黑暗之心：人工智能內心藏著(zhù)哪些黑暗？

　　4月13日消息，據TechnologyReview報道，當機器人決定走特定路線(xiàn)前往倉庫，或無(wú)人駕駛汽車(chē)決定左轉或右轉時(shí)，它們的人工智能(AI)算法是靠什么做出決定的?現在，AI還無(wú)法向人們解釋自己做出某項決定的理由，這或許是個(gè)需要搞清楚的大問(wèn)題。

　　2016年，美國新澤西州蒙茅斯縣(Monmouth County)安靜的公路上出現一輛奇怪的無(wú)人駕駛汽車(chē)。這是芯片制造商英偉達的研究人員開(kāi)發(fā)出的試驗車(chē)，盡管它看起來(lái)與谷歌、特斯拉以及通用汽車(chē)公司研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車(chē)沒(méi)什么不同，但它展現出AI的更多力量。

　　幫助汽車(chē)實(shí)現自動(dòng)駕駛堪稱(chēng)是令人印象深刻的壯舉，但同時(shí)也讓人感覺(jué)有點(diǎn)兒不安，因為現在我們還不是非常清楚汽車(chē)如何作出決策。汽車(chē)傳感器收集的信息被直接傳給龐大的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，后者可對數據進(jìn)行處理，然后發(fā)出相應指令，指揮汽車(chē)方向盤(pán)、制動(dòng)以及其他系統運行。

　　表面看起來(lái)，它似乎與能與人類(lèi)駕駛員的反應相匹配。但是當其發(fā)生意外事件，比如撞上樹(shù)或闖紅燈時(shí)，我們可能很難從中找出原因。這些AI算法非常復雜，甚至就連設計它們的工程師都無(wú)能為力?，F在我們還沒(méi)有辦法設計出這樣的系統：它總是能夠向人們解釋為何要做出上述決定。

　　這些無(wú)人駕駛汽車(chē)的“神秘意識”正指向一個(gè)與AI有關(guān)的、迫在眉睫的問(wèn)題。這些汽車(chē)算法以AI技術(shù)(又被稱(chēng)為深度學(xué)習)為基礎，近年來(lái)其已被證明是解決諸多問(wèn)題的強大工具。這種技術(shù)被廣泛用于圖像字幕、語(yǔ)音識別以及語(yǔ)言翻譯等領(lǐng)域?，F在，同樣的技術(shù)也被期望能夠幫助診斷致命疾病、做出價(jià)值數百萬(wàn)美元的交易決策以及無(wú)數足以改變整個(gè)行業(yè)的其他事情。

　　但是直到我們找到新的方式，能讓深度學(xué)習等技術(shù)變得更容易被其創(chuàng )造者所理解、更容易向用戶(hù)就自己的行為作出解釋后，上述場(chǎng)景才會(huì )出現或應該出現。否則很難預測它們何時(shí)會(huì )出現故障，而且出現故障將是不可避免的。這也是英偉達無(wú)人駕駛汽車(chē)依然處于測試狀態(tài)的原因之一。

　　目前，數學(xué)模型正被用于幫助確定誰(shuí)該獲得假釋、誰(shuí)應獲得貸款以及誰(shuí)該求職被錄用。如果你能接觸到這些數字模型，很可能了解它們的推理過(guò)程。但是銀行、軍隊、雇主以及其他人現在正將注意力轉向更復雜的機器學(xué)習上，它可以幫助自動(dòng)決策變得更令人匪夷所思，而深度學(xué)習可能從根本上改變了計算機的編程方式。麻省理工學(xué)院機器學(xué)習教授湯米·雅科拉(Tommi Jaakkola)表示：“這個(gè)問(wèn)題不僅與當前有關(guān)，更攸關(guān)未來(lái)的許多問(wèn)題。無(wú)論是投資決策、醫療決策亦或是軍事決策，我們都不能簡(jiǎn)單地依賴(lài)這種‘黑箱’?！?/p>

