Google：人工智能代理技術(shù)的研究成果

Google研究人員在GECCO 2020會(huì)議上，發(fā)布具有自注意力（Self-attention）瓶頸的人工智能代理AttentionAgent，研究人員運(yùn)用不注意視盲（Inattentional Blindness），讓AttentionAgent具有選擇性注意力，能夠忽略不重要的細(xì)節(jié)，相較于傳統(tǒng)方法，代理泛化學(xué)習(xí)參數(shù)少了1，000倍，可以更好地處理復(fù)雜的計(jì)算機(jī)視覺任務(wù)。

不注意視盲是一種人類心理現(xiàn)象，由于選擇性注意力，因此人們會(huì)漏看視野里部分東西，Google提到，這種選擇性注意機(jī)制，讓人們可以專注于重要的事物上，而不分心于無關(guān)緊要的細(xì)節(jié)，他們相信這種機(jī)制可以讓人們濃縮感官信息，成為一種夠簡潔的形式，用于未來的決策上。

盡管選擇性注意力看起來像是種限制，但Google認(rèn)為，從自然界觀察到的這種瓶頸，可用于改善機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，通過模仿讓人工智能學(xué)習(xí)，生物能夠高性能解決任務(wù)的方法。過去的深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)，都讓人工智能代理能夠訪問完整的視覺輸入，而Google現(xiàn)在以注意力限制，來減少人工智能代理訪問視覺輸入，以提高系統(tǒng)性能，不只可以大幅減少需要的參數(shù)，而且因?yàn)榇砜床灰姴糠忠曈X輸入，因此剛好能避掉那些可能造成混淆的內(nèi)容，而且查看代理把注意力集中在什么部分，還可以為其決策提供視覺的可解釋性。

過去也有類似的研究，利用稀疏性來限制輸入內(nèi)容，而AttentionAgent則是從人類的不注意視盲獲得靈感，當(dāng)大腦付出努力參與任務(wù)時(shí)，大部分的注意力會(huì)集中在與任務(wù)相關(guān)的元素上，暫時(shí)對(duì)其他信號(hào)視而不見。為了要實(shí)現(xiàn)這件事，Google將輸入的圖像分割成幾個(gè)小區(qū)塊，然后修改自注意力架構(gòu)來模擬小區(qū)塊間的投票，選出重要的子集，AttentionAgent會(huì)忽略不重要的部分，僅利用重要區(qū)塊做決策。

關(guān)鍵要素除了視覺輸入的截取之外，關(guān)聯(lián)這些要素隨時(shí)間變化的能力也很重要，像是棒球比賽中的打者，必須利用視覺信號(hào)來連續(xù)關(guān)注棒球的位置，以預(yù)測(cè)能夠打擊到球的位置，AttentionAgent則會(huì)利用長短期記憶（LSTM）模型，從重要的視覺區(qū)塊中截取信息，并在每個(gè)時(shí)步?jīng)Q定一個(gè)行動(dòng)，LSTM會(huì)關(guān)注輸入串行變化，并利用這項(xiàng)信息關(guān)注關(guān)鍵要素在不同時(shí)的演變。

重要區(qū)塊的可視化，可讓研究人員知道人工智能下決策的方法，并說明大多數(shù)的選擇，是合理且符合人類主動(dòng)，可作為系統(tǒng)開發(fā)階段，好用的分析和調(diào)試工具，另外，Google提到，人工智能代理學(xué)會(huì)忽略非關(guān)核心任務(wù)的信息，因此經(jīng)修改還可以推廣應(yīng)用到小環(huán)境任務(wù)。

Google的這項(xiàng)研究，證明僅讓人工智能代理訪問重要的區(qū)塊，無視場(chǎng)景其余的部分，可以提升代理泛化（Generalize），用于解決其他任務(wù)能力，像是在VizDoom TakeCover環(huán)境接受訓(xùn)練的人工智能代理，也能夠在其他墻壁較高、地板貼圖不同，或是更多令人分心標(biāo)志的環(huán)境下生存。

這樣的成果可以被應(yīng)用在自動(dòng)駕駛上，應(yīng)用晴天資料集學(xué)習(xí)駕駛的代理，也能夠?qū)Ⅰ{駛技能轉(zhuǎn)移到晚上或是下雨天，AttentionAgent不僅能夠解決CarRacing-v0任務(wù)，在其他惡劣環(huán)境中，也能達(dá)到相近的性能，泛化需要的參數(shù)比慣用的方法少1，000倍。

不過，即便AttentionAgent能夠適應(yīng)環(huán)境修改，仍有其限制，像是原本周圍都是綠地的賽車背景，一旦換成YouTube視頻便會(huì)失效，又或是更換成均勻的噪聲時(shí)，人工智能代理的注意力模塊便會(huì)失效，Google提到，他們用于選擇重要視覺區(qū)塊的方法仍不夠強(qiáng)健，不足以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的任務(wù)，因此他們接下來會(huì)發(fā)展，能從視覺輸入截取有意義特征的方法。
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