人類為什么會制造出比自己聰明的人工智能?背后是復雜網絡支持
不知道你想過沒有,人類為什么能制造出比自己更聰明的東西呢?這個東西你一定想到,就是人工智能。在2016年,AlphaGo戰勝了人類圍棋世界冠軍李世石,就已經向世人宣告機器人時代的到來。
2019年,中國有344座高校開辦了人工智能相關的專業,人工智能因為推動效率提高和發掘機會方面的推動器作用,正在越來越受到各國政府和企業的高度重視。
但是人工智能并不是一直發展得一帆風順。1956年開始,美國就投入很多經費,希望能夠在人工智能領域獲得更多開發應用。但結果并不盡人意,很多嘗試停滯不前。
那么為什么到了這幾年,人工智能反而又火了呢?是什么讓人工智能煥發生機的?
無人機編隊
讓人工智能煥發新能量的,叫做“深度神經網絡”,也叫做“復雜網絡”。復雜網絡就是比規則網絡更復雜。
在過去,人們認為網絡都是隨機形成的。然而,真實世界的絕大多數網絡并不是隨機網絡,也不是規則網絡。
有一個詞,叫做“復雜系統”,人類的大腦、城市的運行、自然生態、地球氣候都是復雜系統,復雜網絡就是對復雜系統最有效的一種描述方式。它把復雜系統的各個組成部分看作是節點,分析節點之間的交互作用。
復雜網絡為研究復雜系統提供了最重要的工具和方法,在大多數情況下,只有把現實世界中的復雜系統當成復雜網絡來看待,才能獲得更好的解釋。比如,夏天的晚上,螢火蟲按照同樣的頻率閃爍;稻田里,青蛙整齊的鳴叫。這些自同步的現象之所以產生,就是因為復雜系統可以用復雜網絡的動力機制來解釋它。
舉一個例子,無人機。現代戰爭中,無人機發揮著越來越重要的作用。以前軍方可能只是單獨出動一架無人機,現在一次性出動幾十甚至上百架無人機組成編隊。這么多無人機同時起飛,怎么控制呢?怎么協調行動,防止無人機之間相撞?
按照以前的思路,是給每一架無人機配備一名控制員,遠程控制。但是你要讓這么多控制員都能配合好,也是不可能完成的任務。另一個辦法,是成立一個控制中心,統一發號施令,來控制每一架無人機的行動。但是這個系統有個問題,就是一旦控制中心發生故障,整個編隊都會受到影響。
那怎么辦呢?軍隊最后想到的辦法,就是把無人機組成一個復雜網絡,讓每架無人機都成為網絡中的一個節點,它們之間的通信信道就是連接。無人機與無人機之間,可以通過實時通訊,信息共享,協同偵查和攻擊,彼此協調行動,這就是復雜網絡自組織的特征。這種自組織網絡一旦形成,就會產生奇妙的結果。
第一個是降低了成本。建造一臺智能的大型無人機,成本是非常高昂的。如果造的是功能相對簡單的數量比較多的小型無人機,成本就要少得多。
第二個具備了高度的韌性。無人機編隊是一個韌性比較高的網絡,就算有幾架無人機被敵軍擊落,這幾個節點破壞了,整個網絡仍然可以正常運轉。
第三個就是靈活性。單架無人機只能完成特定的動作,執行特定的任務。無人機編隊只要調整一下參數設置,就可以因地制宜地完成不同的任務。
拐賣兒童團伙
無人機講的是人類利用知識,創造出復雜網絡。反過來,人類也會利用知識,打擊復雜網絡。
下面這個例子,只要作為父母的人,就一定非常痛恨,就是拐賣兒童。兒童拐賣在我國最高可判處死刑,可見國家對于這項犯罪的打擊。
兒童拐賣一般是團伙犯罪,被拐賣的兒童在被非法領養之前,一定會經歷多次的轉移。所以,一旦孩子被拐,能夠找回的概率是非常低的,第一個拐走孩子的罪犯,也不知道后面接頭的人是誰。以前抓到一個就重判一個,并沒有用網絡的模式去看待。
