这三个门均用于处理cell之中的数据内容,分别决定是否要将cell中的数据内容输入、遗忘和输出。

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而近日,日本电信巨头宣布已研发出一款名为“AI
Guardman”的新型人工智能安全摄像头,这款摄像头可以通过对人类动作意图的理解,在盗窃行为发生前就能准确预测,从而帮助商店识别偷窃行为,发现潜在的商店扒手。

在大多数情况下,BP神经网络模型会找到范围内的一个极小值点,但是跳出这个范围我们可能会发现一个更优的极小值点。在实际应用中针对这样的问题我们有很多简单但是非常有效的解决办法,比如可以尝试不同的随机初始化的方式。而实际上在深度学习领域当今比较常用的一些模型上,初始化的方式对于最终的结果是有非常大的影响的。另外一种使模型跳出局部最优解范围的方式是在训练的时候加入一些随机干扰(Random
noises),或者用一些遗传算法去避免训练模型停留在不理想的局部最优解位置。

点评:小白领被吓的瑟瑟发抖,请老板别炒我。

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三.前馈神经网络

CNN的这两个特性使得它在图像处理领域的应用非常广泛,现在甚至已经成为了图像处理系统的标配。像下面这个可视化的汽车的例子就很好地说明了CNN在图像分类领域上的应用。将原始的汽车图片输入到CNN模型之中后,从起初最原始的一些简单且粗糙的特征例如边和点等,经过一些convolution和RELU的激活层,我们可以直观的看到,越接近最上层的输出图像,其特征越接近一辆汽车的轮廓。该过程最终会得到一个隐层表示并将其接入一个全连接的分类层然后得出图片的类别,如图中的car,truck,airplane,ship,horse等。

技术突破:DuerOS是百度度秘事业部研发的对话式AI操作系统,拥有10大类目的250多项技能。DuerOS包括了从语音识别到语音播报再到屏幕显示的一个完整交互流程,以及背后支撑交互的自然语言理解、对话状态控制、自然语言生成、搜索等等核心技术,这些技术支撑着应用层和能力层的实现。

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那么这样做的好处是什么呢?首先,通过池化操作会是参数的数量级进一步缩小;其次就是具有一定的平移不变性,如图所示,假设图中的九个隐层节点中的其中一个发生平移,池化操作后形成的Pooling层节点仍旧不变。

5.深度学习入门

Unity是全球领先的游戏开发公司之一,去年其推出了机器学习平台ML-Agents,让AI开发人员和研究人员在Unity模拟和游戏环境中,使用演化策略、深度强化学习和其他训练方法来训练智能代理。这种模拟训练的方法在工业机器人、无人机、无人驾驶车辆和游戏角色设计中均有着广泛应用。

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到2012年,在图片分类领域,CNN模型在ImageNet上取得了一个较大的突破。测试图片分类的是一个很大的数据集,要将这些图片分成1000类。在使用深度学习之前,当时最好的结果是错误率为25.8%(2011年的一个结果),在2012年Hinton和它的学生将CNN应用于这个图片分类问题之后,这个指标下降了几乎10%,自2012年之后,我们从图表中可以观察到每一年这个指标都有很大程度的突破,而这些结果的得出均使用了CNN模型。

进入十九世纪八十年代之后,由于单层的感知器神经网络的表达能力非常有限,只能做一些线性分类器的任务,神经网络的发展进入了多层感知器时代。一个典型的多层神经网络就是前馈神经网络,如下图所示,它包括输入层、节点数目不定的隐层和输出层。任何一个逻辑运算都可以通过多层感知器模型表示,但这就涉及到三层之间交互的权重学习问题。将输入层节点xk乘以输入层到隐层之间的权重vkj,然后经过一个如sigmoid此类的激活函数就可以得到其对应的隐层节点数值hj,同理,经过类似的运算可以由hj得出输出节点值yi。需要学习的权重信息就是w和v两个矩阵,最终得到的信息是样本的输出y和真实输出d。具体过程如下图所示:

下面介绍两个非常典型且常用的深度学习神经网络:一个是卷积神经网络(CNN),另外一个是循环神经网络。

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图7情感智能技术将模拟人的情绪

下面介绍两个非常典型且常用的深度学习神经网络:一个是卷积神经网络,另外一个是循环神经网络。

神经网络早期的崛起主要归功于三个重要的标志性人物Hinton、Bengio和LeCun。Hinton的主要成就在于布尔计算机(Restricted
BoltzmannMachine)和深度自编码机(Deep
autoencoder);Bengio的主要贡献在于元模型在深度学习上的使用取得了一系列突破,这也是深度学习最早在实际应用中取得突破的领域,基于元模型的language
modeling在2003时已经可以打败当时最好的概率模型;LeCun的主要成就代表则是关于CNN的研究。深度学习崛起最主要的表现是在各大技术峰会比如NIPS,ICML,CVPR,ACL上占据了半壁江山,包括Google
Brain,Deep Mind和FaceBook
AI等在内的研究部门都把研究工作的中心放在了深度学习上面。

