機(jī)器如何能像人類和動(dòng)物一樣高效地學(xué)習(xí)？機(jī)器如何學(xué)習(xí)世界運(yùn)作方式并獲得常識(shí)？機(jī)器如何學(xué)習(xí)推理和規(guī)劃……

當(dāng)一系列問(wèn)題被提出時(shí)，有人回答自回歸 LLM 足以勝任。

然而，知名 AI 學(xué)者、圖靈獎(jiǎng)得主 Yann LeCun 并不這么認(rèn)為，他一直唱衰自回歸 LLM。近日 LeCun 在哈佛大學(xué)的演講內(nèi)容深入探討了這些問(wèn)題，內(nèi)容長(zhǎng)達(dá) 95 頁(yè)，可謂干貨滿滿。

LeCun 給出了一個(gè)模塊化的認(rèn)知架構(gòu)，它可能構(gòu)成回答這些問(wèn)題的途徑。該架構(gòu)的核心是一個(gè)可預(yù)測(cè)的世界模型，它允許系統(tǒng)預(yù)測(cè)其行動(dòng)的后果，并規(guī)劃一系列行動(dòng)來(lái)優(yōu)化一組目標(biāo)。

目標(biāo)包括保證系統(tǒng)可控性和安全性的護(hù)欄。世界模型采用了經(jīng)過(guò)自監(jiān)督學(xué)習(xí)訓(xùn)練的分層聯(lián)合嵌入預(yù)測(cè)架構(gòu)（H-JEPA）。

• PPT 鏈接：https://drive.google.com/file/d/1Ymx_LCVzy7vZXalrVHPXjX9qbpd9k_bo/view?pli=1
• 視頻地址 https://www.youtube.com/watch?v=MiqLoAZFRSE

LeCun 的演講圍繞多方面展開(kāi)。

開(kāi)始部分，LeCun 介紹了目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的人工智能。LeCun 指出與人類、動(dòng)物相比，機(jī)器學(xué)習(xí)真的爛透了，一個(gè)青少年可以在大約 20 小時(shí)的練習(xí)中學(xué)會(huì)開(kāi)車，小朋友可以在幾分鐘內(nèi)學(xué)會(huì)清理餐桌。

相比之下，為了可靠，當(dāng)前的 ML 系統(tǒng)需要通過(guò)大量試驗(yàn)進(jìn)行訓(xùn)練，以便在訓(xùn)練期間可以覆蓋最意外的情況。盡管如此，最好的 ML 系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界任務(wù)（例如駕駛）中仍遠(yuǎn)未達(dá)到人類可靠性。

我們距離達(dá)到人類水平的人工智能還差得很遠(yuǎn)，需要幾年甚至幾十年的時(shí)間。在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)之前，或許會(huì)先實(shí)現(xiàn)擁有貓類（或者狗類）級(jí)別智能的 AI。LeCun 強(qiáng)調(diào) AI 系統(tǒng)應(yīng)該朝著能夠?qū)W習(xí)、記憶、推理、規(guī)劃、有常識(shí)、可操縱且安全的方向發(fā)展。

LeCun 再一次表達(dá)了對(duì)自回歸 LLM 的不滿（從 ChatGPT 到 Sora，OpenAI 都是采用的自回歸生成式路線），雖然這種技術(shù)路線已經(jīng)充斥了整個(gè) AI 界，但存在事實(shí)錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤、不一致、推理有限、毒性等缺陷。此外，自回歸 LLM 對(duì)潛在現(xiàn)實(shí)的了解有限，缺乏常識(shí)，沒(méi)有記憶，而且無(wú)法規(guī)劃答案。

在他看來(lái)，自回歸 LLM 僅僅是世界模型的一種簡(jiǎn)化的特殊情況。為了實(shí)現(xiàn)世界模型，LeCun 給出的解決方案是聯(lián)合嵌入預(yù)測(cè)架構(gòu)（JEPA）。

