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選自IEEE Spectrum

作者：ELIZA STRICKLAND

機(jī)器之心編譯

自監(jiān)督學(xué)習(xí)真的是通往 AGI 的關(guān)鍵一步？

Meta 的 AI 首席科學(xué)家 Yann LeCun 在談到「此時(shí)此刻要采取的具體措施」時(shí)，也沒有忘記遠(yuǎn)期的目標(biāo)。他在一次采訪時(shí)說：「我們想要構(gòu)建像動(dòng)物和人類一樣學(xué)習(xí)的智能機(jī)器?！?/span>

近幾年，Meta 發(fā)表了一系列關(guān)于 AI 系統(tǒng)自監(jiān)督學(xué)習(xí)（SSL）的論文。LeCun 堅(jiān)定地認(rèn)為，SSL 是 AI 系統(tǒng)的必要前提，它可以幫助 AI 系統(tǒng)構(gòu)建世界模型，以獲得類似人類的能力，如理性、常識，以及將技能和知識從一個(gè)環(huán)境遷移到另一個(gè)環(huán)境的能力。

他們的新論文展示了一種被稱為掩蔽自編碼器（MAE）的自監(jiān)督系統(tǒng)如何學(xué)會從非常零散、不完整的數(shù)據(jù)中重建圖像、視頻甚至音頻。雖然 MAE 并不是一個(gè)新的想法，但 Meta 已經(jīng)將這項(xiàng)工作擴(kuò)展到了新的領(lǐng)域。

LeCun 說，通過研究如何預(yù)測丟失的數(shù)據(jù)，無論是靜態(tài)圖像還是視頻或音頻序列，MAE 系統(tǒng)都是在構(gòu)建一個(gè)世界模型。他說：「如果它能預(yù)測視頻中即將發(fā)生的事情，它必須明白世界是三維的，有些物體是無生命的，它們自己不會移動(dòng)，其他物體是有生命的，很難預(yù)測，一直到預(yù)測有生命的人的復(fù)雜行為?！挂坏?AI 系統(tǒng)有了一個(gè)精確的世界模型，它就可以使用這個(gè)模型來計(jì)劃行動(dòng)。

LeCun 說，「智能的本質(zhì)是學(xué)會預(yù)測。」雖然他并沒有聲稱 Meta 的 MAE 系統(tǒng)接近于通用人工智能，但他認(rèn)為這是通往通用人工智能的重要一步。

但并非所有人都同意 Meta 的研究人員走在通往通用人工智能的正確道路上。Yoshua Bengio 有時(shí)會與 LeCun 就 AI 領(lǐng)域的重大想法進(jìn)行友好的辯論。在給 IEEE Spectrum 的一封電子郵件中，Bengio 闡述了他們在目標(biāo)上的一些不同和相似之處。

Bengio 寫道：「我真的不認(rèn)為我們目前的方法（無論是不是自監(jiān)督）足以彌合人工與人類智能水平的差距?！顾f，該領(lǐng)域需要取得「質(zhì)的進(jìn)步」，才能真正推動(dòng)技術(shù)向人類規(guī)模的人工智能靠攏。

對于 LeCun 的「對世界的推理能力是智能的核心要素」這一觀點(diǎn)，Bengio 表示贊同，但他的團(tuán)隊(duì)并沒有把重點(diǎn)放在能夠預(yù)測的模型上，而是放在了能夠以自然語言的形式呈現(xiàn)知識的模型上。他指出，這樣的模型將允許我們將這些知識片段結(jié)合起來，以解決新問題，進(jìn)行反事實(shí)模擬，或研究可能的未來。Bengio 的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，它比致力于端到端學(xué)習(xí)的 LeCun 所青睞的框架更具模塊化的性質(zhì)。

大火的 Transformer

Meta 的 MAE 建立在一種名為 Transformer 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)之上。這種架構(gòu)最初在自然語言處理領(lǐng)域走紅，之后擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)視覺等多個(gè)領(lǐng)域。

當(dāng)然，Meta 并不是第一個(gè)成功將 Transformer 用到視覺任務(wù)中的團(tuán)隊(duì)。Meta AI 的研究者 Ross Girshick 介紹說，谷歌在視覺 Transformer（ViT）上的研究啟發(fā)了 Meta 的團(tuán)隊(duì)，「ViT 架構(gòu)的采用幫助（我們）消除了試驗(yàn)過程中遇到的一些障礙」。

Girshick 是 Meta 第一篇 MAE 系統(tǒng)論文的作者之一，這篇論文的一作是何愷明，他們論述了一種非常簡單的方法：掩蔽輸入圖像的隨機(jī)區(qū)塊并重建丟失的像素。

這種模型的訓(xùn)練類似于 BERT 以及其他一些基于 Transformer 的語言模型，研究人員會向它們展示巨大的文本數(shù)據(jù)庫，但有些詞是缺失的，或者說被「掩蔽」了。模型需要自己預(yù)測出缺失的詞，然后被掩蔽的詞會被揭開，這樣模型就能檢查自己的工作并更新自己的參數(shù)。這一過程會一直重復(fù)下去。Girshick 解釋說，為了在視覺上做類似的事情，研究小組將圖像分解成 patch，然后掩蔽一些 patch 并要求 MAE 系統(tǒng)預(yù)測圖像缺失的部分。