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资料来源:中国电子学会整理

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技术突破:机器人流程自动化(RPA)是通过使用高性能认知技术实现业务的自动化和工作的效率。人类只需在操作界面上编写需要人工完成的工作流程,即可处理各种业务,如浏览器,云,以及各种软件。

神经网络进入公众视野后的第一个突破是在语音识别领域,在使用深度学习理论之前,人们都是通过使用定义好的统计库来训练一些模型。在2010年,微软采用了深度学习的神经网络来进行语音识别,从图中我们可以看到,两个错误的指标均有将近三分之一的大幅度下降,效果显著。而基于最新的ResNet技术,微软公司已经把这个指标降到了6.9%,每一年都有一个明显的提升。

感知器模型

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五.深度学习入门

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对于一个多层的前馈神经网络,我们该如何学习其中所有的参数呢?首先对于最上层的参数是非常容易获得的,可以根据之前提到的计算模型输出和真实输出之间的差异,根据梯度下降的原则来得出参数结果,但问题是对于隐层来说,虽然我们可以计算出其模型输出,但是却不知道它的期望输出是什么,也就没有办法去高效训练一个多层神经网络。这也是困扰了当时学术界很长时间的一个问题,进而导致了上个世纪六十年代之后神经网络一直没有得到更多发展。后来到了十九世纪七十年代,有很多科学家独立的提出了一个名为后向传播的算法。这个算法的基本思想其实非常简单,虽然在当时无法根据隐层的期望输出去更新它的状态,但是却可以根据隐层对于Error的梯度来更新隐层到其他层之间的权重。计算梯度时,由于每个隐层节点与输出层多个节点之间均有关联,所以会对其上一层所有的Error作累加处理。

经过上个世纪九十年代神经网络的第二次低谷,到2006年,神经网络再一次回到了大众的视野,而这一次回归之后的热度远比之前的任何一次兴起时都要高。神经网络再次兴起的标志性事件就是Hinton等人在Salahudinov等地方发表的两篇关于多层次神经网络(现在称作“深度学习”)的论文。

神经网络早期的崛起主要归功于三个重要的标志性人物Hinton、Bengio和LeCun。Hinton的主要成就在于布尔计算机(Restricted
Boltzmann Machine)和深度自编码机(Deep
autoencoder);Bengio的主要贡献在于元模型在深度学习上的使用取得了一系列突破,这也是深度学习最早在实际应用中取得突破的领域,基于元模型的language
modeling在2003时已经可以打败当时最好的概率模型;LeCun的主要成就代表则是关于CNN的研究。深度学习崛起最主要的表现是在各大技术峰会比如NIPS,ICML,CVPR,ACL上占据了半壁江山,包括Google
Brain,Deep Mind和FaceBook
AI等在内的研究部门都把研究工作的中心放在了深度学习上面。

一.神经网络的发展历史

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1 基于神经网络的机器翻译… 13

BP神经网络是机器学习的一个优秀的模型,而提到机器学习就不得不提到一个在整个机器学习过程中经常遇到的基本问题——过拟合(Overfitting)问题。过拟合的常见现象是模型在训练集上面虽然loss一直在下降,但是实际上在test集上它的loss和error可能早已经开始上升了。避免出现过拟合问题有两种常见的方式:

责任编辑:

3.前馈神经网络

科学Sciences导读:本文汇编五篇科普文章:一文读懂神经网络;深度学习并非万能:你需要避免这三个坑;2018年全球AI突破性技术TOP10;新一代人工智能领域十大最具成长性技术展;先进制造业-数字化解决方案。欢迎留言探讨科学、技术、工程、方案。

在介绍神经网络的发展历史之前,首先介绍一下神经网络的概念。神经网络主要是指一种仿造人脑设计的简化的计算模型,这种模型中包含了大量的用于计算的神经元,这些神经元之间会通过一些带有权重的连边以一种层次化的方式组织在一起。每一层的神经元之间可以进行大规模的并行计算,层与层之间进行消息的传递。

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1.卷积神经网络:
卷积神经网络有两个基本核心概念,一个是卷积(Convolution),另一个是池化。讲到这里,可能有人会问,为什么我们不简单地直接使用前馈神经网络,而是采用了CNN模型?举个例子,对于一个1000*1000的图像,神经网络会有100万个隐层节点,对于前馈神经网络则需要学习10^12这样一个庞大数量级的参数,这几乎是无法进行学习的,因为需要海量的样本。但实际上对于图像来说,其中很多部分具有相同的特征,如果我们采用了CNN模型进行图片的分类的话,由于CNN基于卷积这个数学概念,那么每个隐层节点只会跟图像中的一个局部进行连接并扫描其局部特征。假设每个隐层节点连接的局部样本点数为10*10的话,那么最终参数的数量会降低到100M,而当多个隐层所连接的局部参数可以共享时,参数的数量级更会大幅下降。

重大意义:机器人流程自动化能够大幅提升企业的工作效率,减少人员投入,帮助企业降低成本,让人类释放生产力,腾出双手去做价值更高的事情。

接下来介绍一些BP神经网络的其他性质。BP算法其实就是一个链式法则,它可以非常容易地泛化到任意一个有向图的计算上去。根据梯度函数,在大多数情况下BP神经网络给出的只是一个局部的最优解,而不是全局的最优解。但是从整体来看,一般情况下BP算法能够计算出一个比较优秀的解。下图是BP算法的直观演示:

后来到了十九世纪七十年代,有很多科学家独立的提出了一个名为后向传播的算法。这个算法的基本思想其实非常简单,虽然在当时无法根据隐层的期望输出去更新它的状态,但是却可以根据隐层对于Error的梯度来更新隐层到其他层之间的权重。计算梯度时,由于每个隐层节点与输出层多个节点之间均有关联,所以会对其上一层所有的Error作累加处理。

经过上个世纪九十年代神经网络的第二次低谷,到2006年,神经网络再一次回到了大众的视野,而这一次回归之后的热度远比之前的任何一次兴起时都要高。神经网络再次兴起的标志性事件就是Hinton等人在Salahudinov等地方发表的两篇关于多层次神经网络(现在称作“深度学习”)的论文。其中一篇论文解决了之前提到的神经网络学习中初始值如何设置的问题,解决途径简单来说就是假设输入值是x,那么输出则是解码x,通过这种方式去学习出一个较好的初始化点。而另一篇论文提出了一个快速训练深度神经网络的方法。其实造成现在神经网络热度现状的原因还有很多,比如当今的计算资源相比当年来说已经非常庞大,而数据也是如此。在十九世纪八十年代时期,由于缺乏大量的数据和计算资源,当时很难训练出一个大规模的神经网络。

深度强化学习是指将深度神经网络和具有决策能力的强化学习相结合,通过端到端学习的方式实现感知、决策或感知决策一体化的技术。该技术具有无需先验知识、网络结构复杂性降低、硬件资源需求少等特点,能够显著提升机器智能适应复杂环境的效率和健壮性,将在智能制造、智能医疗、智能教育、智能驾驶等领域具有广阔发展前景。

摘要:提起神经网络,你会想到什么?关于深度学习,你又是否思考过其中的原理呢?从上个世纪四十年代神经网络诞生开始,到今天已经历经70多年的发展,这中间它又经历了什么?本文将带领大家走进神经网络的“前世今生”一探究竟。

3、云端人工智能

到2012年,在图片分类领域,CNN模型在ImageNet上取得了一个较大的突破。测试图片分类的是一个很大的数据集,要将这些图片分成1000类。在使用深度学习之前,当时最好的结果是错误率为25.8%(2011年的一个结果),在2012年Hinton和它的学生将CNN应用于这个图片分类问题之后,这个指标下降了几乎10%,自2012年之后,我们从图表中可以观察到每一年这个指标都有很大程度的突破,而这些结果的得出均使用了CNN模型。深度学习模型能取得如此大的成功,在现代人看来主要归功于其层次化的结构,能够自主学习并将数据通过层次化结构抽象地表述出来。而抽象出来的特征可以应用于其他多种任务,这也是深度学习当前十分火热的原因之一。

人工智能是个高科技、宽领域、多维度、跨学科的集大成者,从立足大数据、围绕互联网的纯计算机应用,逐步衍生到人们日常生产生活的方方面面,在细微之处改善和改变着我们。目前,不少新技术、新模式已经逐步投入到现实运用,但是多数领域仍然处在推广、试验、研究阶段,如何把握推广人工智能技术的重大机遇,让更广大的老百姓像普及手机一样,用上人工智能,这是我们这一代人必须面对的时代发展“必答题”。

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A一文读懂神经网络(7179字). 2

本次的分享主要围绕以下五个方面:

演讲嘉宾简介:孙飞(丹丰),阿里巴巴搜索事业部高级算法工程师。中科院计算所博士,博士期间主要研究方向为文本分布式表示,在SIGIR、ACL、EMNLP以及IJCAI等会议发表论文多篇。目前主要从事推荐系统以及文本生成相关方面研发工作。

学术界对于这个问题有比较多的研究,最简单的处理方式就是修改激活函数。早期的尝试就是使用Rectified这种激活函数,由于sigmoid这个函数是指数的形式,所以很容易导致梯度消失这种问题,而Rectified将sigmoid函数替换成max,从下图我们可以发现,对于那些大于0的样本点,它的梯度就是1,这样就不会导致梯度消失这样一个问题,但是当样本点处于小于0的位置时,我们可以看到它的梯度又变成了0,所以ReLU这个函数是不完善的。后续又出现了包括Leaky
ReLU和Parametric
Rectifier在内的改良函数,当样本点x小于0时,我们可以人为的将其乘以一个比如0.01或者α这样的系数来阻止梯度为零。

2、胶囊网络

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下图展示了整个神经网络的发展历程:

4.后向传播

文|孙飞(丹丰),汇编:数据简化社区秦陇纪,2018-08-28Tue

2.感知器模型

图3推出人工智能服务的主要云计算公司

提到RNN,那就不得不介绍一下之前提到的LSTM模型。实际上LSTM并不是一个完整的神经网络,它只是一个RNN网路中的节点经过复杂处理后的结果。LSTM中包含三个门:输入门,遗忘门和输出门。这三个门均用于处理cell之中的数据内容,分别决定是否要将cell中的数据内容输入、遗忘和输出。