LeCun 花了大量篇幅介紹 JEPA 相關(guān)技術(shù)，最后他給出了簡(jiǎn)單的總結(jié)：放棄生成模型，支持聯(lián)合嵌入架構(gòu)；放棄概率模型，支持基于能量的模型（EBM）；放棄對(duì)比方法，支持正則化方法；放棄強(qiáng)化學(xué)習(xí)，支持模型 - 預(yù)測(cè)控制；僅當(dāng)規(guī)劃無(wú)法產(chǎn)生結(jié)果時(shí)才使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來(lái)調(diào)整世界模型。

在開(kāi)源問(wèn)題上，LeCun 認(rèn)為開(kāi)源 AI 不應(yīng)該因?yàn)楸O(jiān)管而消失，人工智能平臺(tái)應(yīng)該是開(kāi)源的，否則，技術(shù)將被幾家公司所掌控。不過(guò)為了安全起見(jiàn)，大家還是需要設(shè)置共享護(hù)欄目標(biāo)。

對(duì)于 AGI，LeCun 認(rèn)為根本不存在 AGI，因?yàn)橹悄苁歉叨榷嗑S的。雖然現(xiàn)在 AI 只在一些狹窄的領(lǐng)域超越了人類，毫無(wú)疑問(wèn)的是，機(jī)器最終將超越人類智能。

機(jī)器學(xué)習(xí)爛透了，距離人類水平的 AI 還差得遠(yuǎn)

LeCun 指出 AI 系統(tǒng)應(yīng)該朝著能夠?qū)W習(xí)、記憶、推理、規(guī)劃、有常識(shí)、可操縱且安全的方向發(fā)展。在他看來(lái)，與人類和動(dòng)物相比，機(jī)器學(xué)習(xí)真的爛透了，LeCun 指出如下原因：

• 監(jiān)督學(xué)習(xí)（SL）需要大量標(biāo)注樣本；
• 強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL）需要大量的試驗(yàn)；
• 自監(jiān)督學(xué)習(xí)（SSL）效果很好，但生成結(jié)果僅適用于文本和其他離散模式。

與此不同的是，動(dòng)物和人類可以很快地學(xué)習(xí)新任務(wù)、了解世界如何運(yùn)作，并且他們（人類和動(dòng)物）都有常識(shí)。

隨后，LeCun 表示人類需要的 AI 智能助理需要達(dá)到人類級(jí)別。但是，我們今天距離人類水平的人工智能還差得很遠(yuǎn)。

舉例來(lái)說(shuō)，17 歲的少年可以通過(guò) 20 小時(shí)的訓(xùn)練學(xué)會(huì)駕駛（但 AI 仍然沒(méi)有無(wú)限制的 L5 級(jí)自動(dòng)駕駛），10 歲的孩子可以在幾分鐘內(nèi)學(xué)會(huì)清理餐桌，但是現(xiàn)在的 AI 系統(tǒng)還遠(yuǎn)未達(dá)到。現(xiàn)階段，莫拉維克悖論不斷上演，對(duì)人類來(lái)說(shuō)很容易的事情對(duì)人工智能來(lái)說(shuō)很難，反之亦然。

那么，我們想要達(dá)到高級(jí)機(jī)器智能（Advanced Machine Intelligence，AMI），需要做到如下：

• 從感官輸入中學(xué)習(xí)世界模型的 AI 系統(tǒng)；
• 具有持久記憶的系統(tǒng)；
• 具有規(guī)劃行動(dòng)的系統(tǒng)；
• 可控和安全的系統(tǒng)；
• 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的 AI 架構(gòu)（LeCun 重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了這一條）。

自回歸 LLM 糟糕透了

自監(jiān)督學(xué)習(xí)已經(jīng)被廣泛用于理解和生成文本，圖像，視頻，3D 模型，語(yǔ)音，蛋白質(zhì)等。大家熟悉的研究包括去噪 Auto-Encoder、BERT、RoBERTa。

