AI研究的盲點:無解的神經網絡內在邏輯

論人工神經網絡內在邏輯的研究歷史及現狀。

伴隨著大數據,人工智能(AI)在沉寂了多年之后,又迎來了新的高潮。在這場涉及大部分科學的革命中,人工神經網絡釋放了人工智能(AI)。但科學家們發現,這一關鍵技術暗含著一個問題:人工神經網絡就是一個“黑匣子”。

我們都知道,無論人工神經網絡有多么復雜,都可以將其看作是三部分:輸入層、輸出層和隱含層。其中,我們通過深度學習,對神經網絡進行一層一層的疊加訓練,以此來有效調整神經網絡各級神經元的權重。但是,這里有一個問題,除去輸入和輸出,我們對隱含層發生了什么一無所知,即對神經網絡內部邏輯行為無從認知。

在人工智能領域,關于AI的這個問題一直無解

華盛頓大學的研究生Marco Ribeiro使用過一種叫做反事實探測的方法來了解這個“黑匣子”。此方法具體就是通過給輸入一點微小的變化,隨即查看輸出的變化,并記錄這些變化。但是很顯然,這一方法需要上千次的操作和嘗試,而且無法幫助我們全面認識人工神經網絡。

而Google的另一位計算機科學家Mukund Sundararajan設計了一種探測器,大大減少了輸入。不同于Ribeiro采取的隨機輸入, Sundararajan的研究創新點是引入一個空白的參考。

首先,Sundararajan輸入一個零排列的數組,隨后讓輸入數據逐步向需要測試的目標數據轉變,以此通過輸出變化來反過來研究內在邏輯。這里值得注意的是,隨著每一步的變化,科學家們就能看到它確切的變化軌跡,從而可以以此預測變化特征。但這依然不可信,預測的結果仍然是存在很大誤差的。

對此,美國華盛頓州微軟研究所計算機科學家RiCh Caruana融入廣義加法模型(GAM)來對數據間的復雜關系進行處理。我們都知道,統計學中GAM就是一種基于線性回歸,然后在一組數據中找到線性趨勢的方法。Caruana增加了這一過程,他先利用機器學習來輸出變化,隨后將網絡輸出的數據輸入到GAM,找出變化之間的相關性,以此來研究神經網絡的內在邏輯。

除此之外,在圖像研究領域,還有科學家利用生成式對抗網絡(GAN)對神經網絡進行研究,然而所有的這些努力都是嘗試,普適的研究方法至今尚未得出。

現在,不僅科學家認識到這一問題的緊迫性,多國政府也意識到這一問題。根據歐盟的一項指示,明年所有有巨大影響力的公司需向公眾解釋其模型的內在邏輯。此外,美國軍方的藍天研究機構國防高級研究計劃署也正在向一個稱為“可解釋AI”的新計劃投入7000萬美元。

Google的機器學習研究員Maya Gupta說,硅谷的研究人員們也在試圖打開AI的“黑匣子”。除了運行后操作的準確性,所有人心中還有一個非常大的顧忌:因為不知道它在做什么,所以不確定能不能相信它。

伴隨著人工智能(AI)應用的蓬勃之勢,出于安全隱患的考慮,神經網絡內在邏輯的這一“盲點”確實急需規避。


原文發布時間:2017-07-10 17:10
本文作者:Lynn
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