入选理由:从视觉和听觉信号角度实现声源分离,开辟研究新途径。

神经网络的第二个发展时代是十九世纪五六十年代,以Rosenblatt提出的感知器模型和赫伯特学习原则等一些工作为代表。

10 入耳式人工智能

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重大意义:基于神经网络的机器翻译,直接改善了之前逐词直译的效果,升级为以整个句子为单位进行翻译。

最后介绍一个目前非常流行的交叉领域的神经网络的应用——将一个图片转换成描述形式的文字或者该图片的title。具体的实现过程可以简单的解释为首先通过一个CNN模型将图片中的信息提取出来形成一个向量表示,然后将该向量作为输入传送到一个训练好的RNN模型之中得出该图片的描述。

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2.循环神经网络:关于循环神经网络的基本原理如下图所示,从图中可以看循环神经网络的输出不仅依赖于输入x,而且依赖于当前的隐层状态,而这个隐层状态会根据前一个x进行更新。从展开图中可以直观的理解这个过程,第一次输入的中间隐层状态S会影响到下一次的输入X。循环神经网络模型的优势在于可以用于文本、语言或者语音等此类序列型的数据,即当前数据的状态受到此前数据状态的影响。对于此类数据,前馈神经网络是很难实现的。

10 入耳式人工智能… 20

下图展示了整个神经网络的发展历程:

实际上如今的CNN模型已经应用到人们生活中的各个领域,比如侦查探案,自动驾驶汽车的研发,Segmenttation还有Neural
Style等方面。其中Neural Style是个非常有趣的应用,比如之前App
Store中有个非常火的应用Prisma,可以将使用者上传的照片转换成其他的风格,比如转换成梵高的星空一样的画风,在这其中就大量应用了CNN的技术。

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对抗性神经网络是指由一个不断产生数据的神经网络模块与一个持续判别所产生数据是否真实的神经网络模块组成的神经网络架构,创造出近似真实的原创图像、声音和文本数据的技术。该技术有望大幅提升机器翻译、人脸识别、信息检索的精度和准确性,随着三维模型数据序列能力的提升,未来将在自动驾驶、安防监控等领域产生可观的应用价值。

下图是早期LeCun等人提出的一个用于手写识别的神经网络,这个网络在九十年代时期已经成功运用到美国的邮件系统之中。感兴趣的读者可以登录LeCun的网站查看其识别手写体的动态过程。

神经网络的发展历史甚至要早于计算机的发展,早在上个世纪四十年代就已经出现了最早的神经网络模型。接下来本文将以神经网络的发展历程为主线带领大家对神经网络的基本知识作初步了解。

对于一些基本的逻辑运算,例如与、或、非,感知器模型可以非常容易地作出判断分类。那么是不是所有的逻辑运算都可以通过感知器进行分类呢?答案当然是否定的。比如异或运算通过一个单独的线性感知器模型就很难作出分类,这同样也是神经网络的发展在第一次高潮之后很快进入低谷的主要原因。这个问题最早在Minsky等人在关于感知器的著作中提出,但其实很多人对这本著作存在误区,实际上Minsky等人在提出这个问题的同时也指出异或运算可以通过多层感知器实现,但是由于当时学术界没有有效的学习方式去学习多层感知器模型,所以神经网络的发展迎来了第一次低谷。关于多层感知器模型实现异或操作的直观几何体现如下图所示:

一、深度学习不适用于小数据集… 12

孙飞,阿里巴巴搜索事业部高级算法工程师。中科院计算所博士,博士期间主要研究方向为文本分布式表示,在SIGIR、ACL、EMNLP以及IJCAI等会议发表论文多篇。目前主要从事推荐系统以及文本生成相关方面研发工作。

后向传播的另一个优势是计算同层节点的梯度和权重更新时可以并行进行,因为它们之间不存在关联关系。整个BP算法的过程可以用如下的伪码表示:

当CNN在图像领域应用十分流行的同时,在近两年CNN在文本领域也得到了大规模应用。例如对于文本分类这个问题,目前最好的模型是基于CNN模型提出来的。从文本分类的特点来看,对一个文本的类别加以鉴别实际上只需要对该文本中的一些关键词信号加以识别,而这种工作非常适合CNN模型来完成。

三、深层网络不易解释… 12

如果读者有简单的机器学习知识基础的话,就会知道一般情况下会根据梯度下降的原则去学习一个模型。在感知器模型中采用梯度下降的原则是较为容易的,以下图为例,首先确定模型的loss,例子中采用了平方根loss,即求出样本的真实输出d与模型给出的输出y之间的差异,为了计算方便,通常情况下采用了平方关系E=
1/2 ^2 = 1/2 ^2 ,根据梯度下降的原则,权重的更新遵循如下规律:wj ← wi +
αf′xi ,其中α为学习率,可以作人工调整。