　　已經(jīng)有人提議，將詢(xún)問(wèn)AI系統如何得出結論或做出決定作為一項基本法律權利。從2018年夏季開(kāi)始，歐盟可能要求公司向用戶(hù)提供其自動(dòng)化系統作出決策的理由。這似乎是不可能的，即使對于表面來(lái)看相對簡(jiǎn)單的系統來(lái)說(shuō)，比如使用深度學(xué)習服務(wù)廣告或推薦歌曲的應用和網(wǎng)站。運行這些服務(wù)的計算機已經(jīng)在進(jìn)行自我編程，它們正以我們無(wú)法理解的方式工作，即使開(kāi)發(fā)這些應用的工程師也無(wú)法明確解釋它們的行為。

　　這就引出許多令人難以置信的問(wèn)題。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，我們可能很快就會(huì )越過(guò)一些門(mén)檻，幫助AI實(shí)現飛躍。雖然我們人類(lèi)也并非總是能夠解釋清楚自己的思維過(guò)程，但我們能找到通過(guò)直覺(jué)信任和判斷某人的方法。機器也有類(lèi)似人類(lèi)的思維嗎?此前，我們從未開(kāi)發(fā)出創(chuàng )造者也無(wú)法理解其運行方式的機器，我們如何與這些不可預測、無(wú)法理解的智能機器交流或和睦相處?這些問(wèn)題促使我踏上了解密AI算法的征途，從蘋(píng)果到谷歌再到其他許多地方，甚至包括會(huì )見(jiàn)了我們這個(gè)時(shí)代最偉大的一位哲學(xué)家。

　　圖：藝術(shù)家亞當·費里斯(Adam Ferriss)利用谷歌Deep Dream程序創(chuàng )造了這張圖，Deep Dream可以通過(guò)刺激深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的模式識別能力調整圖像。這張圖是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中間層創(chuàng )作的。

　　2015年，紐約西奈山醫院的研究團隊獲得靈感，將深度學(xué)習應用到醫院中龐大的病例數據庫中。這個(gè)數據集中有攸關(guān)病人的數百個(gè)變量，包括測試結果以及醫生診斷等。由此產(chǎn)生的程序被研究人員命名為Deep Patient，它被利用70多萬(wàn)名病人的數據訓練。但測試新的病例時(shí)，它展現出令人不可思議的能力——非常擅長(cháng)預測疾病。無(wú)需專(zhuān)家指導，Deep Patient可以在醫院數據中找出隱藏模式，并通過(guò)病人的各種癥狀確認疾病，包括肝癌。西奈山醫院團隊的項目領(lǐng)導者約珥·杜德利(Joel Dudley)說(shuō)：“利用病例數據，許多方法都能預測出疾病，但我們的方法更好用?！?/p>

　　與此同時(shí)，Deep Patient也讓人覺(jué)得有點(diǎn)兒困惑，它對于診斷精神疾病(比如精神分裂癥)非常準確。但是眾所周知，即使是醫生也很難診斷精神分裂癥，為此杜德利想知道為何Deep Patient具備這樣的能力，但他未能找到答案，這種新工具未提供任何線(xiàn)索。如果像Deep Patient這樣的工具真能幫助醫生，在理想情況下，它應該可以提供預測推理，以確保其結論的準確性。但杜德利說(shuō)：“雖然我們可以建立模型，可是我們真的不知道它們是如何做出決定的?！?/p>

　　AI并非總是如此。從一開(kāi)始，就有兩個(gè)學(xué)派就如何理解或解釋AI產(chǎn)生分歧。許多人認為，根據規則和邏輯開(kāi)發(fā)的機器最有意義，因為它們的內部運作是透明的，任何人都可以檢查它們的代碼。其他人則認為，如果機器能夠從生物學(xué)中獲得靈感，并通過(guò)觀(guān)察和體驗學(xué)習，更有可能出現智能。這意味著(zhù)，計算機具備了編程能力。它們不再需要程序要輸入指令以解決問(wèn)題，程序本身就可以基于示例數據和期望輸出產(chǎn)生算法。根據后一種模式，這種機器學(xué)習技術(shù)后來(lái)進(jìn)化為今天最強大的AI系統，機器本身就是程序。

　　最初，這種方法在實(shí)際使用中十分有限，20世紀60年代到70年代，它在很大程度上依然被限于“場(chǎng)地邊緣”。隨后，許多行業(yè)的計算機化和大數據集出現重新引發(fā)人們的興趣。這鼓勵更強大的機器學(xué)習技術(shù)誕生，特別是最新被稱(chēng)為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)。到20世紀90年代，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)可以自動(dòng)數字化手寫(xiě)內容。

