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商湯科技林達(dá)華:AI處于粗放型發(fā)展階段
一起惠2018-07-06 08:44:01371 次

7月5日消息,日前,在由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(CCF)、雷鋒網(wǎng)、香港中文大學(xué)(深圳)聯(lián)合舉辦的2018全球人工智能與機(jī)器人峰會(CCF-GAIR)上,商湯科技聯(lián)合創(chuàng)始人、香港中文大學(xué)-商湯科技聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任林達(dá)華教授,發(fā)表了題為“計(jì)算機(jī)視覺研究中的新探索”的演講,闡述了計(jì)算機(jī)視覺未來3~5年的研究方向。

林達(dá)華指出,人工智能在過去幾年的成功,它不是偶然的,也并不僅僅只是算法發(fā)展的結(jié)果,它是很多的因素歷史性地交匯在一起,促成了這波人工智能浪潮。

第一個(gè)是數(shù)據(jù),海量數(shù)據(jù)、運(yùn)用場景數(shù)據(jù)的積累,以及GPU的發(fā)展,計(jì)算能力大幅度的躍升,在這個(gè)基礎(chǔ)上,算法的進(jìn)展才帶來了今天人工智能的成功和在眾多應(yīng)用場景的落地。人工智能不是一個(gè)魔術(shù),從某種意義上它就是在龐大的數(shù)據(jù)量、在巨大的計(jì)算能力支撐下的性能進(jìn)步。

林達(dá)華表示,目前人工智能還處于粗放型發(fā)展階段,準(zhǔn)確率不是唯一的方向; 人工智能發(fā)展有多方面不同含義,比如效率、成本、質(zhì)量等等。

他還認(rèn)為,人工智能,其最終目的是要為我們的生活帶來便利,提高我們生活的質(zhì)量。但是最近幾年人工智能的發(fā)展好像走入了誤區(qū),人工智能的質(zhì)量跟準(zhǔn)確率是掛鉤的,但其實(shí)人工智能是有多個(gè)方面不同的含義,不僅僅是質(zhì)量,它的質(zhì)量其實(shí)是多個(gè)方面、多個(gè)層次的。

以下為林達(dá)華教授演講實(shí)錄:

今天非常榮幸能夠在這里分享港中文-商湯聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室過去幾年的工作。首先說明一下我并沒有直接地去參與商湯在商業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)作,所以大家如果要關(guān)心商湯什么時(shí)候上市,這個(gè)問題我是回答不了的。但是我能夠告訴給大家的是,商湯公司不是一天建成的,它今天的成功也不僅僅是三年半的努力,它是建立在它背后這個(gè)實(shí)驗(yàn)室18年如一日的原創(chuàng)技術(shù)積累。我們今天在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室所做的事情,它影響的不是商湯今天拿什么東西出去賺取利潤,而是商湯要做一個(gè)偉大的科技公司,在未來的3年、5年、10年要向什么地方走。

準(zhǔn)確率不是唯一的方向 目前人工智能還處于粗放型發(fā)展階段

在過去的8年時(shí)間中,計(jì)算機(jī)視覺可以說是取得了一個(gè)突破性的進(jìn)展,最重要的在技術(shù)上的進(jìn)展應(yīng)該是深度學(xué)習(xí)的引入。在這個(gè)領(lǐng)域有一個(gè)非常高級別的比賽叫做ImageNet。在2012年之前,這個(gè)錯(cuò)誤率都是比較高的,2012年以后由于深度學(xué)習(xí)的引入,經(jīng)歷了4年的黃金時(shí)期。在這4年的黃金期里面,ImageNet的錯(cuò)誤率從16%下降到了接近3%。

在這里我想問的一個(gè)問題是,深度學(xué)習(xí)確實(shí)在這幾年的黃金時(shí)期取得了突破性的進(jìn)展,但是不是說我們到了現(xiàn)在這個(gè)水平,計(jì)算機(jī)視覺的研究已經(jīng)終結(jié)了呢?從現(xiàn)在這個(gè)水平再往前看3年、5年、10年的時(shí)間,我們未來的研究方向應(yīng)該做什么?這是我們整個(gè)實(shí)驗(yàn)室,也包括商湯一直在思考的問題。