2018年,武漢大學的王真等4位學者,通過抓取尋子網站“寶貝回家”上的兩萬條尋親數據,利用這些數據構建了省、市兩級的拐賣兒童犯罪網絡。
發現最重要的拐賣路徑,是從欠發達地區到東部發達地區,這些發達地區有些地域重男輕女觀念嚴重。從拐賣的距離來看,42.4%的拐賣發生在同一個城市,即便是跨城市買賣,拐賣地和非法領養地距離也相差不過500公里。這表明,相當一部分兒童拐賣都是短途或者同城買賣,并不像很多人以為把孩子買到很遠的地方。
而且,犯罪分子的網絡,還有自適應的特點。你打擊這個城市的人口拐賣團伙,他們就會轉移到另一個城市。你打擊這條鐵路干線,他們就轉移到高速公路去。
在復雜網絡的視角下,我們不僅可以找出哪些城市是關鍵節點,哪條線路是主要線路,還可以根據犯罪團伙的社會網絡,分析出他們面臨打擊時的應對方案,以及備選的拐賣路線。這樣精確的研究,才能制定出更加有效的打擊方案,達到事半功倍。
人工智能自演化
回到開始的問題,人類為什么能制造出比自己聰明的東西呢?答案就是自演化。
人工智能的本質,是對人類思維過程的模擬。傳統的人工智能對人思維的模擬,走的是結構模擬的道路。就是仿照人腦的內部結構和工作機制來制造機器,但是人腦實在是太復雜了,腦科學的研究才剛剛起步,計算機又豈能復制出跟人腦一樣的復雜結構?
這條路走不通,那就換一條路,只模擬人腦的功能。機器可否像人一樣,具備學習能力,遇到了問題,自己能想辦法去解決呢?
比如AlphaGo,它采用了深度人工神經網絡。所謂的“深度”,就是分層的意思。深度人工神經網絡跟生物的大腦一樣,是分層的,總共有13層。AlphaGo在下棋的時候,會把棋局轉化為數據,輸入到第一層神經網絡,處理之后,輸出一個數據集合,再輸入到第二個神經網絡,以此類推,總共運行13次,最后計算出棋子落下的位置。
雖然科學家利用了復雜網絡的思路來模擬人腦的神經網絡,但是科學家并不知道這個神經網絡到底是怎么“思考”的。因為人工智能思考問題的方式,是通過反復的訓練,來調整參數,這個過程中充滿了大量的隨機性。
所以,科學家唯一能做的,就是給人工智能輸入大量的數據,比如他們給AlphaGo輸入了幾百萬份圍棋大師的棋譜,讓它在人工的輔助下進行有監督的學習。這些棋譜都用完之后,科學家又讓AlphaGo自己和自己對弈,生成很多我們人類也沒有見過的棋局,讓它繼續訓練,訓練得越多,AlphaGo就越厲害。
據說,最新版本AlphaGo Zero,已經不需要人來教它下棋了,它通過優化神經網絡,來提升比賽能力。只需要短短3天的訓練,AlphaGo Zero就打敗了AlphaGo,戰績是100:0,百戰百勝。
這就是復雜網絡自我演化的威力,它可以自我學習、優化和迭代,變得更加強大。人工智能,就是在擁抱了復雜網絡這個視角和工具之后,才重新實現了質的飛躍。
看到這,相信你對復雜網絡有了更深的理解,我們所處的世界,很多現象都是復雜的,復雜網絡就是將這些復雜現場抽象成網絡來做研究。
從無人機的自我組織,到拐賣兒童團伙的自我適應,再到人工智能的自我演化,每一處都體現了復雜網絡的神奇之處。所以,人類賦予機器人自我學習的能力,又提供給它海量的數據支持,這個機器人比人類還聰明,就不足為奇了。