用数据驱动方法来了解各种各样行人的行为,我们可以通过大量进行训练,都训练完以后,如果出现新的情况呢?计算机能理解这是人从底下钻过来,很危险吗?所以你不可能把所有情况都训练到。自动驾驶不可能对付突发事件,如果这个突发事件它没见过,它就解决不了。怎么来解决这个问题呢?实际上就是要解决从「Without」到「With」理解的问题。人工智能现在有两种基本方法,一种是用符号模型来模拟理性行为,符号模型可以表达信息的内容,所以它是在一个语义的符号空间里头,但是非常不幸,这个离散的符号表示,数学工具很难用,很多数学工具用不上去,所以它发展很慢。在模拟感性行为的时候,我们用的是特征空间的向量,向量就是数,可以把所有的数学工具都用上,优化的工具、概率统计的工具全部用上。所以数据驱动方法这几年发展非常快,再难的问题,下围棋非常难吧,计算机也可以「算」出来。但是它有一个非常大的缺陷,它是在特征空间里,缺乏语义。我们用数据去训练一个模型,所谓「黑箱学习法」,加上你的数据质量不高,很难学出有用的东西。什么叫概率统计?重复多了就是真理。如果数据质量差,充满了「谎言」。谎言重复多了,就变成真理了。

我们现在想出的解决办法是这样的,就是把这两个空间投射到一个空间去,这个空间叫做语义的向量空间。也就是说我们把符号变成向量,同时把特征空间的向量变成语义空间的向量。怎么做?一是通过 Embedding(嵌入)把符号变成向量,尽量保持语义不变,可惜现在的方法都会引起语义的丢失,我们只能在投射的过程中让语义丢失得少。第二方面做的工作比较少,就是 Raising(提升),把特征空间提升到语义空间去,这主要靠学科交叉,靠跟神经科学的结合。只有这些问题解决以后,我们才能够建立一个统一的理论,因为过去的感知和认知是不同的处理方法,大家说不到一块,如果我们能够投射到同一空间去,我们就可以建立一个统一的理论框架,这是我们的目标。在语义空间处理就可以解决理解问题,但是这项工作是非常艰巨的。

介绍一项我们现在做的工作。人工神经网络为什么不能得到语义信息呢?人脑的神经网络为什么可以呢?差别就在这里,我们现在用的人工神经网络太简单了,我们正想办法把脑神经网络的许多结构与功能加进去,我们这里只用了「稀疏发电」这一性质,就可以看出一些效果,人脸、大象或者鸟的轮廓,神经网络可以把它提取出来。

还有一个办法就是把数据驱动跟知识驱动结合起来。刚才讲了,人的智能没法通过单纯的大数据学习把它学出来,那怎么办?很简单,加上知识,让它有推理的能力,做决策的能力,这样就能解决突发事件。我们现在做的工作就是把这些结合起来,这是我们的基本思路,知识也好,数据也好,都投射到同一空间,然后都用同样的数学方法进行处理,这方面我们已经做了不少工作。

最后做一个总结,我们从这个坐标看人工智能,横轴代表领域的宽窄,从单领域到多领域、到开放领域。纵轴代表信息的确定性与完全性,从完全到不完全、从确定到不确定。在左下角代表最容易的,就是刚才讲的符合 5 个条件的,现在人工智能在这部分解决得非常好,我们用白色来表示它,AlphaGo 在这里,深蓝在这里,工业机器人在这里。现在我们正在向灰色地区去走,打牌,信息不完全,现在打德州扑克,一人对一人,计算机能战胜人类,多人对弈,计算机还不行,这是灰色地带,我们还可以做,为什么可以做?尽管打牌是不确定的,但是它在概率意义下是确定的,你拿的这副牌的概率,可以算出来,同花的概率是多少,排成顺的概率是多少,既然概率能算出来,最终人类肯定会被计算机打败。Watson 在右边,它的领域比较宽,但是它是确定性的,所以是在灰色的区域。往右上方去就比较难了,自动驾驶、服务机器人、大数据分析,它是一个大框,有的简单,有的困难,就自动驾驶来讲,专用道、行车很少,路况简单等,在白色或者灰色区,如果路况复杂就到了黄色区域,黄色区现在计算机还解决不好。最远的在哪儿呢?右上角,图灵测试。大家对图灵测试有很多误解,其实图灵测试是开领域问答,很难!索菲亚做得怎么样?很糟糕。自然语言理解也在这里,复杂环境下的决策在偏左一点的地方,这也是很难的。所以我们人工智能现在是从左下角往右上角走,我们现在处在出发点附近。有的人想把它用一些名词来区分人工智能的不同发展阶段,有专家问我,你的看法怎么样?我建议不要用新词,用新词往往说不清,很麻烦,有的人说现在是弱人工智能,以后是强人工智能,也有人说现在叫增强智能(Augmented Intelligence)也是 AI……概念太多说不清,还是简单一点,「我们正在通往真正 AI 的路上」,现在走得并不远,在出发点附近,人工智能永远在路上,大家要有思想准备,这就是人工智能的魅力。大家为什么这么重视人工智能?因为我们永远在路上,这就吸引我们去解决这些问题,这些问题一旦解决了,人类的社会进步、人类的生活就会发生本质上的改变。

最后我用中文写最后一段作为总结,可惜我翻译不了。

周穆王西巡狩,路遇匠人名偃师。翌日偃师谒见王,偕来一个假人。「趋步俯仰,信人也」。「领其颅,则歌合律;捧其手,则舞应节。千变万化,惟意所适。王以为实人也,与盛姫内御并观之,技将终,倡者瞬其目而招王之左右侍妾。王大怒,要杀这个偃师。偃师大慑,立剖其倡者以示王,皆傅会革、木、胶、漆、白 、黑、丹、青之所为。穆王始悦,诏贰车载之以归。

这是 3000 年前我们古人对机器人的想象,看看现在的人工智能做得怎么样呢?索菲亚是我们现在达到的水平,可是她不会唱歌、不会跳舞,只会说英文,周王也听不懂,肯定没有印象。现在我们假设索菲亚「瞬其目而招王之左右侍妾」,向周王的姨太太们送去秋波,王会如何呢?我认为没反应,因为索菲亚是女的,他用不着吃醋。但是我们假设索菲亚「瞬其目而招王」,向大王送去秋波,王会大悦,立即神魂颠倒,坠入爱河?我认为不会,因为索菲亚根本不像人,它最近才刚刚安上手脚,走路都不利索,怎么行呢?所以我的结论是,「索菲亚通不过穆王的测试,当然它更通不过图灵测试」。

我们的结论是什么?人工智能刚刚起步,离真正的 AI 还很遥远,大家共同努力吧,我们任重道远。

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