事實(shí)上如果要回答這個(gè)問題,我們可以看到,人工智能在過去幾年的成功,它不是偶然的,也并不僅僅只是算法發(fā)展的結(jié)果,它是很多的因素歷史性地交匯在一起,促成了這波人工智能浪潮。

第一個(gè)是數(shù)據(jù),我們的海量數(shù)據(jù)、運(yùn)用場景數(shù)據(jù)的積累,以及GPU的發(fā)展,計(jì)算能力大幅度的躍升,在這個(gè)基礎(chǔ)上,算法的進(jìn)展才帶來了今天人工智能的成功和在眾多應(yīng)用場景的落地。所以我在這里希望向大家傳遞的信息是,雖然大家看到人工智能的很多成功的故事,看到了算法方面的巨大進(jìn)展,但是人工智能不是一個(gè)魔術(shù),從某種意義上它就是在龐大的數(shù)據(jù)量、在巨大的計(jì)算能力支撐下的性能進(jìn)步。

這其實(shí)從某種意義上是一種非常粗放型的發(fā)展,大家都去追逐一個(gè)正確率,追求性能的目標(biāo)。最近幾年中國的公司在國際上所有比賽的榜單上都排到了前三名,但是這是以巨大的工程力量和資源投入為代價(jià)的,這種發(fā)展模式是不是可以持續(xù)?這是我們需要思考的問題?;仡櫳疃葘W(xué)習(xí)或者人工智能在過去幾年的發(fā)展,我覺得有很多的事情,我們還有很長的路需要走。

效率、成本、質(zhì)量 人工智能發(fā)展有多方面不同含義

在這里分享幾個(gè)方向的思考,第一,是學(xué)習(xí)的效率,是不是充分地把我們的計(jì)算資源使用起來。第二,我們面對巨大的數(shù)據(jù)成本,或者標(biāo)注成本,如何解決這個(gè)困境。最后,就是說我們雖然在榜單上拿到了99.9%的準(zhǔn)確率,但是這樣訓(xùn)練出來的模型是不是真正滿足我們的生活或者社會生產(chǎn)的需要?這些都是我們要把人工智能落地,推向更快、更好發(fā)展需要解決的問題。

首先我們講第一個(gè)方面,效率。

我剛才說過,我們現(xiàn)在基本上是用粗放型的方法發(fā)展,就靠堆積數(shù)據(jù)、堆積計(jì)算資源,去獲得很高的性能,是資源的競爭,而不是效率的競賽。但是我們未來要怎么發(fā)展,就需要進(jìn)一步回顧我們現(xiàn)在的模型和技術(shù)的模式,看看還有沒有優(yōu)化的空間。優(yōu)化的原理非常簡單,就是把好鋼用在刀刃上。

舉一個(gè)具體的例子,我們在幾年前就開始進(jìn)入了視頻領(lǐng)域,視頻是一個(gè)非常需要效率的地方,視頻的數(shù)據(jù)量非常龐大,一秒鐘的視頻就是24幀,一分鐘的視頻就差不多是1500幀,基本上相當(dāng)于一個(gè)中型的數(shù)據(jù)。利用傳統(tǒng)的處理圖像集的方式去處理視頻顯然是不合適的。

在2013、2014年的時(shí)候大部分的視頻分析方法采取的是比較簡單的方式,每一幀都拿出來跑一個(gè)卷積網(wǎng)絡(luò),最后把它集成綜合到一起進(jìn)行判斷。雖然說過去幾年計(jì)算資源發(fā)展非???,但是GPU的顯存還是有限的,如果每一層都放到CNN去跑,GPU顯存只能容納10幀到20幀左右,一秒鐘的視頻就把GPU充滿了,是沒辦法對長時(shí)間的視頻進(jìn)行分析的,這是一種非常低效的模式。

