機(jī)器學(xué)習(xí)/人工智能領(lǐng)域一些非常有創(chuàng)意的突破

本文介紹了近期在機(jī)器學(xué)習(xí)/人工智能領(lǐng)域一些非常有創(chuàng)意的突破，每一個(gè)都腦洞大開，不管是否是相關(guān)從業(yè)人員都值得一讀。并附上一些論文、視頻鏈接和簡要總結(jié)。

與其他領(lǐng)域相比，機(jī)器學(xué)習(xí)/人工智能現(xiàn)在發(fā)展的非?？?，經(jīng)常有一些有趣的突破。讓你不由自主的發(fā)出“wow”甚至“人間值得”的感嘆！（兩分鐘論文作者的口頭禪）

兩分鐘論文

https://www.youtube.com/channel/UCbfYPyITQ-7l4upoX8nvctg

免責(zé)聲明：我并沒有對“振奮人心”或“突破”進(jìn)行嚴(yán)格的定義；這只是一個(gè)非正式的清單。我會(huì)用可能不那么嚴(yán)格的術(shù)語來讓這篇文章更通俗易懂。

從看似不可用的信息中得出驚人的準(zhǔn)確估計(jì)

透過墻對人體姿態(tài)做估計(jì)

麻省理工學(xué)院研究人員的網(wǎng)站/視頻（2018年）

http://rfpose.csail.mit.edu/

我們可以根據(jù)某人對WiFi信號(hào)的擾亂，準(zhǔn)確地估計(jì)此人在墻壁另一側(cè)是如何站著/坐著/走路的。

從視頻中測量材料的物理特性

麻省理工學(xué)院研究人員的文章/視頻（2015年）

http://news.mit.edu/2015/visual-microphone-identifies-structural-defects-0521

研究人員在2014年首次展示了根據(jù)振動(dòng)情況從薯片包裝袋的視頻（沒有聲音）中重現(xiàn)人類的語音。該成果沒有涉及機(jī)器學(xué)習(xí)。2015年，他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)，并展示了通過視頻來估計(jì)材料的剛度、彈性、單位面積的重量等（在某些情況下，僅僅空氣正常循環(huán)引起的振動(dòng)就足夠了）。

從鍵盤旁邊的智能手機(jī)估計(jì)鍵盤敲擊

論文，2015

https://www.sigmobile.org/mobicom/2015/papers/p142-liuA.pdf

研究人員發(fā)現(xiàn)，從一臺(tái)放在鍵盤旁邊的智能手機(jī)中錄制的音頻，可以以94%的準(zhǔn)確率估計(jì)鍵盤敲擊。與以前在鍵盤周圍放置許多麥克風(fēng)的情況下使用有監(jiān)督的深度學(xué)習(xí)方法不同，這篇論文實(shí)際上使用了相對簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（k-均值聚類）和無監(jiān)督學(xué)習(xí)。

生成模型

逼真的面部生成、樣式混合和移植

Nvidia研究人員的論文/視頻（2018年）

論文

https://arxiv.org/abs/1812.04948

視頻

https://www.youtube.com/watch?v=kSLJriaOumA

研究人員將一種新的結(jié)構(gòu)與大量的GPU結(jié)合起來，創(chuàng)造出極其逼真的人造人臉，這些人臉是其他人臉之間的移植，或者是一個(gè)人臉到另一個(gè)人臉的“樣式”應(yīng)用。這項(xiàng)工作建立在過去關(guān)于生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）的工作之上。GANs是在2014年發(fā)明的，從那時(shí)起對它的研究就出現(xiàn)了爆炸式增長。GANs最基本的解釋是兩個(gè)相互對抗的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（例如，一個(gè)是將圖像分類為“真實(shí)”或“假冒”的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是以試圖“欺騙”第一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將假冒圖像錯(cuò)誤分類為真實(shí)的方式生成圖像的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……因此，第二個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是第一個(gè)的“對手”）。

總的來說，關(guān)于對抗性機(jī)器學(xué)習(xí)有很多很酷的研究，已經(jīng)存在了十多年。對網(wǎng)絡(luò)安全等也有許多令人毛骨悚然的影響，但我再講就跑題了。

