深度學(xué)習(xí)是人工智能發(fā)展最快的一個分支，在很多領(lǐng)域都取得了驚人的成績。

　　那么，最近30年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有哪些主線？2019年人工智能界有哪些大事發(fā)生？哪些AI人才和新模型的出現(xiàn)正主導(dǎo)行業(yè)發(fā)展？

　　11月30日下午，2019中國人工智能產(chǎn)業(yè)年會重磅發(fā)布《2019人工智能發(fā)展報告》（Report of Artificial Intelligence Development 2019），梳理了人工智能這一年的最新進展和態(tài)勢。

　　https://static.aminer.cn/misc/pdf/pdf/caai2019.pdf

　　清華大學(xué)計算機系副主任、唐杰教授主持了報告發(fā)布儀式，九三中央科技委副主任、中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長郭源生教授，日本工程院院士、中國人工智能學(xué)會名譽副理事長、日本德島大學(xué)任副繼教授及與會嘉賓共同為報告揭幕。

　　唐杰教授代表報告編寫相關(guān)單位就《2019人工智能發(fā)展報告》主要內(nèi)容進行了介紹。

　　唐杰教授發(fā)言

　　報告依托于AMiner平臺數(shù)據(jù)資源及技術(shù)挖掘成果生成相關(guān)數(shù)據(jù)報告及圖表，邀請清華大學(xué)、同濟大學(xué)等高校專家解讀核心技術(shù)及提出觀點建議，在一定程度上保證了報告的科學(xué)性和權(quán)威性。

　　報告涉及AI 13個子領(lǐng)域

　　唐杰教授介紹，“該報告對人工智能每一個子領(lǐng)域進行了詳細的分析，包括基本概念、發(fā)展歷史、人才概況、代表性論文解讀和前沿技術(shù)進展。相比于2018年的人工智能發(fā)展報告，具有兩方面亮點，一方面體現(xiàn)在”AI技術(shù)的近期發(fā)展“，另一方面體現(xiàn)在”人才脈絡(luò)一網(wǎng)打盡“。

　　針對亮點一“AI技術(shù)的近期發(fā)展”，唐杰教授以 “深度學(xué)習(xí)”為例做了詳細闡述。深度學(xué)習(xí)是近10年機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域發(fā)展最快的一個分支，由于其重要性，Geoffrey Hinton、Yann Lecun、Yoshua Bengio三位教授因此同獲2018年圖靈獎。

　　深度學(xué)習(xí)模型的發(fā)展可以追溯到1958年的感知機（Perceptron）。1943年神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就已經(jīng)出現(xiàn)雛形（源自NeuroScience），1958年研究認知的心理學(xué)家Frank發(fā)明了感知機，當時掀起一股熱潮。后來Marvin Minsky（人工智能大師）和Seymour Papert發(fā)現(xiàn)感知機的缺陷：不能處理異或回路等非線性問題，以及當時存在計算能力不足以處理大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的問題，于是整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究進入停滯期。

　　最近30年來深度學(xué)習(xí)取得了快速發(fā)展�！�2019人工智能發(fā)展報告》羅列了深度學(xué)習(xí)的四個主要脈絡(luò)，最上層是卷積網(wǎng)絡(luò)，中間層是無監(jiān)督學(xué)習(xí)脈絡(luò)，再下面一層是序列深度模型發(fā)展脈絡(luò)，最底層是增強學(xué)習(xí)發(fā)展脈絡(luò)。這四條脈絡(luò)全面展示了“深度學(xué)習(xí)技術(shù)”的發(fā)展近況。（以下內(nèi)容摘自報告第二章節(jié)）

　　第一個發(fā)展脈絡(luò)（上圖淺紫色區(qū)域）以計算機視覺和卷積網(wǎng)絡(luò)為主。這個脈絡(luò)的進展可以追溯到1979年，F(xiàn)ukushima 提出的Neocognitron。該研究給出了卷積和池化的思想。1986年Hinton提出的反向傳播訓(xùn)練MLP（之前也有幾個類似的研究），該研究解決了感知機不能處理非線性學(xué)習(xí)的問題。1998年，以Yann LeCun為首的研究人員實現(xiàn)了一個七層的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)LeNet-5以識別手寫數(shù)字�，F(xiàn)在普遍把Yann LeCun的這個研究作為卷積網(wǎng)絡(luò)的源頭，但其實在當時由于SVM的迅速崛起，這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法還沒有引起廣泛關(guān)注。

