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中國人工智能學會通訊——深藍、沃森與AlphaGo

中國人工智能學會通訊——深藍、沃森與AlphaGo

在 2016 年 3 月 份,正當李 世石與AlphaGo 進行人機大戰的時候,我曾經寫過 一 篇《 人 工 智 能 的 裡 程 碑: 從 深 藍 到AlphaGo》,自從 1997 年深藍戰勝卡斯帕羅夫之後,随着計算機硬體水準的提高,計算機象棋(包括國際象棋和中國象棋)水準有了很大的提高,達到了可以戰勝人類最高棋手的水準。但是,長期以來,在計算機圍棋上進展卻十分緩慢,在 2006 年引入了蒙特卡洛樹搜尋方法之後,也隻能達到業餘 5 段的水準。是以 AlphaGo 戰勝南韓棋手李世石,确實是人工智能發展曆程上的一個裡程碑式的事件。

從人工智能研究的角度來說,計算機圍棋戰勝人類高水準棋手是一個标志,說明在某些方面,現有的人工智能技術可以達到怎樣的高度,是以當時我曾經認為人機再戰的意思已經不大,就如同當年深藍戰勝卡斯帕羅夫之後,IBM 随即馬放南山,即便卡斯帕羅夫提出再戰深藍,IBM 也不再理會。當年的深藍還是一個專用裝置,IBM 甚至為了提高計算速度,而研制了專用的晶片(據說該晶片隻能用于下國際象棋)。但是萬事開頭難,随着計算機計算

能力的提高,今天即便在普通計算機上,也可以達到甚至超過當年深藍的水準。以至于在國際象棋比賽中,出現過棋手借去廁所的機會,讓計算機幫忙出招的醜聞。在現在的國際象棋比賽中,已經明确禁止利用各種計算裝置,據說賽場也對網絡進行屏蔽,以防止有人作弊。

中國人工智能學會通訊——深藍、沃森與AlphaGo

就 在 2016 年 即 将 過 去 的 時 候, 在 網絡上突然出現一個名為 Master 的計算機圍棋程式,在網上快棋賽中,連勝包括中日韓三國高手在内的人類棋手,取得連勝60 場的輝煌戰績。事後得知,Master 就是AlphaGo 的更新版。

為什麼 AlphaGo 會重出江湖呢?我想可以從 AlphaGo 與深藍的不同來考慮。深藍采用的是 α-β 搜尋架構,加上大量的人類知識,在技術上已經沒有什麼發展空間。而AlphaGo采用的是蒙特卡洛樹搜尋架構,加上深度學習和深度強化學習。在這樣一個架構下,深度學習,尤其是深度強化學習在計算機圍棋上的天花闆究竟有多高?還是一個未知數,從技術的角度來說,還有很大的研究空間,我想這是 AlphaGo 重出江湖的重要原因,圍棋在這裡隻是作為一個應用對象,目的還是研究強化學習等方法。

順便在這裡說一下,有人認為 AlphaGo的成功是深度學習的勝利,我認為這一看法是片面的。具體來說,蒙特卡洛樹搜尋引入到計算機圍棋中,是一個很大的飛躍;深度學習和強化學習的引入,是又一次飛躍。是以 AlphaGo 的成功是蒙特卡洛樹搜尋加深度學習的勝利。如果再上升一個層次來考慮,則是人工智能中傳統的符号主義加連接配接主義的成功。如果再進一步上升

一個層次,則是理性加感性的成功。是以,在今天深度學習大熱的情況下,不能忽視傳統方法的作用。傳統方法與深度學習具有互補性,應該加強這方面的研究,而不是一窩蜂式的湧向深度學習。

