不知道你想过没有,人类为什么能制造出比自己更聪明的东西呢?这个东西你一定想到,就是人工智能。在2016年,AlphaGo战胜了人类围棋世界冠军李世石,就已经向世人宣告机器人时代的到来。
2019年,中国有344座高校开办了人工智能相关的专业,人工智能因为推动效率提高和发掘机会方面的推动器作用,正在越来越受到各国政府和企业的高度重视。
但是人工智能并不是一直发展得一帆风顺。1956年开始,美国就投入很多经费,希望能够在人工智能领域获得更多开发应用。但结果并不尽人意,很多尝试停滞不前。
那么为什么到了这几年,人工智能反而又火了呢?是什么让人工智能焕发生机的?
无人机编队
让人工智能焕发新能量的,叫做“深度神经网络”,也叫做“复杂网络”。复杂网络就是比规则网络更复杂。
在过去,人们认为网络都是随机形成的。然而,真实世界的绝大多数网络并不是随机网络,也不是规则网络。
有一个词,叫做“复杂系统”,人类的大脑、城市的运行、自然生态、地球气候都是复杂系统,复杂网络就是对复杂系统最有效的一种描述方式。它把复杂系统的各个组成部分看作是节点,分析节点之间的交互作用。
复杂网络为研究复杂系统提供了最重要的工具和方法,在大多数情况下,只有把现实世界中的复杂系统当成复杂网络来看待,才能获得更好的解释。比如,夏天的晚上,萤火虫按照同样的频率闪烁;稻田里,青蛙整齐的鸣叫。这些自同步的现象之所以产生,就是因为复杂系统可以用复杂网络的动力机制来解释它。
举一个例子,无人机。现代战争中,无人机发挥着越来越重要的作用。以前军方可能只是单独出动一架无人机,现在一次性出动几十甚至上百架无人机组成编队。这么多无人机同时起飞,怎么控制呢?怎么协调行动,防止无人机之间相撞?
按照以前的思路,是给每一架无人机配备一名控制员,远程控制。但是你要让这么多控制员都能配合好,也是不可能完成的任务。另一个办法,是成立一个控制中心,统一发号施令,来控制每一架无人机的行动。但是这个系统有个问题,就是一旦控制中心发生故障,整个编队都会受到影响。
那怎么办呢?军队最后想到的办法,就是把无人机组成一个复杂网络,让每架无人机都成为网络中的一个节点,它们之间的通信信道就是连接。无人机与无人机之间,可以通过实时通讯,信息共享,协同侦查和攻击,彼此协调行动,这就是复杂网络自组织的特征。这种自组织网络一旦形成,就会产生奇妙的结果。
第一个是降低了成本。建造一台智能的大型无人机,成本是非常高昂的。如果造的是功能相对简单的数量比较多的小型无人机,成本就要少得多。
第二个具备了高度的韧性。无人机编队是一个韧性比较高的网络,就算有几架无人机被敌军击落,这几个节点破坏了,整个网络仍然可以正常运转。
第三个就是灵活性。单架无人机只能完成特定的动作,执行特定的任务。无人机编队只要调整一下参数设置,就可以因地制宜地完成不同的任务。
拐卖儿童团伙
无人机讲的是人类利用知识,创造出复杂网络。反过来,人类也会利用知识,打击复杂网络。
下面这个例子,只要作为父母的人,就一定非常痛恨,就是拐卖儿童。儿童拐卖在我国最高可判处死刑,可见国家对于这项犯罪的打击。
儿童拐卖一般是团伙犯罪,被拐卖的儿童在被非法领养之前,一定会经历多次的转移。所以,一旦孩子被拐,能够找回的概率是非常低的,第一个拐走孩子的罪犯,也不知道后面接头的人是谁。以前抓到一个就重判一个,并没有用网络的模式去看待。
2018年,武汉大学的王真等4位学者,通过抓取寻子网站“宝贝回家”上的两万条寻亲数据,利用这些数据构建了省、市两级的拐卖儿童犯罪网络。
发现最重要的拐卖路径,是从欠发达地区到东部发达地区,这些发达地区有些地域重男轻女观念严重。从拐卖的距离来看,42.4%的拐卖发生在同一个城市,即便是跨城市买卖,拐卖地和非法领养地距离也相差不过500公里。这表明,相当一部分儿童拐卖都是短途或者同城买卖,并不像很多人以为把孩子买到很远的地方。
而且,犯罪分子的网络,还有自适应的特点。你打击这个城市的人口拐卖团伙,他们就会转移到另一个城市。你打击这条铁路干线,他们就转移到高速公路去。
在复杂网络的视角下,我们不仅可以找出哪些城市是关键节点,哪条线路是主要线路,还可以根据犯罪团伙的社会网络,分析出他们面临打击时的应对方案,以及备选的拐卖路线。这样精确的研究,才能制定出更加有效的打击方案,达到事半功倍。
人工智能自演化
回到开始的问题,人类为什么能制造出比自己聪明的东西呢?答案就是自演化。
人工智能的本质,是对人类思维过程的模拟。传统的人工智能对人思维的模拟,走的是结构模拟的道路。就是仿照人脑的内部结构和工作机制来制造机器,但是人脑实在是太复杂了,脑科学的研究才刚刚起步,计算机又岂能复制出跟人脑一样的复杂结构?
这条路走不通,那就换一条路,只模拟人脑的功能。机器可否像人一样,具备学习能力,遇到了问题,自己能想办法去解决呢?
比如AlphaGo,它采用了深度人工神经网络。所谓的“深度”,就是分层的意思。深度人工神经网络跟生物的大脑一样,是分层的,总共有13层。AlphaGo在下棋的时候,会把棋局转化为数据,输入到第一层神经网络,处理之后,输出一个数据集合,再输入到第二个神经网络,以此类推,总共运行13次,最后计算出棋子落下的位置。
虽然科学家利用了复杂网络的思路来模拟人脑的神经网络,但是科学家并不知道这个神经网络到底是怎么“思考”的。因为人工智能思考问题的方式,是通过反复的训练,来调整参数,这个过程中充满了大量的随机性。
所以,科学家唯一能做的,就是给人工智能输入大量的数据,比如他们给AlphaGo输入了几百万份围棋大师的棋谱,让它在人工的辅助下进行有监督的学习。这些棋谱都用完之后,科学家又让AlphaGo自己和自己对弈,生成很多我们人类也没有见过的棋局,让它继续训练,训练得越多,AlphaGo就越厉害。
据说,最新版本AlphaGo Zero,已经不需要人来教它下棋了,它通过优化神经网络,来提升比赛能力。只需要短短3天的训练,AlphaGo Zero就打败了AlphaGo,战绩是100:0,百战百胜。
这就是复杂网络自我演化的威力,它可以自我学习、优化和迭代,变得更加强大。人工智能,就是在拥抱了复杂网络这个视角和工具之后,才重新实现了质的飞跃。
看到这,相信你对复杂网络有了更深的理解,我们所处的世界,很多现象都是复杂的,复杂网络就是将这些复杂现场抽象成网络来做研究。
从无人机的自我组织,到拐卖儿童团伙的自我适应,再到人工智能的自我演化,每一处都体现了复杂网络的神奇之处。所以,人类赋予机器人自我学习的能力,又提供给它海量的数据支持,这个机器人比人类还聪明,就不足为奇了。