人工智能、機器學習、深度學習的區(qū)別在哪？
有人說，人工智能（Artificial Intelligence）是未來。人工智能是科幻小說。人工智能已經(jīng)是我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。所有這些陳述都 ok，這主要取決于你所設想的人工智能是哪一類。
例如，今年早些時候，Google DeepMind 的 Alphago 程序擊敗了韓國圍棋大師李世乭九段。人工智能、機器學習和深度學習這些詞成為媒體熱詞，用來描述 DeepMind 是如何獲得成功的。盡管三者都是 AlphaGo 擊敗李世乭的因素，但它們不是同一概念。
區(qū)別三者最簡單的方法：想象同心圓，人工智能（AI）是半徑最大的同心圓，向內(nèi)是機器學習（Machine Learning），最內(nèi)是深入學習（Deep Learning）。
從概念的而提出到繁榮
自從幾位計算機科學家在 1956 年的達特茅斯會議上提到這個詞以后，人工智能就縈繞在實驗研究者們心中，不斷醞釀。在此后的幾十年里，人工智能被標榜為成就人類文明美好未來的關(guān)鍵。
在過去的幾年里，特別是 2015 以來，人工智能開始大爆發(fā)。這在很大程度上提高了 GPU 的廣泛可用性，使得并行處理速度越來越快，使用更便宜，而且功能更強大。整個大數(shù)據(jù)運動擁有無限的存儲和大量的數(shù)據(jù)：圖像，文本，交易，映射數(shù)據(jù)等等。
人工智能——機器所賦予的人的智能
早在 1956 年夏天的會議上，人工智能先驅(qū)者的夢想是建立一個由新興計算機啟用的復雜的機器，具有與人的智能相似的特征。這是我們認為的「強人工智能」（General AI），而神話般的機器則會擁有我們所有的感知，甚至更多，并且像人類一樣思考。你已經(jīng)在電影中見過這些機器無休止地運動，像朋友如 C-3PO，或者敵人如終結(jié)者。一般的人工智能機器仍然只是出現(xiàn)在電影和科幻小說中。
我們目前可以實現(xiàn)的還是局限于「弱人工智能」（Narrow AI）。這些技術(shù)能夠像人類一樣執(zhí)行特定的任務，或者比人類做的更好。像 Pinterest 上的圖像分類，F(xiàn)acebook 上的人臉識別等。
這些都是弱人工智能實踐中的例子。這些技術(shù)展示了人類智力的一些方面。但如何展示？這些智力是從哪里來的？這些問題促使我們進入到下一個階段，機器學習。
機器學習——一種實現(xiàn)人工智能的方法
機器學習最根本的點在于使用算法來分析數(shù)據(jù)的實踐、學習，然后對真實的事件作出決定或預測。而不是用一組特定的指令生成的硬編碼軟件程序來解決特定任務，機器是通過使用大量的數(shù)據(jù)和算法來「訓練」，這樣就給了它學習如何執(zhí)行任務的能力。
機器學習是早期人工智能人群思考的產(chǎn)物，多年來形成的算法包括決策樹學習、歸納邏輯編程、聚類、強化學習、貝葉斯網(wǎng)絡等等。正如我們所知，所有這些都沒有實現(xiàn)強人工智能的最終目標，而早期的機器學習方法甚至連弱人工智能都沒有觸及到。
事實證明，多年來機器學習的最佳應用領(lǐng)域之一是計算機視覺，盡管仍然需要大量的手工編碼來完成這項工作。人們會去寫手工編碼分類器，如邊緣檢測濾波器，以便程序可以識別一個目標的啟動和停止；進行形狀檢測以確定它是否有八個側(cè)面；同時確保分類器能夠識別字母「s-t-o-p.」從那些手工編碼分類器中，機器就會開發(fā)算法使得圖像和「學習」更有意義，用來確定這是否是一個停止標志。
結(jié)果還算不錯，但這還不夠。特別是在霧天當標志不那么清晰，或有一棵樹掩蓋了標志的一部分時，就難以成功了。還有一個原因，計算機視覺和圖像檢測還不能與人類相媲美，它太脆弱，太容易受到周圍環(huán)境的影響。
隨著時間的推移，學習算法改變了這一切。
深度學習——一種實現(xiàn)機器學習的技術(shù)