該團(tuán)隊(duì)的突破之一是意識到，掩蔽大部分圖像會獲得最好的結(jié)果，這與語言 transformer 有著關(guān)鍵區(qū)別，后者可能只會掩蔽 15% 的單詞?！刚Z言是一種極其密集和高效的交流系統(tǒng)，每個(gè)符號都包含很多含義，」Girshick 說，「但是圖像——這些來自自然世界的信號——并不是為了消除冗余而構(gòu)建的。所以我們才能在創(chuàng)建 JPG 圖像時(shí)很好地壓縮內(nèi)容。」

Meta AI 的研究人員試驗(yàn)需要掩蔽多少圖像獲得最佳效果。

Girshick 解釋說，通過掩蔽圖像中超過 75% 的 patch，他們消除了圖像中的冗余，否則會使任務(wù)變得過于瑣碎，不適合訓(xùn)練。他們那個(gè)由兩部分組成的 MAE 系統(tǒng)首先使用一個(gè)編碼器，通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集學(xué)習(xí)像素之間的關(guān)系，然后一個(gè)解碼器盡最大努力從掩蔽圖像中重建原始圖像。在此訓(xùn)練方案完成后，編碼器還可以進(jìn)行微調(diào)，用于分類和目標(biāo)檢測等視覺任務(wù)。

Girshick 說，「最終讓我們興奮的點(diǎn)在于，我們看到了這個(gè)模型在下游任務(wù)中的結(jié)果。」當(dāng)使用編碼器完成目標(biāo)識別等任務(wù)時(shí)，「我們看到的收益非?？捎^。」他指出，繼續(xù)增大模型可以獲得更好的性能，這對未來的模型來說是一個(gè)有潛力的方向，因?yàn)?SSL「具有使用大量數(shù)據(jù)而不需要手動(dòng)注釋的潛力」。

全力以赴地學(xué)習(xí)海量的未經(jīng)篩選的數(shù)據(jù)集可能是 Meta 提高 SSL 結(jié)果的策略，但也是一個(gè)越來越有爭議的方法。Timnit Gebru 等人工智能倫理研究人員已經(jīng)呼吁大家注意大型語言模型學(xué)習(xí)的未經(jīng)整理的數(shù)據(jù)集固有的偏見，這些偏見有時(shí)會導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)果。

視頻和音頻的自監(jiān)督學(xué)習(xí)

在視頻 MAE 系統(tǒng)中，掩蔽物遮蔽了每個(gè)視頻幀的 95%，因?yàn)閹g的相似性意味著視頻信號比靜態(tài)圖像有更多的冗余。Meta 研究人員 Christoph Feichtenhofer 說，就視頻而言，MAE 方法的一大優(yōu)勢是視頻通常需要大量計(jì)算，而 MAE 通過屏蔽每幀高達(dá) 95% 的內(nèi)容，減少了高達(dá) 95% 的計(jì)算成本。

這些實(shí)驗(yàn)中使用的視頻片段只有幾秒鐘，但 Feichtenhofer 表示，用較長的視頻訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)是一個(gè)非?；钴S的研究課題。想象一下，你有一個(gè)虛擬助理，他有你家的視頻，可以告訴你一個(gè)小時(shí)之前你把鑰匙放在哪里了。

更直接地說，我們可以想象圖像和視頻系統(tǒng)對 Facebook 和 Instagram 上的內(nèi)容審核所需的分類任務(wù)都很有用，F(xiàn)eichtenhofer 說，「integrity」是一種可能的應(yīng)用，「我們正在與產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)溝通，但這是非常新的，我們還沒有任何具體的項(xiàng)目?！?/span>

對于音頻 MAE 工作，Meta AI 的團(tuán)隊(duì)表示他們將很快將研究成果發(fā)布在 arXiv 上。他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巧妙的方法來應(yīng)用掩蔽技術(shù)。他們將聲音文件轉(zhuǎn)化為聲譜圖，即信號中頻率頻譜的視覺表征，然后將部分圖像掩蔽起來進(jìn)行訓(xùn)練。重建的音頻令人印象深刻，盡管該模型目前只能處理幾秒鐘的片段。

該音頻系統(tǒng)的研究人員 Bernie Huang 說，這項(xiàng)研究的潛在應(yīng)用包括分類任務(wù)，通過填充數(shù)據(jù)包被 drop 時(shí)丟失的音頻來輔助基于 IP 的語音傳輸（VoIP），或者找到更有效的壓縮音頻文件的方法。

Meta 一直在進(jìn)行開源 AI 方面的研究，如這些 MAE 模型，還為人工智能社區(qū)提供了一個(gè)預(yù)訓(xùn)練的大型語言模型。但批評人士指出，盡管在研究方面如此開放，但 Meta 還沒有把它的核心商業(yè)算法開放出來供大家研究，即那些控制新聞推送、推薦和廣告植入的算法。

原文鏈接：https://spectrum.ieee.org/unsupervised-learning-meta

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