人工智能专家George
Seif撰写博文《调整神经网络参数——三你不应该使用深度学习的理由》(Tweaking
Neural Net Parameters–Three reasons that you should NOTuse deep
learning),介绍当前深度学习比较火热的情景下需要避免的三个坑,本文为汉译版。

感知器模型与之前提到的神经元模型几乎是相同的,但是二者之间存在着一些关键的区别。感知器模型的激活函数可以选择间断函数和sigmoid函数,且其输入可以选择使用实数向量,而不是神经元模型的二进制向量。与神经元模型不同,感知器模型是一个可以学习的模型,下面介绍一下感知器模型的一个优良特性——几何解释。我们可以把输入值(x1,
. . . , xn)看作是N维空间中的一个点的坐标,w⊤x−w0 = 0
可以认为是N维空间中的一个超平面,显然,当w⊤x−w0<0时,此时的点落在超平面的下方,而当w⊤x−w0>0时,此时的点落在超平面的上方。感知器模型对应的就是一个分类器的超平面,它可以将不同类别的点在N维空间中分离开。从下图中可以发现,感知器模型是一个线性的分类器。

Gartner数据显示,在过去的一年中,全球范围中大型商业巨头里有300家陆陆续续开展了RPA工程,将原先手工化的流程进行自动化改革。随着科技的进步RPA将融入更多人工智能技术,即智能流程自动化(IntelligentProcess
Automation)。相当于在基于规则的自动化基础(RPA)之上增加基于深度学习和认知技术的推理、判断、决策能力。

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入选理由:未来AR与AI需要相互加持,可以将AR比喻成AI的眼睛。

神经网络的发展历史甚至要早于计算机的发展,早在上个世纪四十年代就已经出现了最早的神经网络模型。接下来本文将以神经网络的发展历程为主线带领大家对神经网络的基本知识作初步了解。

4 移动AR技术

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需要学习的权重信息就是w和v两个矩阵,最终得到的信息是样本的输出y和真实输出d。具体过程如下图所示:

另一个操作则是池化,在卷积生成隐层的基础上CNN会形成一个中间隐层——Pooling层,其中最常见的池化方式是Max
Pooling,即在所获得的隐层节点中选择一个最大值作为输出,由于有多个kernel进行池化,所以我们会得到多个中间隐层节点。那么这样做的好处是什么呢?首先,通过池化操作会是参数的数量级进一步缩小;其次就是具有一定的平移不变性,如图所示,假设图中的九个隐层节点中的其中一个发生平移,池化操作后形成的Pooling层节点仍旧不变。

5 生物特征识别技术

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二.感知器模型

十九世纪八十年代神经网络一度非常流行,但很不幸的是进入九十年代,神经网络的发展又陷入了第二次低谷。造成这次低谷的原因有很多,比如支持向量机的崛起,支持向量机在九十年代是一个非常流行的模型,它在各大会议均占有一席之地,同时也在各大应用领域都取得了非常好的成绩。支持向量机有一个非常完善的统计学习理论,也有非常好的直观解释,并且效率也很高,结果又很理想。所以在此消彼长的情况下,支持向量机相关的统计学习理论的崛起一定程度上压制了神经网络的发展热度。另一方面,从神经网络自身的角度来看,虽然理论上可以用BP去训练任意程度的神经网络,但是在实际应用中我们会发现,随着神经网络层数的增加,神经网络的训练难度成几何式增长。比如在九十年代早期,人们就已经发现在层次比较多的一个神经网络当中可能会出现梯度消失或者梯度爆炸的一个现象。

先进制造业-数字化解决方案

以下内容根据演讲嘉宾视频分享以及PPT整理而成。

点评:小度小度,请问下一个技术我写什么?

1.提前停止(Early
Stopping):我们可以预先划分一个验证集(Validation),在训练模型的同时也在验证集之中运行这个模型,然后观察该模型的loss,如果在验证集中它的loss已经停止下降,这时候即使训练集上该模型的loss仍在下降,我们依然可以提前将其停止来防止出现过拟合问题。

卷积神经网络有两个基本核心概念,一个是卷积(Convolution),另一个是池化(Pooling)。讲到这里,可能有人会问,为什么我们不简单地直接使用前馈神经网络,而是采用了CNN模型?举个例子,对于一个1000*1000的图像,神经网络会有100万个隐层节点,对于前馈神经网络则需要学习10^12这样一个庞大数量级的参数,这几乎是无法进行学习的,因为需要海量的样本。但实际上对于图像来说,其中很多部分具有相同的特征,如果我们采用了CNN模型进行图片的分类的话,由于CNN基于卷积这个数学概念,那么每个隐层节点只会跟图像中的一个局部进行连接并扫描其局部特征。假设每个隐层节点连接的局部样本点数为10*10的话,那么最终参数的数量会降低到100M,而当多个隐层所连接的局部参数可以共享时,参数的数量级更会大幅下降。

后向传播的另一个优势是计算同层节点的梯度和权重更新时可以并行进行,因为它们之间不存在关联关系。整个BP算法的过程可以用如下的伪码表示:

第一代的神经元模型是验证型的,当时的设计者只是为了验证神经元模型可以进行计算,这种神经元模型既不能训练也没有学习能力,可以简单的把它看成是一个定义好的逻辑门电路,因为它的输入和输出都是二进制的,而中间层的权重都是提前定义好的。