在過去的幾十年中，早期機器學習的另一種算法是人工神經(jīng)網(wǎng)絡。神經(jīng)網(wǎng)絡的靈感來自于我們對人類大腦生物學的理解：所有這些神經(jīng)元之間的相互聯(lián)系。在一定的物理距離內(nèi)，生物大腦中的任何神經(jīng)元可以連接到其他神經(jīng)元，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡有離散的層、連接和數(shù)據(jù)傳播的方向。
例如，你可以把一個圖像分割成很多部分，這些可以輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡的第一層。在第一層中的單個神經(jīng)元，然后將數(shù)據(jù)傳遞到第二層。第二層神經(jīng)元做它的任務，等等，直到最后一層，那么最終結(jié)果就產(chǎn)生了。
每個神經(jīng)元都為其輸入分配權(quán)重，分配的權(quán)重正確與否與執(zhí)行的任務相關(guān)。結(jié)果，最終的輸出由所有的權(quán)重所決定。這樣，還是以「停止」標志牌為例。將「停止」標志牌圖像的元素抽離分析，然后由神經(jīng)元「檢查」：其八邊形的外形，消防車火紅的顏色，鮮明的字母，交通標志的大小，處于運動或靜止的狀態(tài)。神經(jīng)網(wǎng)絡主要任務是總結(jié)是否是個停止標志。隨即，基于權(quán)重、經(jīng)過深思熟慮「概率向量」的概念出現(xiàn)。該案例中，該系統(tǒng)中 86% 的可能是停止標志，7% 的可能是速度限制標志，5% 的可能性是掛在樹上的風箏等等。這樣，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)便會告知神經(jīng)網(wǎng)絡是否正確。
但這個例子還是非常超前。因為直到最近，神經(jīng)網(wǎng)絡還是被人工智能研究所忽略。實際上，在人工智能出現(xiàn)之初，神經(jīng)網(wǎng)絡就已經(jīng)顯現(xiàn)了，在「智能」方面還是產(chǎn)生很小的價值。問題是甚至最基本的神經(jīng)網(wǎng)絡都是靠大量的運算。不過，多倫多大學的 Geoffrey Hinton 領(lǐng)導的一個研究小組始終專注于其中，最終實現(xiàn)以超算為目標的并行算法的運算且概念的證明，但直到 GPU 得到廣泛利用，這些承諾才得以實現(xiàn)。
回到之前「停止」標志的例子。神經(jīng)網(wǎng)絡是被調(diào)制或「訓練」出來的，并且不時遇到錯誤的應答。它所需要的就是訓練。需要呈現(xiàn)成百上千甚至上百萬的圖像，直到神經(jīng)元輸入的權(quán)重被準確調(diào)制，那么實際上每次都能得到正確的信息，無論是否有霧，無論晴天還是雨天。只有在那一點，神經(jīng)網(wǎng)絡才學會一個停止標志是什么樣的，F(xiàn)acebook 上你媽媽的臉是什么樣，又或者是吳恩達（Andrew Ng）教授 2012 年在 Google 上學習到的貓的樣子。
吳恩達的突破在于將這些神經(jīng)網(wǎng)絡顯著增大，增加了層數(shù)和神經(jīng)元，并通過系統(tǒng)的訓練運行大量的數(shù)據(jù)。在吳教授所舉案例中，數(shù)據(jù)就是 YouTube 視頻中 1000 萬張圖像。他將深度學習中添加了「深度」，也就是這些神經(jīng)網(wǎng)絡中的所有層。
通過在某些場景中深度學習，機器訓練的圖像識別要比人做得好：從貓到辨別血液中癌癥的指標，再到核磁共振成像中腫瘤。Google 的 AlphaGo 先是學會了如何下棋，然后它與自己下棋訓練。通過不斷地與自己下棋，反復練習，以此訓練自己的神經(jīng)網(wǎng)絡。
深度學習，賦予人工智能光明的未來
深度學習使得許多機器學習應用得以實現(xiàn)，并拓展了人工智能的整個領(lǐng)域。深度學習一一實現(xiàn)了各種任務，并使得所有的機器輔助變成可能。無人駕駛汽車、預防性醫(yī)療保健、甚至的更好的電影推薦，都觸手可及或即將成為現(xiàn)實。人工智能就在現(xiàn)在，也在未來。有了深度學習，人工智能可能甚至達到像我們暢想的科幻小說一樣效果。我拿走了你的 C-3PO，當然，你有《終結(jié)者》就行。
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