变态「三角恋」？世界知识、大脑和计算是AGI的新「三驾马车」

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  新智元报道  

来源：nextweb

编辑：白峰

【新智元导读】「冰镇椅子」和「彩虹蕉」见过没？反正神经网络要泪奔了。近年来，吃数据的人工智能狭隘性日益凸显，而来自旧金山的科学家们，认为智能来源于归纳偏差，他们试图通过已知的世界属性、大脑的物理结构和算法来构建一种新的世界模型。 

 

看到下面这个场景，你会想到啥？

 

              

 

可能会想，是什么导致球改变了方向，球飞得比球棒高会发生什么？

 

即使我们没打过棒球，我们也能想到这些东西， 因为我们对这个世界是如何运作的，以及物体之间的相互作用有着深刻的理解 。

 

虽然没有棒球经验，但是我们见过类似的击打行为，看到棒球时，我们能将之前的知识快速迁移到这个场景下，而这是当前人工智能不具备的。

 

最近在《神经科学前沿》上发表的一篇论文中，科学家们提供了一个全新的框架来阐述人类大脑提取和处理信息的机制，更有趣。

 

              

智能来自「偏见」？人脑中有一个归纳偏见的世界模型

人类大脑是如何学习的？

 

研究表明，「 有效的学习和有效的泛化来自于归纳偏见，而构建人工智能是一种寻找正确的归纳偏见的练习 ，这种归纳偏见使快速学习成为可能，同时又足够通用」。

 

人类和动物的大脑就有很多「偏见」，每个大脑都在进化和优化，以灵活的方式解决它遇到的问题。

 

              

但是研究人员建议 不要直接对大脑进行逆向工程，而是从功能的角度来看待思维的机制 。

人类的高级智力来自于大脑的皮层。在功能上，新皮层与海马系统结合，通过建立丰富的因果模型，将外部经验内化，这些模型使感知、行动、记忆、想象等能力成为可能。

 

这个丰富的世界模型，让推理成为现实，推演「如果」之后的结果，解决不同的问题，而不需要在每种情况下都单独训练。

 

「从 出生的那一刻起，我们就开始利用感官建立一个连贯的世界模型，后面一直在完善和更新 」，所以，AGI不是一蹴而就的。

 

规则和大数据行不通，AGI需要AI和神经科学的「碰撞」

虽然深度学习经常被比作大脑，但是现在来看， 顶多是一种非常基本的生物体中的粗糙的智力形式 。

 

深层神经网络可以为特定的任务优化它们的参数，例如在 CT 扫描中检测癌变结节，将声音转换为文本，或者在复杂的游戏中击败专业玩家，但是他们缺乏人类大脑的建模能力。

 

              

 

几十年来，人工智能科学家们一直致力于创造具有人类大脑能力的机器。尽管计算机科学的各个领域都取得了巨大的进步，但是通用人工智能仍「深藏海底」。

 

目前的人工智能方法要么需要大量的数据，要么需要大量的手工编码规则，而且它们只适用于非常狭窄的领域 。另一方面，AGI 应该能够用很少的数据和特定的指令执行多个任务。

 

尽管制造AGI 的方法已经发生了改变和进化，但有一件事情始终没有改变: 还远不及人类大脑。

 

如果我们能够发现人类大脑是如何解析信息和解决问题的，那么我们就有可能为AGI绘制蓝图。

 

研究大脑的机制也是神经科学家们最关注的，并且越来越多地与人工智能交织在一起，二者的交叉研究可能是实现 AGI 的关键。

 

轻松识别「变态」码，「生成模型」是类脑智能的关键

当你着急登录一个网站时，经常会遇到下面这些「变态」验证码的阻碍。

 

              

 

我们可以轻而易举地识别它们，但是为啥机器就不行？研究人员试图从这些变态体中，找到大脑处理信息的秘密。

 

深度学习算法可以解决这些挑战，但是需要吃进数以百万计的标记例子 ，如果出现训练示例中相差较大的，对不起，不work了。

 

因为神经网络没有概括能力。

 

研究人员写道: 「从进化历史中来看，通用智能是通过大脑皮层实现的，而不是通过专用电路的集成。」

 

作者提出了一个三角模型，通过已知的世界属性、大脑的物理结构和算法来理解智能行为。从这三个角度出发，可以构建出一个具有一般问题解决能力的人工智能算法。

 

             

 三角模型

 

「当我们观察大脑的一个属性时，我们能将这个属性与世界的组织原则匹配吗？这种特性能否用计算框架来表示，能否通用，能否具备学习/推理能力?」

 

对比这个模型来看，纯粹的机器学习模型处理的仅是算法和数据，而没有考虑大脑中学到的见解。

 