很酷的研究

https://github.com/yenchenlin/awesome-adversarial-machine-learning

教機(jī)器繪圖

Google Brain的博客帖子（2017年）

https://ai.googleblog.com/2017/04/teaching-machines-to-draw.html

兩幅圖之間的插值

我在Google Brain的好朋友David Ha用一個(gè)生成循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）來繪制基于矢量的圖形（除了自動(dòng)以外，我認(rèn)為這就是Adobe Illustrator）。

David Ha

https://twitter.com/hardmaru

把炫酷的舞步遷移給不會(huì)跳舞的人

加州大學(xué)伯克利分校研究人員的網(wǎng)站/視頻（2018年）

網(wǎng)站

https://carolineec.github.io/everybody_dance_now/

視頻

https://www.youtube.com/watch?v=PCBTZh41Ris

想想“舞蹈版的Auto-Tune”。通過姿勢估計(jì)和生成對抗訓(xùn)練，研究人員能夠制作任何真人（“目標(biāo)”人物）跳舞的假冒視頻，視頻中的人舞技精湛。所需輸入僅為：

一段舞蹈高手的跳舞短視頻

幾分鐘目標(biāo)人物跳舞的視頻（通常很糟，因?yàn)榇蠖鄶?shù)人都不擅長跳舞）

我還看到了Nvidia的首席執(zhí)行官黃延森（Jensen Huang）展示了一段自己像邁克爾杰克遜一樣跳舞的視頻（用這種技術(shù)）。很高興我之前參加了GPU技術(shù)大會(huì)，哈哈。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)

世界模型-人工智能在自己的夢里學(xué)習(xí)

Google Brain網(wǎng)站（2018年）

https://worldmodels.github.io/

人類并不真正了解或思考我們生活的世界里的所有細(xì)節(jié)。我們的行為基于我們頭腦中世界的抽象。例如，如果我騎在自行車上，我不會(huì)想到自行車的齒輪/螺母/螺栓；我只是大致了解車輪、座椅和把手的位置以及如何與它們交互。為什么不對人工智能使用類似的方法呢？

這種“世界模型”方法（同樣，由David Ha等人創(chuàng)建）允許“agent”（例如，在賽車游戲中控制汽車的人工智能）創(chuàng)建一個(gè)世界/周圍環(huán)境的生成模型，這是對實(shí)際環(huán)境的簡化/抽象。所以，你可以把這個(gè)世界模型看作是一個(gè)存在人工智能頭腦中的夢。然后人工智能可以通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)在這個(gè)“夢”中得到更好的表現(xiàn)。因此，這種方法實(shí)際上是將生成性機(jī)器學(xué)習(xí)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)相結(jié)合。通過這種方式，研究人員能夠在特定的電子游戲任務(wù)上實(shí)現(xiàn)目前最先進(jìn)的水平。

[2019/2/15更新]在上述“世界模型”方法的基礎(chǔ)上，谷歌剛剛發(fā)布了PlaNet:Deep Planning Network for Reinformation Learning，與以前的方法相比，數(shù)據(jù)效率提高了5000%。

PlaNet:Deep Planning Network for Reinformation Learning

https://ai.googleblog.com/2019/02/introducing-planet-deep-planning.html

AlphaStar——擊敗頂級(jí)職業(yè)玩家的星際爭霸II AI

DeepMind（Google）的博客文章，e-sports-ish視頻，2019年

博客文章

https://deepmind.com/blog/alphastar-mastering-real-time-strategy-game-starcraft-ii/

e-sports-ish視頻

https://www.youtube.com/watch?v=cUTMhmVh1qs

我們在李世石和DeepMind AlphaGo之間的歷史性圍棋比賽之后已經(jīng)走了很長的路，這場比賽震撼了全世界，它僅僅發(fā)生在3年前的2016年（看看NetFlix紀(jì)錄片，讓一些人哭泣）。更令人驚訝的是，盡管沒有使用任何來自人類比賽的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，2017年的AlphaZero在圍棋方面比AlphaGo更好（也比國際象棋、日本象棋等領(lǐng)域的其他算法更好）。但2019年的AlphaStar更驚人。