　　但是直到2010年初，經(jīng)過(guò)幾次巧妙的調整和改進(jìn)，更加龐大或更有深度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )才在自動(dòng)知覺(jué)方面有了巨大進(jìn)步。深度學(xué)習是促使當今AI呈現爆發(fā)式增長(cháng)的主要驅動(dòng)力，它賦予計算機非凡的能力，比如像人那樣識別口語(yǔ)的能力，代替手動(dòng)向機器輸入復雜代碼的能力等。深度學(xué)習已經(jīng)改變了計算機視覺(jué)，并大幅改進(jìn)機器翻譯?，F在，它正被用于指導醫療、金融以及制造業(yè)等領(lǐng)域的各種關(guān)鍵決策。

　　與手動(dòng)編碼系統相比，任何機器學(xué)習技術(shù)的運作本質(zhì)上都是不透明的，即使對于計算機科學(xué)家來(lái)說(shuō)也是如此。這并非是說(shuō)將來(lái)所有AI技術(shù)同樣不可預知，但就其本質(zhì)而言，深度學(xué)習是特別黑的“黑箱”。你無(wú)法透視深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )內部看其如何運行。網(wǎng)絡(luò )推理實(shí)際上是數以千計的模擬神經(jīng)元的共同行為，它們排列成數十甚至數百個(gè)錯綜復雜的互聯(lián)層中。第一層的每個(gè)神經(jīng)元都會(huì )接收輸入，就像圖片上的像素強度，然后進(jìn)行運算，并輸出新的信號。這些輸出會(huì )進(jìn)入更復雜的網(wǎng)絡(luò )，即下一層的神經(jīng)元中。這樣一層層傳遞，直到最后產(chǎn)生整體輸出結果。此外，還有被稱(chēng)為“反向傳播”的過(guò)程，通過(guò)調整單個(gè)神經(jīng)元的計算，讓網(wǎng)絡(luò )了解到需要產(chǎn)生的“期望輸出”。

　　圖：藝術(shù)家亞當·費里斯(Adam Ferriss)利用谷歌Deep Dream程序創(chuàng )造的圖像

　　深度網(wǎng)絡(luò )的多層結構讓它能在不同的抽象層上識別事物，以被設計用于識別狗狗的系統為例，較低的層次可識別顏色或輪廓等簡(jiǎn)單的東西，更高的層次則可識別更復雜的東西，比如皮毛或眼睛等，最頂層則會(huì )確定其對象是狗。同樣的方法也可被應用到其他輸入方面，這些輸入可讓機器自學(xué)，包括演講中所用詞匯的發(fā)音、文本中形成句子的字母和單詞或駕駛所需的方向盤(pán)動(dòng)作等。

　　為了捕捉和更詳細地解釋這些系統中到底發(fā)生了什么，研究人員使用了許多巧妙策略。2015年，谷歌研究人員修改了基于深度學(xué)習開(kāi)發(fā)的圖片識別算法，它不需要在圖片中發(fā)現目標，而是生成目標或修改它們。通過(guò)有效地反向運行該算法，他們發(fā)現這種算法可被用于識別鳥(niǎo)或建筑物。

　　被稱(chēng)為Deep Dream的程序產(chǎn)生的圖像，顯示出看起來(lái)非常怪誕的動(dòng)物從云層或植物中現身，如幻境中的寶塔出現在森林或山脈上。這些圖片證明，深度學(xué)習并非完全不可理解，算法也需要熟悉的視覺(jué)特征，比如鳥(niǎo)喙或羽毛等。但這些圖片也顯示，深度學(xué)習與人類(lèi)感知截然不同，會(huì )讓我們忽略的東西變得不可思議。谷歌研究人員注意到，當算法生成啞鈴圖像時(shí)，也會(huì )生成舉著(zhù)它的人類(lèi)雙臂。機器得出的結論是，手臂是啞鈴的一部分。

　　利用來(lái)自神經(jīng)科學(xué)和認知科學(xué)領(lǐng)域的想法，這種技術(shù)取得更大進(jìn)步。由美國懷俄明大學(xué)副教授杰夫·克盧恩(Jeff Clune)領(lǐng)導的團隊已經(jīng)采用光學(xué)錯覺(jué)AI測試深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。2015年，克盧恩的團隊展示了特定圖像如何欺騙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，讓它們誤以為目標不存在，因為圖像利用了系統搜索的低層次模式?？吮R恩的同事杰森(Jason Yosinski)還開(kāi)發(fā)出類(lèi)似探針的工具，它以網(wǎng)絡(luò )中部的神經(jīng)元為目標，尋找最容易被激活的圖像。盡管圖像以抽象的方式顯現，但卻凸顯了機器感知能力的神秘本質(zhì)。