随着神经网络的发展,后续也出现了一些从结构上解决梯度难以传递问题的方法,比如元模型,LSTM模型或者现在图像分析中用到非常多的使用跨层连接的方式来使其梯度更容易传播。

对于一个多层的前馈神经网络,我们该如何学习其中所有的参数呢?首先对于最上层的参数是非常容易获得的,可以根据之前提到的计算模型输出和真实输出之间的差异,根据梯度下降的原则来得出参数结果,但问题是对于隐层来说,虽然我们可以计算出其模型输出,但是却不知道它的期望输出是什么,也就没有办法去高效训练一个多层神经网络。这也是困扰了当时学术界很长时间的一个问题,进而导致了上个世纪六十年代之后神经网络一直没有得到更多发展。

实际上如今的CNN模型已经应用到人们生活中的各个领域,比如侦查探案,自动驾驶汽车的研发,Segmenttation还有Neural
Style等方面。其中Neural Style是个非常有趣的应用,比如之前App
Store中有个非常火的应用Prisma,可以将使用者上传的照片转换成其他的风格,比如转换成梵高的星空一样的画风,在这其中就大量应用了CNN的技术。

最后介绍一个目前非常流行的交叉领域的神经网络的应用——将一个图片转换成描述形式的文字或者该图片的title。具体的实现过程可以简单的解释为首先通过一个CNN模型将图片中的信息提取出来形成一个向量表示,然后将该向量作为输入传送到一个训练好的RNN模型之中得出该图片的描述。

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接下来介绍一些BP神经网络的其他性质。BP算法其实就是一个链式法则,它可以非常容易地泛化到任意一个有向图的计算上去。根据梯度函数,在大多数情况下BP神经网络给出的只是一个局部的最优解,而不是全局的最优解。但是从整体来看,一般情况下BP算法能够计算出一个比较优秀的解。下图是BP算法的直观演示:

1.神经网络的发展历史

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资料来源:《麻省理工科技评论》

第一代的神经元模型是验证型的,当时的设计者只是为了验证神经元模型可以进行计算,这种神经元模型既不能训练也没有学习能力,可以简单的把它看成是一个定义好的逻辑门电路,因为它的输入和输出都是二进制的,而中间层的权重都是提前定义好的。

1.产业智能官.【人工智能】2018北京世界机器人大会,新一代人工智能创新研讨会北京共识.[EB/OL]产业智能官,.

2.正则(Regularization):我们可以在神经网络中边的权重上加一些正则。最近几年经常用到的dropout方式——随机丢一些点或者随机丢一些边,也可以看作是正则的一种方式,正则也是一种很有效的防止过拟合的应用方式。

谷歌的实时翻译无线耳机PixelBuds常被拿来与AirPods相比,PixelBuds对Google
Assistant的唤起十分迅速,只要把手指放在耳机的触控板上,几乎同一时刻就可以和GoogleAssistant进行对话。

四.后向传播

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举一个简单的梯度消失的例子,假设神经网络的每一层都是一个sigmoid结构层,那么BP向后传播时它的loss每一次都会连成一个sigmoid的梯度。一系列的元素连接在一起,如果其中有一个梯度非常小的话,会导致传播下去的梯度越来越小。实际上,在传播一两层之后,这个梯度已经消失了。梯度消失会导致深层次的参数几乎静止不动,很难得出有意义的参数结果。这也是为什么多层神经网络非常难以训练的一个原因所在。

6、对话式人工智能平台… 23

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从下图中我们可以直观的看出前馈神经网络和CNN之间的区别。图中的模型从左到右依次是全连接的普通的前馈神经网络,局部连接的前馈神经网络和基于卷积的CNN模型网络。我们可以观察到基于卷积的神经网络隐层节点之间的连接权重参数是可以共享的。

入选理由:机器人流程自动化能够帮助甚至代替人类负担大量简单且单一、重复而繁重的工作,并且效率更高、零失误。

4、深度强化学习… 22

关于循环神经网络的基本原理如下图所示,从图中可以看循环神经网络的输出不仅依赖于输入x,而且依赖于当前的隐层状态,而这个隐层状态会根据前一个x进行更新。从展开图中可以直观的理解这个过程,第一次输入的中间隐层状态S(t-1)会影响到下一次的输入X(t)。循环神经网络模型的优势在于可以用于文本、语言或者语音等此类序列型的数据,即当前数据的状态受到此前数据状态的影响。对于此类数据,前馈神经网络是很难实现的。

6 机器人流程自动化… 17

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点评:目前深度学习技术陷入瓶颈,IBM的深度学习芯片也许能够扭转这一局势。

2 基于多传感器跨界融合的机器人自主导航

1 基于神经网络的机器翻译

智能代理技术可以应用于商业、智能搜索代理、数字图书馆、电子商务和远程教育的研究等,现在它也被应用于游戏领域。

4 移动AR技术…
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首先,利用率低通常是因为存在于芯片周围的数据流瓶颈。为了突破这些信息障碍,该项目的团队开发了一个“定制”的数据流系统。该数据流系统是一种网络方案,可以加速数据从一个处理引擎到下一个处理引擎的传输过程。它还针对要处理的是学习任务还是推理任务以及不同的精度进行了优化。