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那麼這次的 Master 與去年 3 月份的AlphaGo 有什麼不同呢?(為了叙述友善,下文中 AlphaGo 特指去年 3 月 的 版 本,Master 特指現在的版本。)到目前為止,DeepMind 公司還沒有透露出任何資訊,隻能從表面現象去分析、猜測。我并不懂圍棋,為了了解 Master 的特點,在網上看了不少專業棋手對 Master 棋譜的分析,一個突出的感受是,Master 常常會走出一些超出職業棋手想象的驚人之步,很多高手連呼看不懂,但又找不出其破綻。古力在其微網誌上說,Master 的出現“已經徹底颠覆了我們棋手對局勢原有的掌控、判斷”,柯潔也評論說 Master“給我們棋手帶來的震撼”。雖然 AlphaGo 也有出乎職業棋手意外的着法,但是這次 Master 這樣的走法更多,更出乎意外。鑒于此,我曾經給出一個猜測:“AlphaGo 訓練時用到了 16 萬人類棋譜,加上自己左右互搏産生的 3 000 萬棋譜,以及人類總結的幾萬個模式。而這次的 Master很可能是從 0 開始學習得到的結果(指沒有利用任何人類棋譜和知識,依靠基于強化學習的左右互搏進行學習),在蒙特卡洛搜尋樹的架構下,加上深度強化學習方法,是可以做得到的。這也是為什麼 Master 讓職業棋手感覺到被颠覆的原因,因為沒有任何人類的影響。AlphaGo 在去年 3 月時雖然有驚人的走法,但好像沒有這次多,也沒有這次大膽,因為 3 月的 AlphaGo 利用了 16 萬的人類棋譜和數萬個人類總結的模式”。雖然事後 DeepMind 公司說 Master 還是用了人類棋譜,但是很可能更加加強了基于強化學習的左右互搏的成分,弱化了人類棋譜的作用。事實上,DeepMind 公司也确實在試探從 0學習的系統,雖然還沒有推出。

在我的“人工智能導論”課上,學生要完成一個大作業,就是實作一個簡單的下棋程式。最初幾年,學生基本是采用 α-β 剪枝的方法,要自己總結很多模式出來,後來漸漸地采用蒙特卡洛樹搜尋方法的同學逐年增加,到現在基本沒有同學用 α-β 剪枝方法了,也不再需要人為總結什麼模式了,基本都是從 0 開始,而且水準也是逐年提高,絕大多數同學都難于戰勝自己的程式。當然,大作業的棋類比較簡單,遠遠無法跟圍棋比,但是越來越不依賴于人類棋譜、知識,應該是一個發展趨勢,圍棋也應該可以實作,可能還需要更強大的計算平台的支援。關于大作業,我曾在 2013 年 的部落格中有過簡單的總結,表明過類似的看法,有興趣的讀者可以參見《由大作業想到的》這篇部落格 http://blog.sina.com.cn/s/blog_73040b820101bwrl.html。

深藍、沃森和 AlphaGo 都可以算是人工智能發展史上裡程碑式的事件,那麼它們之間有哪些相同與不同呢?

關于相同點,我想可以總結為一句話:在一個特定領域,利用人類提供的資料或者知識,采用已有的技術,戰勝該領域最高水準的人類。

深藍是一個國際象棋程式,采用的是20 世紀 60 年代就提出的 α-β 剪枝算法,IBM 公司聘請了若幹個國際象棋特級大師總結下棋的模式和知識,用于對局面的評估。最終于 1997 年戰勝了連續 10 年國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫。

沃森是 IBM 為了紀念公司成立 100 周年研發的一個問答系統,其名稱是為了紀念IBM 公司的創始人 Thomas J. Watson 先生。2011 年在美國最受歡迎的智力競猜電視節目《危險邊緣》中,沃森擊敗該節目曆史上兩位最成功的選手肯•詹甯斯和布拉德•魯特,成為《危險邊緣》節目新的王者。在沃森系統中,共采用了 100 多項與自然語言處理、知識問答相關的技術,利用《危險邊緣》節目創始以來40多年的問題與答案進行訓練,存儲了大量圖書、新聞和電影劇本資料、辭海、文選和《世界圖書百科全書》等數百萬份資料,在 3 秒内可以給出一個問題的答案。

中國人工智能學會通訊——深藍、沃森與AlphaGo

AlphaGo 在蒙特卡洛樹搜尋的架構下,利用深度學習和強化學習技術進行訓練和評估,其中用到了人類棋手以往的 16 萬盤棋譜,以及 AlphaGo 自己左右互搏産生的3 000 萬盤棋譜,并用到了人類總結的幾萬個模式,綜合運用這些技術,實作了高水準的圍棋程式,并于 2016 年 3 月以 4:1 的成績戰勝了南韓圍棋職業高手李世石。這些技術也并不是新技術,但是 DeepMind 公