　　可是，我們不僅僅沒(méi)法窺探AI的思維，也沒(méi)有簡(jiǎn)單的解決方案。深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )內部計算的相互作用對高層次模式識別和復雜的決策至關(guān)重要，但是這些計算堪稱(chēng)是數學(xué)函數和變量的泥潭。雅克拉說(shuō)：“如果你有很小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，你可能會(huì )理解它。但是當其變得非常龐大時(shí)，每層都會(huì )有數千個(gè)單元，而且有數百層，那么它會(huì )變得相當難以理解?！?/p>

　　雅克拉的同事雷吉納·巴爾齊萊(Regina Barzilay)專(zhuān)注于將機器學(xué)習應用到醫學(xué)領(lǐng)域。2年前43歲時(shí)，巴爾齊萊被診斷患上乳腺癌。這個(gè)診斷本身就令人感到震驚，但巴爾齊萊也很沮喪，因為前沿統計和機器學(xué)習方法還未被用于幫助腫瘤學(xué)研究或指導治療。她說(shuō)，AI很可能徹底改變醫療行業(yè)，而意識到這種潛力意味著(zhù)其不僅僅可被用于病例中。她希望使用更多未被充分利用的原始數據，比如影像數據、病理資料等。

　　去年結束癌癥治療后，巴爾齊萊和學(xué)生們開(kāi)始與馬薩諸塞州綜合醫院的醫生們合作，開(kāi)發(fā)能夠通過(guò)分析病理報告確定病人的系統，這些患者是研究人員可能想要研究的特殊臨床病例。然而，巴爾齊萊知道，這套系統需要能夠解釋其推理。為此，巴爾齊萊與雅克拉等人增加新的研究，該系統可以提取和突出文本中的片段，這些片段也處于已經(jīng)被發(fā)現的模式中。巴爾齊萊等人還開(kāi)發(fā)出深度學(xué)習算法，它可在乳房X線(xiàn)照片中發(fā)現乳腺癌的早期癥狀。他們的目標是給于這種系統解釋推理的同樣能力。巴爾齊萊說(shuō)：“你真的需要一個(gè)回路，機器和人類(lèi)可通過(guò)其加強協(xié)作?！?/p>

　　美國軍方正向多個(gè)項目投資數十億美元，這些項目可利用機器學(xué)習引導戰車(chē)和飛機、識別目標、幫助分析師篩選大量情報數據。與其他領(lǐng)域的研究不同的是，美國國防部已經(jīng)確定，可解釋性是解開(kāi)AI算法神秘面紗的關(guān)鍵“絆腳石”。國防部下屬研發(fā)機構DARPA項目主管大衛·甘寧(David Gunning)負責監督名為Explainable Artificial Intelligence的項目，他此前曾幫助監督最后促使Siri誕生的DARPA項目。

　　甘寧表示，自動(dòng)化正滲透到無(wú)數軍事領(lǐng)域。情報分析師正測試機器學(xué)習，將其作為在海量情報數據中確認模式的新方法。許多無(wú)人駕駛地面戰車(chē)和飛機正被開(kāi)發(fā)和測試，但坐在無(wú)法自我解釋的機器人坦克中，士兵們可能不會(huì )感覺(jué)不舒服，分析師也不愿意根據沒(méi)有推理支持的信息采取行動(dòng)。甘寧說(shuō)：“這些機器學(xué)習系統本質(zhì)上經(jīng)常產(chǎn)生大量假警報，為此網(wǎng)絡(luò )分析師需要額外幫助，以便理解為何它們給出如此建議?！?/p>