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从下图中我们可以直观的看出前馈神经网络和CNN之间的区别。图中的模型从左到右依次是全连接的普通的前馈神经网络,局部连接的前馈神经网络和基于卷积的CNN模型网络。我们可以观察到基于卷积的神经网络隐层节点之间的连接权重参数是可以共享的。

我们看到这些科技公司或者科研团队,学习翻译、研究捕鱼、开发游戏、做着音乐……看似“不务正业”,而这恰恰证明了,人工智能不单单是一种技术或一个产品。

资料来源:《人类神经科学前沿》

深层网络就像是一个“黑盒子”,即使到现在,研究人员也不能完全理解深层网络的“内部”。深层网络具有很高的预测能力,但可解释性较低。由于缺乏理论基础,超参数和网络设计也是一个很大的挑战。

二、深度学习运用于实践是困难且昂贵的

技术突破:苹果在今年即将推出的AirPods
2中加入了Siri唤起、内置芯片等等,可以收集行走步数、心率数据和体温等等,还可以通过内置陀螺仪捕捉用户头部移动状况甚至定位位置,当然也可以通过麦克风接受命令,再通过扬声器进行反馈。

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深度学习模型能取得如此大的成功,在现代人看来主要归功于其层次化的结构,能够自主学习并将数据通过层次化结构抽象地表述出来。而抽象出来的特征可以应用于其他多种任务,这也是深度学习当前十分火热的原因之一。

图10量子神经网络结构示意图

B深度学习并非万能:你需要避免这三个坑(1460字).
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技术突破:集成了众多计算机科技和图形图像学技术,包括实时渲染技术、空间定位追踪、图像识别、人机交互、显示技术、云端存储、数据传输、内容开发工具等领域。

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四.后向传播… 4

点评:现在我们手机不离手,以后可能要耳机不离耳了。

10、量子神经网络… 26

重大意义:随着苹果ARKit、谷歌ARCore
的发布,移动AR在两大移动平台上均意义重大。这也意味着,全球5亿台支持AR功能的移动设备正在吸引所有的公司入局,这些公司正在将数据与API
相结合,为用户创造新的AR 体验。

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深度学习在过去几年一直是人工智能领域最热门的话题。事实上,正是它激发科学家、政府、大公司以及其他所有人对人工智能的极大新兴趣!这是一门很酷的科学,具有潜在的巨大的实用性和积极的应用。它正被用于金融、工程、娱乐、消费产品和服务等领域。

为了获得高性能,深度网络需要非常大的数据集。标注的数据越多,模型的性能就越好。获得标注良好的数据既昂贵又耗时。雇佣人工手动收集图片并标记它们根本没有效率可言。在深度学习时代,数据无疑是最有价值的资源。

技术突破:智能代理技术具有解决问题所需的丰富知识、策略和相关数据,能够进行相关的推理和智能计算,智能代理还可以在用户没有给出十分明确的需求时推测出用户的意图、兴趣或爱好,并按最佳方式代为其完成任务,并能自动拒绝一些不合理或可能给用户带来危害的要求;智能代理还从经验中不断自我学习,能够根据环境调整自身的行为,从而提高处理问题的能力。

入选理由:DuerOS3.0能够为用户带来了划时代的自然对话交互,包括情感语音播报、声纹识别等能力在内的自然语言交互技术的全面升级。

所以在此消彼长的情况下,支持向量机相关的统计学习理论的崛起一定程度上压制了神经网络的发展热度。另一方面,从神经网络自身的角度来看,虽然理论上可以用BP去训练任意程度的神经网络,但是在实际应用中我们会发现,随着神经网络层数的增加,神经网络的训练难度成几何式增长。比如在九十年代早期,人们就已经发现在层次比较多的一个神经网络当中可能会出现梯度消失或者梯度爆炸的一个现象。

重大意义:通过行为识别技术,能够第一时间发现犯罪分子,预测犯罪行为,有效保护店铺安全。

虽然最近有许多工具,如显著性映射(saliencymaps)和激活差异(activation
differences),它们在某些领域非常有效,但它们并不能完全适用于所有应用程序。这些工具的设计主要用于确保您的网络不会过度拟合数据,或者将重点放在虚假的特定特性上。仍然很难将每个特征的重要性解释为深层网络的整体决策。

直播视频回顾地址:

神经网络、深度学习、人工智能、智能制造资料汇编(16218字)

3、云端人工智能… 22

E先进制造业-数字化解决方案(64字)

8 兼顾高精度学习和低精度推理的深度学习芯片

2018年7月4日,最新的DuerOS
3.0正式发布,使赋能的产品能够实现语音多轮纠错,进行复杂的递进意图识别与带逻辑的条件意图识别,从而更加准确判断用户意图,最终实现功能升维——利用扩展特征理解用户行为。基于此,DuerOS3.0提供了包括有屏设备解决方案、蓝牙设备解决方案和行业解决方案等在内超过20个跨场景、跨设备的解决方案。