LeCun 接著介紹了生成式 AI 和自回歸大語(yǔ)言模型。自回歸生成架構(gòu)如下所示：

自回歸大語(yǔ)言模型（AR-LLM）參數(shù)量從 1B 到 500B 不等、訓(xùn)練數(shù)據(jù)從 1 到 2 萬(wàn)億 token。ChatGPT、Gemini 等大家熟悉的模型都是采用這種架構(gòu)。

LeCun 認(rèn)為雖然這些模型表現(xiàn)驚人，但它們經(jīng)常出現(xiàn)愚蠢的錯(cuò)誤，比如事實(shí)錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤、不一致、推理有限、毒性等。此外，LLM 對(duì)潛在現(xiàn)實(shí)的了解有限，缺乏常識(shí)，沒(méi)有記憶，而且無(wú)法規(guī)劃答案。

LeCun 進(jìn)一步指出自回歸 LLM 很糟糕，注定要失敗。這些模型不可控、呈指數(shù)發(fā)散，并且這種缺陷很難修復(fù)。

此外，自回歸 LLM 沒(méi)有規(guī)劃，充其量就是大腦中的一小部分區(qū)域。

雖然自回歸 LLM 在協(xié)助寫作、初稿生成、文本潤(rùn)色、編程等方面表現(xiàn)出色。但它們經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)幻覺(jué)，并且在推理、規(guī)劃、數(shù)學(xué)等方面表現(xiàn)不佳，需要借助外部工具才能完成任務(wù)。用戶很容易被 LLM 生成的答案所迷惑，此外自回歸 LLM 也不知道世界是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。

LeCun 認(rèn)為當(dāng)前 AI 技術(shù)（仍然）距離人類水平還很遠(yuǎn)，機(jī)器不會(huì)像動(dòng)物和人類那樣學(xué)習(xí)世界的運(yùn)作方式。目前看來(lái)自回歸 LLM 無(wú)法接近人類智力水平，盡管 AI 在某些狹窄的領(lǐng)域超過(guò)了人類。但毫無(wú)疑問(wèn)的是，最終機(jī)器將在所有領(lǐng)域超越人類智慧。

目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的 AI

在 LeCun 看來(lái)，目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的 AI 即自主智能（autonomous intelligence）是一個(gè)很好的解決方案，其包括多個(gè)配置，一些模塊可以即時(shí)配置，它們的具體功能由配置器（configurator）模塊確定。

配置器的作用是執(zhí)行控制：給定要執(zhí)行的任務(wù)，它預(yù)先配置針對(duì)當(dāng)前任務(wù)的感知（perception）、世界模型（world model）、成本（cost）和參與者（actor）。

目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的 AI 中最復(fù)雜的部分是世界模型的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)和訓(xùn)練世界模型

關(guān)于這部分內(nèi)容，我們先看 LeCun 給出的建議：

• 放棄生成模型，支持聯(lián)合嵌入架構(gòu)；
• 放棄概率模型，支持基于能量的模型（EBM）；
• 放棄對(duì)比方法，支持正則化方法；
• 放棄強(qiáng)化學(xué)習(xí)，支持模型 - 預(yù)測(cè)控制；
• 僅當(dāng)規(guī)劃無(wú)法產(chǎn)生結(jié)果時(shí)才使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來(lái)調(diào)整世界模型。

LeCun 指出生成架構(gòu)不適用于圖像任務(wù)，未來(lái)幾十年阻礙人工智能發(fā)展的真正障礙是為世界模型設(shè)計(jì)架構(gòu)以及訓(xùn)練范式。

訓(xùn)練世界模型是自監(jiān)督學(xué)習(xí)（SSL）中的一個(gè)典型例子，其基本思想是模式補(bǔ)全。對(duì)未來(lái)輸入（或暫時(shí)未觀察到的輸入）的預(yù)測(cè)是模式補(bǔ)全的一個(gè)特例。在這項(xiàng)工作中，世界模型旨在預(yù)測(cè)世界狀態(tài)未來(lái)表征。