　　今年3月份，DARPA從學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域挑選了13個(gè)項目，以便獲得甘寧團隊的資助，其中包括華盛頓大學(xué)教授卡洛斯·蓋斯特林(Carlos Guestrin)領(lǐng)導的項目。蓋斯特林與同事們已經(jīng)找到一種新方法，讓機器學(xué)習系統為自己的輸出提供推理解釋。實(shí)質(zhì)上，按照他們的方法，計算機可自動(dòng)從數據集中查找例證，并以它們?yōu)樽糇C。舉例來(lái)說(shuō)，可以分類(lèi)恐怖分子電子郵件信息的系統，可能需要使用數以千萬(wàn)計的信息進(jìn)行訓練和決策。但利用華盛頓大學(xué)團隊的方法，它可以凸顯信息中出現的特定關(guān)鍵詞。蓋斯特林的團隊還設計了圖像識別系統，通過(guò)凸顯圖像中最重要的部分提供推理支持。

　　這種方法和其他類(lèi)似技術(shù)的1個(gè)缺點(diǎn)在于，它們提供的解釋總是被簡(jiǎn)化，意味著(zhù)許多重要信息可能遺失。蓋斯特林說(shuō)：“我們還沒(méi)有實(shí)現整個(gè)夢(mèng)想，將來(lái)AI可以與你對話(huà)，并作出解釋。距離打造真正可解釋的AI，我們還有很長(cháng)的路要走?！?/p>

　　了解AI的推理不僅在癌癥診斷或軍事演習等高風(fēng)險領(lǐng)域至關(guān)重要，當這種技術(shù)被普及成為日常生活中的重要組成時(shí)，AI能夠給出解釋同樣重要。蘋(píng)果Siri團隊負責人湯姆·格魯伯(Tom Gruber)說(shuō)，對于他的團隊來(lái)說(shuō)，可解釋性是個(gè)關(guān)鍵因素，因為他們正嘗試讓Siri變成更聰明、更有能力的虛擬助理。格魯伯沒(méi)有討論Siri未來(lái)的具體計劃，但很容易想到，如果你收到Siri推薦的餐廳建議，你可能想知道它推薦的理由。蘋(píng)果AI研究總監、卡內基-梅隆大學(xué)副教授魯斯蘭·薩拉克霍特迪諾夫(Ruslan Salakhutdinov)將可解釋性作為人類(lèi)與智能機器之間不斷進(jìn)化的關(guān)系的核心。

　　正如人類(lèi)的許多行為都是無(wú)法解釋那樣，或許AI也無(wú)法解釋它所做的一切?？吮R恩說(shuō)：“即使有人能給你看似合理的解釋?zhuān)赡芤膊粔虺浞?，對AI來(lái)說(shuō)同樣如此。這可能是智能的本質(zhì)部分，只有部分行為能用推理解釋。有些行為只是出于本能，或潛意識，或根本沒(méi)有任何理由?！比绻媸沁@樣的話(huà)，那么在某個(gè)階段，我們可能必須絕對相信AI的判斷，或根本不使用它。同樣的，這種判斷必須要納入社會(huì )智能。正如社會(huì )是建立在預期行為的契約之上那樣，我們需要設計出遵守和適應我們社會(huì )規則的AI系統。如果我們想要制造出機器人坦克和其他殺人機器，它們的決策也需要符合我們的道德判斷標準。

　　為了探索這些抽象概念，我拜訪(fǎng)了塔夫茨大學(xué)著(zhù)名哲學(xué)家、認知科學(xué)家丹尼爾·丹尼特(Daniel Dennett)。丹尼特在其最新著(zhù)作《From Bacteria to Bach and Back》中稱(chēng)，智能本身進(jìn)化的本質(zhì)部分在于創(chuàng )造能夠執行任務(wù)的系統，而這些任務(wù)是系統的創(chuàng )造者都不知道如何執行的。丹尼特說(shuō)：“問(wèn)題在于，我們必須做出什么樣的努力才能做到這一點(diǎn)，我們給他們定下的標準是什么，我們自己的標準呢?”

　　丹尼爾還對可解釋性AI的探求發(fā)出警告，他說(shuō)：“我認為，如果我們要使用這些東西，并依賴(lài)它們，那么我們就需要盡可能牢牢把握住它們如何以及為何給我們這樣的答案?！钡怯捎谶€沒(méi)有完美答案，我們應該對AI的可解釋性保持謹慎，無(wú)論機器變得多么聰明。丹尼特說(shuō)：“如果它們無(wú)法比我們更好地給出解釋?zhuān)敲次覀兙筒辉撓嘈潘鼈??！?/p>