　　真正使得卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)登上大雅之堂的事件是2012年Hinton組的AlexNet（一個設(shè)計精巧的CNN）在ImageNet上以巨大優(yōu)勢奪冠，這引發(fā)了深度學(xué)習(xí)的熱潮。AlexNet在傳統(tǒng)CNN的基礎(chǔ)上加上了ReLU、Dropout等技巧，并且網(wǎng)絡(luò)規(guī)模更大。這些技巧后來被證明非常有用，成為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的標配，被廣泛發(fā)展，于是后來出現(xiàn)了VGG、GoogLenet等新模型。2016年，青年計算機視覺科學(xué)家何愷明在層次之間加入跳躍連接，提出殘差網(wǎng)絡(luò)ResNet。ResNet極大增加了網(wǎng)絡(luò)深度，效果有很大提升。一個將這個思路繼續(xù)發(fā)展下去的是近年的CVPR Best Paper中黃高提出的DenseNet。在計算機視覺領(lǐng)域的特定任務(wù)出現(xiàn)了各種各樣的模型（Mask-RCNN等）。2017年，Hinton認為反向傳播和傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還存在一定缺陷，因此提出Capsule Net，該模型增強了可解釋性，但目前在CIFAR等數(shù)據(jù)集上效果一般，這個思路還需要繼續(xù)驗證和發(fā)展。

　　第二個發(fā)展脈絡(luò)（上圖淺綠色區(qū)域）以生成模型為主。傳統(tǒng)的生成模型是要預(yù)測聯(lián)合概率分布P（x， y）。機器學(xué)習(xí)方法中生成模型一直占據(jù)著一個非常重要的地位，但基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生成模型一直沒有引起廣泛關(guān)注。Hinton在2006年的時候基于受限玻爾茲曼機（RBM，一個19世紀80年代左右提出的基于無向圖模型的能量物理模型）設(shè)計了一個機器學(xué)習(xí)的生成模型，并且將其堆疊成為Deep Belief Network，使用逐層貪婪或者wake-sleep的方法訓(xùn)練，當時模型的效果其實并沒有那么好。但值得關(guān)注的是，正是基于RBM模型Hinton等人開始設(shè)計深度框架，因此這也可以看做深度學(xué)習(xí)的一個開端。

　　Auto-Encoder也是上個世紀80年代Hinton就提出的模型，后來隨著計算能力的進步也重新登上舞臺。Bengio等人又提出了Denoise Auto-Encoder，主要針對數(shù)據(jù)中可能存在的噪音問題。Max Welling（這也是變分和概率圖模型的高手）等人后來使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練一個有一層隱變量的圖模型，由于使用了變分推斷，并且最后長得跟Auto-Encoder有點像，被稱為Variational Auto-Encoder。此模型中可以通過隱變量的分布采樣，經(jīng)過后面的Decoder網(wǎng)絡(luò)直接生成樣本。生成對抗模型GAN（Generative Adversarial Network）是2014年提出的非�；鸬哪Ｐ�，它是一個通過判別器和生成器進行對抗訓(xùn)練的生成模型，這個思路很有特色，模型直接使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)G隱式建模樣本整體的概率分布，每次運行相當于從分布中采樣。后來引起大量跟隨的研究，包括：DCGAN是一個相當好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，WGAN是通過維爾斯特拉斯距離替換原來的JS散度來度量分布之間的相似性的工作，使得訓(xùn)練穩(wěn)定。PGGAN逐層增大網(wǎng)絡(luò)，生成逼真的人臉。

　　第三個發(fā)展脈絡(luò)（上圖橙黃色區(qū)域）是序列模型。序列模型不是因為深度學(xué)習(xí)才有的，而是很早以前就有相關(guān)研究，例如有向圖模型中的隱馬爾科夫HMM以及無向圖模型中的條件隨機場模型CRF都是非常成功的序列模型。即使在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，1982年就提出了Hopfield Network，即在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中加入了遞歸網(wǎng)絡(luò)的思想。1997年Jürgen Schmidhuber發(fā)明了長短期記憶模型LSTM（Long-Short Term Memory），這是一個里程碑式的工作。當然，真正讓序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得到廣泛關(guān)注的還是2013年Hinton組使用RNN做語音識別的工作，比傳統(tǒng)方法高出一大截。在文本分析方面，另一個圖靈獎獲得者Yoshua Bengio在SVM很火的時期提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的語言模型（當然當時機器學(xué)習(xí)還是SVM和CRF的天下），后來Google提出的word2vec（2013）也有一些反向傳播的思想，最重要的是給出了一個非常高效的實現(xiàn)，從而引發(fā)這方面研究的熱潮。