李世石和DeepMind AlphaGo之間的歷史性圍棋比賽

https://en.wikipedia.org/wiki/AlphaGo_versus_Lee_Sedol

NetFlix紀(jì)錄片

https://www.netflix.com/sg/title/80190844

自1998年以來，作為一名星際迷，我很了解星際的精髓“……需要平衡短期和長期目標(biāo)，適應(yīng)意外情況……這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?！边@是一個(gè)真正困難和復(fù)雜的游戲，需要多層次的理解才能玩得好。自2009年以來，對星際游戲算法的研究一直在進(jìn)行。

AlphaStar基本上使用了監(jiān)督學(xué)習(xí)（來自人類比賽）和強(qiáng)化學(xué)習(xí)（與自身對抗）的組合來實(shí)現(xiàn)其結(jié)果。

人類訓(xùn)練機(jī)器人

通過一次人工演示將任務(wù)傳授給機(jī)器

Nvidia研究人員的文章/視頻（2018年）

文章

https://news.developer.nvidia.com/new-ai-technique-helps-robots-work-alongside-humans/

視頻

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=B7ZT5oSnRys

我可以想到三種典型的方法來教機(jī)器人做一些事情，但都需要大量的時(shí)間/勞力：

針對每種情況手動(dòng)編程機(jī)器人的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)等

讓機(jī)器人多次嘗試這個(gè)任務(wù)（強(qiáng)化學(xué)習(xí)）

多次向機(jī)器人演示任務(wù)

通常對深度學(xué)習(xí)的一個(gè)主要批評(píng)是，產(chǎn)生數(shù)以百萬計(jì)的示例（數(shù)據(jù)）是非常昂貴的。但是，有越來越多的方法不依賴如此昂貴的數(shù)據(jù)。

研究人員根據(jù)一個(gè)單一的人類演示視頻（一個(gè)實(shí)際的人類用手移動(dòng)方塊），找到了一種機(jī)器人手臂成功執(zhí)行任務(wù)的方法（例如“拿起方塊并將其堆疊起來，使它們按順序排列：紅色、藍(lán)色、橙色”），即使視頻是從不同角度拍攝的。該算法實(shí)際上生成了一個(gè)它計(jì)劃執(zhí)行的任務(wù)的可讀描述，這對于故障排除非常有用。該算法依賴于具有姿態(tài)估計(jì)，合成訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成和模擬到現(xiàn)實(shí)傳遞的對象檢測。

無監(jiān)督機(jī)器翻譯

Facebook人工智能研究博客（2018年）

https://code.fb.com/ai-research/unsupervised-machine-translation-a-novel-approach-to-provide-fast-accurate-translations-for-more-languages/

通常，你需要一個(gè)龐大的翻譯文檔訓(xùn)練數(shù)據(jù)集（例如聯(lián)合國議項(xiàng)的專業(yè)翻譯），以便很好地進(jìn)行機(jī)器翻譯（即監(jiān)督學(xué)習(xí)）。然后，許多主題和語言之間沒有高質(zhì)量、豐富的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。在這篇論文中，研究人員發(fā)現(xiàn)，可以使用無監(jiān)督學(xué)習(xí)（即不使用翻譯數(shù)據(jù)，只使用每種語言中不相關(guān)的語料庫），達(dá)到最先進(jìn)的監(jiān)督學(xué)習(xí)方法的翻譯質(zhì)量。Wow。

基本思想是，在任何語言中，某些單詞/概念往往會(huì)出現(xiàn)在很近的位置（例如“毛茸茸的”和“貓咪”）。他們把這描述為“不同語言中的詞嵌入具有相似的鄰域結(jié)構(gòu)?！焙冒?，我明白這個(gè)想法，但是使用這種方法，他們可以在沒有翻譯數(shù)據(jù)集的情況下達(dá)到如此高的翻譯質(zhì)量，仍然讓人吃驚。

結(jié)語

如果你之前沒有對機(jī)器學(xué)習(xí)/人工智能的發(fā)展感興趣的話，我希望這篇文章能幫到你。也許一年后我會(huì)再寫一篇類似的文章。