大脑的一个关键属性是「生成模型」 ，它允许我们在大脑内部形象化事物，并在抽象和概念层面上推理世界。

 

这个生成模型可以帮助我们填补视觉场景和自然语言推理的空白。

 

例如，当你听到「小明在地板上敲钉子」这个句子时，你会自动想象这个过程，而且不需要明确地告诉你小明是垂直地拿着钉子。

 

             

生成模型的目标不是重现真实场景，相反，它应该能够按照其组成部分和它们之间的关系组成场景。

 

具有这些属性的人工智能算法可以执行诸如分类(场景包含哪个对象)、分割(哪个像素属于哪个对象)、遮挡推理(检测部分遮挡的对象)等任务。

目前的深度学习系统可以被训练来执行一个任务，但无法通用。

 

你说的挺好，这些道理我都懂，如何才能实现呢？

 

基于「轮廓-表面因子分解」的递归皮层网络(RCN)

该论文的两位作者迪里普 · 乔治和米格尔 · 拉扎罗根据上述理论开发了递归皮层网络(RCN)。RCN 借鉴了神经科学的知识，以统一的方式处理识别、分割和推理任务。

             大脑结构、计算推理和RCN组件的对应关系

 

根据作者的测试，RCN 能够利用较小的训练数据集解决基于文本的验证码，并且比深度学习模型具有更大的灵活性。

 

实验表明，人类视觉系统优先考虑形状和轮廓而不是纹理。因为即使它们的颜色和纹理在不同的光照条件下发生变化，形状还是回保持原样。

 

人类大脑对形状和轮廓有「偏见」，也是为什么你不需要用带标签的例子来识别下面这些奇怪的物体。

        冰镇椅子和彩虹蕉

 

研究人员观察到: 「轮廓-表面因子分解」可能是大脑皮层处理自然信号的一般原理，而这种偏好可能来源于进化。

 

深度神经网络虽然也归纳各种偏差，例如，卷积神经网络可以被训练，然后以非常高的精度检测二维码--这是大多数人无法做到的。但是，QR检测模型，检测其他物体时，就会无从下手。

 

「QR 码不是人类视觉系统天生偏好的那种自然信号」，研究人员补充说， CNN识别 QR 码这种情况表明它们跟人类大脑的偏好不一致，并且不如人类的好。

 

研究人员讨论的另一个有趣的特性是层次组合。

 

人类的视觉系统倾向于把这个世界看作是嵌套对象的组合，这也是世界的一个关键属性。

 

例如，树木是由树枝、树叶和树根组成的，而不管每个部分的形状如何。我们甚至可以在我们第一次看到的树上，辨别出这些部分。

 

             

 

深度学习的先驱 Geoffrey Hinton，也在探索层次结构作为一种手段来概括计算机视觉能力。

 

作者写道，「通过探索世界的层次结构，视觉皮层可以逐渐建立对象的不变表征，分层组织也适用于高效的学习和推理算法」。

 

同样值得注意的是我们的视觉系统对环境和细节水平的敏感度。

 

我们通过考虑局部和全局的反馈机制来处理世界的可变性。例如，下面几个图，没有其他补充信息的话，想要分辨出来可太难了。

      

但是，放在另一种环境中就很好理解了，相同的像素点与周围的其他细节一对比，我们就能理解图片代表啥。

 

             

 

深度学习的局限可能就来自于此，只能观测到局部的信息，如果能像人一样，将这些局部特征放在一个更大的整体中结合知识去看，局部的模糊性就会瞬间消失。

 

上下文可以解决很多问题，比如验证码的遮挡。

             

虽然长期目标是 AGI，但根据这些原则创建的 RCN 已经在各个领域中开始使用。RCN最大的优势就在于只需要少量的数据。

 

结果表明，RCN 可以高效识别各种各样的验证码，且只要很少的训练数据，而且不需要使用特定的启发式算法。

 

相比之下，卷积神经网络需要50,000倍的训练集，鲁棒性还很差。

 

作为一个生成模型，RCN 在测试嘈杂例子时优于神经网络模型，并且可以通过一次性手写字符训练生成逼真的样本。

 

而构建AGI的另一个关键部分，就是找到一个新的「图灵测试」。

 

Keras之父Francois Chollet设计了一个抽象推理语料库(ARC) ，ARC 的目的是测试AI系统能否用极少的例子在抽象层面上解决问题。

 

迪里普 · 乔治和他的同事认为，RCN灵活高效地解决验证码是一个很好的迹象，表明人工智能算法的确可以解决多任务，并使我们更接近 AGI 。

 

他们正将RCN扩展到更多领域，后面会把RCN和与概念学习、语音结合起来，实现更通用的智能。

 

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参考链接：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncom.2020.554097/full