　　后來，在機器翻譯等任務(wù)上逐漸出現(xiàn)了以RNN為基礎(chǔ)的seq2seq模型，通過一個Encoder把一句話的語義信息壓成向量再通過Decoder轉(zhuǎn)換輸出得到這句話的翻譯結(jié)果，后來該方法被擴展到和注意力機制（Attention）相結(jié)合，也大大擴展了模型的表示能力和實際效果。再后來，大家發(fā)現(xiàn)使用以字符為單位的CNN模型在很多語言任務(wù)也有不俗的表現(xiàn)，而且時空消耗更少。Self-attention實際上就是采取一種結(jié)構(gòu)去同時考慮同一序列局部和全局的信息，Google有一篇很有名的文章“attention is all you need”把基于Attention的序列神經(jīng)模型推向高潮。當然2019年ACL上同樣有另一篇文章給這一研究也稍微降了降溫。

　　第四個發(fā)展脈絡(luò)（上圖粉色區(qū)域）是增強學(xué)習(xí)。這個領(lǐng)域最出名的當屬Deep Mind，圖中標出的David Silver博士是一直研究RL的高管。Q-learning是很有名的傳統(tǒng)RL算法，Deep Q-learning將原來的Q值表用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替，做了一個打磚塊的任務(wù)。后來又應(yīng)用在許多游戲場景中，并將其成果發(fā)表在Nature上。Double Dueling對這個思路進行了一些擴展，主要是Q-Learning的權(quán)重更新時序上。DeepMind的其他工作如DDPG、A3C也非常有名，它們是基于Policy Gradient和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的變種。大家都熟知的AlphaGo，里面其實既用了RL的方法也有傳統(tǒng)的蒙特卡洛搜索技巧。Deep Mind后來提出了一個使用AlphaGo的框架，但通過主學(xué)習(xí)來玩不同（棋類）游戲的新算法Alpha Zero。

　　唐杰教授表示：“報告還展示了近一兩年深度學(xué)習(xí)的發(fā)展熱點，比如去年谷歌BERT一經(jīng)發(fā)布，就引起了整個產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的轟動，或?qū)⒂绊懮疃葘W(xué)習(xí)乃至整個機器學(xué)習(xí)的未來。

　　報告對Bert的相關(guān)研究進行了詳細梳理，無論是最新還是最經(jīng)典的研究都進行了整理，可以讓讀者從相關(guān)研究中窺見未來。”

　　亮點一還體現(xiàn)在詳細的知識圖譜中。唐杰教授指出，“每一個領(lǐng)域都有豐富的知識圖譜架構(gòu)，從知識圖譜可以一覽整個領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)。同時，通過這樣的知識圖譜還可以進一步開展包含主題分析、熱點話題分析等多層次的趨勢分析、趨勢洞察等”。

　　針對亮點二“人才脈絡(luò)一網(wǎng)打盡”，唐杰教授做了簡單分析。報告通過對人工智能頂級期刊/會議近10年論文及相關(guān)學(xué)者數(shù)據(jù)的深度挖掘分析，研究了各領(lǐng)域?qū)W者在世界及我國的分布規(guī)律。同時，報告進一步統(tǒng)計分析了各領(lǐng)域?qū)W者性別比例、h-index分布以及中國在各領(lǐng)域的合作情況，通過統(tǒng)計中外合作論文中作者的單位信息，將作者映射到各個國家中，進而統(tǒng)計出中國與各國之間合作論文的情況。

　　唐杰教授介紹說，“我們還開發(fā)了人才精準畫像和超大規(guī)模知識圖譜，通過數(shù)據(jù)挖掘，首先找到作者，對每一個作者進行深度的人才畫像，不僅能看到每一個學(xué)者的聯(lián)系方式、職位、單位信息，還有職位變遷、興趣變化等等。另一方面，通過對學(xué)者的精準畫像，針對每一個領(lǐng)域的專家全球分布圖和國內(nèi)分布圖可以進行國內(nèi)外對比分析，甚至可以開展人才流失分析，比如分析一個國家人才引進和人才流出的情況是盈利還是虧損等。”

　　當前，我國進入科技高速發(fā)展期，人工智能作為科技領(lǐng)域冉冉升起的新星，受到國家的高度重視。在多層次戰(zhàn)略規(guī)劃的指導(dǎo)下，無論是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界，我國在人工智能國際同行中均有不錯的表現(xiàn)。我國人工智能的發(fā)展已駛?cè)肟燔嚨馈?/div>