司有所創新,主要包括兩個方面,一是發展了強化學習技術;二是将傳統的搜尋技術與深度學習在圍棋這個平台上,很好地結合在一起,實作了理性與感性的良好融合。這可能是 AlphaGo 成功的關鍵所在。

這是它們共同的部分,那麼這三個系統有哪些不同呢?三個系統完全是三個不同的領域,不同點自然很多,下面隻從技術是否通用,以及通用程度方面展開讨論。

深藍采用的 α-β 剪枝算法是專門用于雙人博弈問題的算法,雖然也有人将該方法用于其他方面,比如故障診斷的測試點選擇,但應用面是非常有限的,是一個非常專用的算法。也曾聽有人介紹說,IBM 會把相關方法用于風險投資,但事後也沒有聽到相關消息。這也可能是 IBM 不再繼續投入開展研究的原因吧?

AlphaGo 則有很大的不同,深度學習是個通用方法,已經在很多領域得到很好的應用,強化學習也具有一定的通用性,并且 DeepMind 對其有所發展和創新,在圍棋這個平台上可以繼續開展研究,也可以推廣到其他領域。但是圍棋這類博弈遊戲有一個特點,其最終的勝負可以自動判斷,不需要人類标注,這就為系統自身的左右互搏、強化學習提供了很大的便利條件,如果在其他領域應用,需要定義合适的優化條件才可行。

在三個裡程碑式的事件中,我認為最具通用性的是沃森,它采用了 100 多項與自然語言處理、知識問答相關的技術,這些技術可以在很多應用領域發揮作用,不僅僅是用于問答,IBM 公司把相關技術稱之為認知計算。IBM 公司以此為契機,成立了沃森集團,專注于認知計算的研究和應用,已經在醫療健康領域取得了很好的成果。

是以,從通用性和商用性的角度來說,三個系統中排名第一的是沃森,其系統隻要結合相關領域的資料,可以很快進行商用轉化,提供服務;其次是 AlphaGo,直接轉換到其他領域,提供商用服務的可能性不大,但其技術可以應用于其他領域;排在最後的就是深藍了,向其他領域轉化的可能性很小。

AlphaGo(包括 Master)的出現,對于圍棋有什麼影響呢?有人認為這會毀了圍棋,人類根本就戰勝不了機器,再學習圍棋還有什麼意義呢?我認為這種看法是不正确的。AlphaGo 的出現,說明人類對圍棋的認識遠遠不夠,在計算機的輔助下研究圍棋,必将對圍棋有新的認識,就如同當年吳清源先生的出現一樣,即将開啟圍棋的新天地。

其實圍棋界也有類似的認識。職業棋手古力說,“我深深地感受到圍棋的神秘,似乎‘大師’(指 Master)給我們打開一道圍棋的神秘之門。不論勝負,人類與人工智能共同探索圍棋世界的大幕即将拉開,新一次的圍棋革命正在進行着”。職業棋手排名第一的柯潔也提到,“人類數千年的實戰演練進化,計算機卻告訴我們人類全是錯的。我覺得,甚至沒有一個人沾到圍棋真理的邊。但我想說,從現在開始,我們棋手将結合計算機,邁進全新的領域、達到全新的境界。新的風暴即将來襲,我将盡我所有的智慧終極一戰!”

從科學發展史上來看,每次危機的出現,都預示着新的革命即将開始,比如數學上的幾次悖論的出現,都孕育出新的數學方法,極大地推進了數學的發展。我們期待着 AlphaGo 能開放出來,可以讓棋手們自由地與它對弈,甚至可以像圍棋複盤一樣,和計算機一起探索可能的走法,勝負已經不是關鍵,重要的是發展新的圍棋理論,讓圍棋走向一個新天地。

中國人工智能學會通訊——深藍、沃森與AlphaGo

清華大學計算機系教授,博士生導師,中國人工智能學會副理事長,中國中文資訊學會副理事長。主要研究方向為智能資訊處理,包括文本資訊檢索、網絡使用者行為分析、個性化推薦、社交媒體分析等。