4、深度强化学习

入选理由:智能代理技术使计算机应用趋向人性化、个性化。它能够以主动服务的方式完成的一组操作的机动计算实体,不需要人的即时干预。

7、情感智能

感知器模型与之前提到的神经元模型几乎是相同的,但是二者之间存在着一些关键的区别。感知器模型的激活函数可以选择间断函数和sigmoid函数,且其输入可以选择使用实数向量,而不是神经元模型的二进制向量。与神经元模型不同,感知器模型是一个可以学习的模型,下面介绍一下感知器模型的一个优良特性——几何解释。

8、神经形态计算… 24

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网络胶囊是指在深度神经网络中构建多层神经元模块,用以发现并存储物体详细空间位置和姿态等信息的技术。该技术能使机器在样本数据较少情形下,快速识别不同情境下的同一对象,在人脸识别、图像识别、字符识别等领域具有广阔的应用前景。

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神经网络的第二个发展时代是十九世纪五六十年代,以Rosenblatt提出的感知器模型和赫伯特学习原则等一些工作为代表。

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十九世纪八十年代神经网络一度非常流行,但很不幸的是进入九十年代,神经网络的发展又陷入了第二次低谷。造成这次低谷的原因有很多,比如支持向量机(SVM)的崛起,支持向量机在九十年代是一个非常流行的模型,它在各大会议均占有一席之地,同时也在各大应用领域都取得了非常好的成绩。支持向量机有一个非常完善的统计学习理论,也有非常好的直观解释,并且效率也很高,结果又很理想。

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1、对抗性神经网络

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AirPods与PixelBuds让我们重新定义了耳机对人类的作用,相比手腕上的智能手表,耳机显然可以更方便的进行语音交互,在接收信息时更无需占用宝贵的视觉空间。还将智能音箱式的远场交互变成更自然也更快捷的近场交互。

资料来源:联合量子研究院(JQI)

从IBM、苹果,到谷歌,百度,所有的人工智能巨头都在尝试软件、硬件、应用场景的联通。聪明的科技公司都不再单一的专注于自己的传统业务,而是着眼于未来,不断创新技术,跨界融合打造一个整合的生态系统。(来源:艾瑞网)

五.深度学习入门

图5智能脑机交互使人类沟通交流高效化

如果读者有简单的机器学习知识基础的话,就会知道一般情况下会根据梯度下降的原则去学习一个模型。在感知器模型中采用梯度下降的原则是较为容易的,以下图为例,首先确定模型的loss,例子中采用了平方根loss,即求出样本的真实输出d与模型给出的输出y之间的差异,为了计算方便,通常情况下采用了平方关系E=
1/2 (d−y)^2 = 1/2 (d−f(x))^2
,根据梯度下降的原则,权重的更新遵循如下规律:wj ← wi + α(d −f(x))f′(x)xi
,其中α为学习率,可以作人工调整。

云端人工智能是指将云计算的运作模式与人工智能深度融合,在云端集中使用和共享机器学习工具的技术。该技术将庞大的人工智能运行成本转移到云平台,能够有效降低终端设备使用人工智能技术的门槛,有利于扩大用户群体,未来将广泛应用于医疗、制造、能源、教育等多个行业和领域。

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点评:这也许是未来人工智能落地的最佳方式

来源:中国电子学会

其中一篇论文解决了之前提到的神经网络学习中初始值如何设置的问题,解决途径简单来说就是假设输入值是x,那么输出则是解码x,通过这种方式去学习出一个较好的初始化点。而另一篇论文提出了一个快速训练深度神经网络的方法。其实造成现在神经网络热度现状的原因还有很多,比如当今的计算资源相比当年来说已经非常庞大,而数据也是如此。在十九世纪八十年代时期,由于缺乏大量的数据和计算资源,当时很难训练出一个大规模的神经网络。

5 生物特征识别技术… 16

C2018年全球AI突破性技术TOP10 (5240字)

-END-

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CNN的这两个特性使得它在图像处理领域的应用非常广泛,现在甚至已经成为了图像处理系统的标配。像下面这个可视化的汽车的例子就很好地说明了CNN在图像分类领域上的应用。将原始的汽车图片输入到CNN模型之中后,从起初最原始的一些简单且粗糙的特征例如边和点等,经过一些convolution和RELU的激活层,我们可以直观的看到,越接近最上层的输出图像,其特征越接近一辆汽车的轮廓。该过程最终会得到一个隐层表示并将其接入一个全连接的分类层然后得出图片的类别,如图中的car,truck,airplane,ship,horse等。

提前停止(Early
Stopping):我们可以预先划分一个验证集(Validation),在训练模型的同时也在验证集之中运行这个模型,然后观察该模型的loss,如果在验证集中它的loss已经停止下降,这时候即使训练集上该模型的loss仍在下降,我们依然可以提前将其停止来防止出现过拟合问题。

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一.神经网络的发展历史… 2

6 机器人流程自动化

深度学习入门

关于多层感知器模型实现异或操作的直观几何体现如下图所示:

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