人工智能重建新“秩序” 分布式機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)運(yùn)而生

從語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)到自助停車等人工智能領(lǐng)域，“機(jī)器學(xué)習(xí)”的最新進(jìn)展總能吸引大眾的眼球。

所謂機(jī)器學(xué)習(xí)，就是讓計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索特定模型從而獲得新技能，以及讓自主機(jī)器人［-0.74%資金研報(bào)］對(duì)所處環(huán)境建立行為模型。但是，這種建模在集群機(jī)器人協(xié)同工作中變得非常復(fù)雜。這些機(jī)器人可能集體搜集到很完美的、但對(duì)單個(gè)機(jī)器人毫無(wú)用處的模型。

如果機(jī)器人由于動(dòng)力、通信和運(yùn)算的限制不能將所有數(shù)據(jù)整合到一起，它們?cè)趺茨芡瓿晒餐＃?/p>

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，即將在7月份舉行的“人工智能的不確定性”研討會(huì)上，來自麻省理工學(xué)院信息與決策系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，會(huì)解答上述問題。他們將展示一組運(yùn)算方法，證明讓兩個(gè)間諜機(jī)器人共同搜索一棟建筑物，在它們經(jīng)過大廳時(shí)，會(huì)彼此交換分析結(jié)果。

先分再合不“卡殼”

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員運(yùn)用了分布式運(yùn)算方案，這一方案優(yōu)于目前流行的將數(shù)據(jù)聚合在單個(gè)位置的標(biāo)準(zhǔn)算法。

“單個(gè)計(jì)算機(jī)需要從巨型批處理數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)建模以處理難題，但在糟糕的處理方案出現(xiàn)時(shí)，它們通常會(huì)卡殼。如果小數(shù)據(jù)塊被單個(gè)計(jì)算機(jī)預(yù)先處理再整合，最后建立的模型則很少出現(xiàn)卡殼現(xiàn)象。”麻省理工學(xué)院航空航天專業(yè)畢業(yè)生特雷沃·坎貝爾在與導(dǎo)師喬納森·豪爾·理查德·科克馬克勞林教授共同寫的一篇論文中總結(jié)道?？藏悹柕男滤惴ㄊ欠浅ｌ`活的分散網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)程序。

想象一下，多個(gè)機(jī)器人在不熟悉的辦公空間中展開搜索，你會(huì)對(duì)坎貝爾和豪爾解決的問題有點(diǎn)感覺。如果這些機(jī)器人的學(xué)習(xí)程序在平均水平，它們不需要預(yù)先知道什么是椅子、什么是桌子或什么是一間會(huì)議室或辦公室。但是它們可以判斷出，有些房間包含一些小型椅子形狀的物品和大概同樣多桌子形狀的物品，而另一個(gè)房間包含大量椅子形狀的物品和一張桌子形狀的物品。

隨著時(shí)間的推移，每個(gè)機(jī)器人會(huì)根據(jù)自己搜索的房間和屋內(nèi)物品建立自己的清單。但是也存在誤差：比如一個(gè)機(jī)器人碰巧進(jìn)到一間會(huì)議室，會(huì)議室里有一些參觀人員留下的手提箱，從而總結(jié)出“手提箱”也是會(huì)議室的常規(guī)特征；另一個(gè)機(jī)器人可能進(jìn)入廚房，而咖啡機(jī)被打開的冰箱門遮擋住，從而將咖啡壺從廚房用品的清單中刪除。

理想情況下，當(dāng)兩個(gè)機(jī)器人相遇，它們會(huì)自動(dòng)比較雙方的產(chǎn)品清單，加強(qiáng)對(duì)彼此的觀察，防止遺漏或以偏概全。問題是，它們不知道如何與“廚房”或“會(huì)議室”的類別標(biāo)簽進(jìn)行匹配，它們只能判斷出是“房間1”和“房間3”，但這個(gè)機(jī)器人的“房間1”很可能就是另一個(gè)機(jī)器人的“房間3”。

用坎貝爾和豪爾的算法，這些機(jī)器人會(huì)嘗試在共享物品清單的基礎(chǔ)上相互匹配類別，并盡全力合并有關(guān)聯(lián)物品的清單。當(dāng)任意一個(gè)機(jī)器人遇見其他機(jī)器人時(shí)，都將執(zhí)行相同的程序，最關(guān)鍵的是，每個(gè)機(jī)器人都是先獨(dú)立列出清單再去跟其他的機(jī)器人進(jìn)行匹配，從而逐步構(gòu)建更多和更精確的模型。

人工重建新“秩序”

研究人員在論文中呈現(xiàn)了上述看起來比較簡(jiǎn)單的程序，但是這個(gè)簡(jiǎn)單的程序背后，是一些相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析。

“近年來，機(jī)器學(xué)習(xí)的方式是假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，然后用它來接近你想要的結(jié)果，當(dāng)然前提條件是你能夠處理所有的細(xì)微差別和復(fù)雜性。”坎貝爾說，“我們的算法是一種人工重構(gòu)，即在你成功解決簡(jiǎn)單問題后，使用該人工重構(gòu)恰當(dāng)?shù)睾喜⒛Ｐ汀?rdquo;

在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人不會(huì)被指派去區(qū)分含有不同物品的房間，而更可能會(huì)被用來區(qū)分物品本身和用途?？藏悹柡秃罓柕乃惴梢詥l(fā)“機(jī)器學(xué)習(xí)”面臨的其他問題。

此外，這個(gè)根據(jù)房屋內(nèi)物品辨別房間的例子，類似于自然語(yǔ)言處理中的主題建模，即一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以使用單詞的關(guān)聯(lián)頻率進(jìn)行主題文件分類。

傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對(duì)所有存放在一個(gè)集中網(wǎng)址的所有文件采用一致的分類方案，但是坎貝爾和豪爾的算法，可以用分布式服務(wù)器將分散在網(wǎng)絡(luò)角落里的文檔集中在一個(gè)主題下進(jìn)行建模。

“分布式計(jì)算在部署登陸機(jī)器人和空降機(jī)器人等多種機(jī)器人時(shí)將發(fā)揮關(guān)鍵作用。”杜克大學(xué)計(jì)算機(jī)工程和研究部副教務(wù)長(zhǎng)勞倫斯·卡恩教授說，“在本文中提出的分布式運(yùn)算方法既高效又實(shí)用，關(guān)鍵是它打破了貝葉斯推理中證明的對(duì)稱性。這個(gè)問題解決方案非常新穎，并很可能被其他研究人員繼續(xù)運(yùn)用。”