聯(lián)合嵌入預(yù)測(cè)架構(gòu)（JEPA）

LeCun 給出的解決方案是聯(lián)合嵌入預(yù)測(cè)架構(gòu)（JEPA），他介紹了聯(lián)合嵌入世界模型。

LeCun 進(jìn)一步給出了生成模型和聯(lián)合嵌入的對(duì)比：

• 生成式：預(yù)測(cè) y（包含所有細(xì)節(jié)）；
• 聯(lián)合嵌入：預(yù)測(cè) y 的抽象表示。

LeCun 強(qiáng)調(diào) JEPA 不是生成式的，因?yàn)樗荒茌p易地用于從 x 預(yù)測(cè) y。它僅捕獲 x 和 y 之間的依賴關(guān)系，而不顯式生成 y 的預(yù)測(cè)。下圖顯示了一個(gè)通用 JEPA 和生成模型的對(duì)比。

LeCun 認(rèn)為動(dòng)物大腦的運(yùn)行可以看作是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬，他稱之為世界模型。他表示，嬰兒在出生后的頭幾個(gè)月通過(guò)觀察世界來(lái)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。觀察一個(gè)小球掉幾百次，普通嬰兒就算不了解物理，也會(huì)對(duì)重力的存在與運(yùn)作有基礎(chǔ)認(rèn)知。

LeCun 表示他已經(jīng)建立了世界模型的早期版本，可以進(jìn)行基本的物體識(shí)別，并正致力于訓(xùn)練它做出預(yù)測(cè)。

基于能量的模型（通過(guò)能量函數(shù)獲取依賴關(guān)系）

演講中還介紹了一種基于能量的模型（EBM）架構(gòu)，如圖所示，數(shù)據(jù)點(diǎn)是黑點(diǎn)，能量函數(shù)在數(shù)據(jù)點(diǎn)周圍產(chǎn)生低能量值，并在遠(yuǎn)離高數(shù)據(jù)密度區(qū)域的地方產(chǎn)生較高能量，如能量等高線所示。

訓(xùn)練 EBM 有兩類方法：對(duì)比方法和正則化方法，前者對(duì)維度擴(kuò)展非常糟糕，

下圖是 EBM 與概率模型的比較，可以得出概率模型只是 EBM 的一個(gè)特例。為什么選擇 EBM 而不是概率模型，LeCun 表示 EBM 在評(píng)分函數(shù)的選擇上提供了更大的靈活性；學(xué)習(xí)目標(biāo)函數(shù)的選擇也更加靈活。因而 LeCun 更加支持 EBM。

對(duì)比方法 VS 正則化方法：

接著 LeCun 介紹了他們?cè)?ICLR 2022 上提出的 VICReg 方法，這是一種基于方差 - 協(xié)方差正則化的自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，通過(guò)約束嵌入空間中樣本的方差和協(xié)方差，使得模型能夠?qū)W習(xí)到更具代表性的特征。

相較于傳統(tǒng)的自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，VICReg 在特征提取和表示學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)更好，為自監(jiān)督學(xué)習(xí)領(lǐng)域帶來(lái)了新的突破。

此外，LeCun 還花了大量篇幅介紹 Image-JEPA、Video-JEPA 方法及性能，感興趣的讀者可以自行查看。

最后，LeCun 表示他們正在做的事情包括使用 SSL 訓(xùn)練的分層視頻 JEPA（Hierarchical Video-JEPA），從視頻中進(jìn)行自監(jiān)督學(xué)習(xí)；對(duì)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的 LLM 進(jìn)行推理和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)這一步需要在表示空間中規(guī)劃并使用 AR-LLM 將表示轉(zhuǎn)換為文本的對(duì)話系統(tǒng)；學(xué)習(xí)分層規(guī)劃，就 toy 規(guī)劃問(wèn)題對(duì)多時(shí)間尺度的 H-JEPA 進(jìn)行訓(xùn)練。

感興趣的讀者可以查看原始 PPT 來(lái)學(xué)習(xí)。