我們知道視頻相鄰幀之間是非常相似的,這一幀跑一次,下一幀再跑一次,大量的計(jì)算浪費(fèi)掉。我們看到了這個(gè)重復(fù)計(jì)算的低效,我們把這個(gè)采樣方法重新進(jìn)行了改變,改用了稀疏采樣,無論多長的視頻進(jìn)來,我都劃分成等長的段落,每一段只取一幀或幾幀出來,這樣我就能對視頻有一個(gè)完整的時(shí)間范圍覆蓋,自然分析出來的結(jié)果也會有比較高的可靠性和準(zhǔn)確性。憑借這個(gè)網(wǎng)絡(luò),我們拿到2016年ActivityNet的冠軍,現(xiàn)在很多實(shí)際中使用的長視頻分析架構(gòu),都已經(jīng)采用了這種稀疏采樣的想法。

在這之后我們進(jìn)一步拓展我們的研究領(lǐng)域,不僅僅是做這個(gè)視頻理解,我們還進(jìn)一步做在視頻里面的物體的檢測。這也帶來一個(gè)新的困難,之前做分類識別,我們可以分段,每一段拿出來會獲得一個(gè)大體上的理解。但是物體檢測沒辦法這么做,每一幀都需要把物體的位置輸出出來,在時(shí)間上是不能稀疏的。這一頁slide顯示了我們在2016年ImageNet比賽視頻物體檢測項(xiàng)目取得冠軍的網(wǎng)絡(luò),具體細(xì)節(jié)我不說了,基本上就是把每一幀的特征拿出來,判斷它的類型是什么,對物體框的位置做出調(diào)整,然后把它串起來。這里面需要每一幀都要處理,當(dāng)時(shí)最厲害的GPU每秒鐘只能處理幾幀,需要大量的GPU才能把這個(gè)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練出來。

我們希望把這樣一個(gè)技術(shù)用在實(shí)際場景,希望得到一個(gè)實(shí)時(shí)性的物體檢測的框架,要是我們每一幀都是按剛才的方法處理,需要140毫秒,是完全沒有辦法做到實(shí)時(shí),但是如果稀疏地去采,比如說每20幀采一次,中間的幀怎么辦呢?

大家可能想到用插值的方法把它插出來,但是我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法對準(zhǔn)確度影響很大,隔10幀采一次,中間的準(zhǔn)確度差距很大。在新提出的方法里,我們利用幀與幀之間相互的關(guān)系,通過一個(gè)代價(jià)小得多的網(wǎng)絡(luò)模塊,只需要花5毫秒,在幀與幀之間傳遞信息,就能很好地保持了檢測精度。這樣我們重新改變了做視頻分析的路徑之后,整體的代價(jià)就得到了大幅度的下降。這里面沒有什么新鮮的東西,網(wǎng)絡(luò)都是那些網(wǎng)絡(luò),只是說我們重新去規(guī)劃了視頻分析的計(jì)算路徑,重新設(shè)計(jì)了整個(gè)框架。

大家可以看看結(jié)果。上面是7毫秒逐幀處理的,我們2016年比賽就是用的這個(gè)網(wǎng)絡(luò),后面我們經(jīng)過改進(jìn)之后,超過62幀每秒,而且它的結(jié)果更加可靠、更加平滑,因?yàn)樗褂昧硕鄮g的關(guān)聯(lián)。

同樣我們商湯在做自動駕駛,需要對駕駛過程中的場景自動地進(jìn)行理解和語義分割,這也是一個(gè)非常成熟的領(lǐng)域。但大家的關(guān)注點(diǎn)一直沒到點(diǎn)子上,大家關(guān)注的是分割的準(zhǔn)確率,像素級的準(zhǔn)確率,這是沒有意義的。我們真正在做自動駕駛,關(guān)心的是人在你車前的時(shí)候,你有多快的速度判斷出有個(gè)人在那里,然后做出一個(gè)非常緊急的處理。所以在自動駕駛的場景,判斷的效率、判斷的速度是非常重要的。之前的方法處理每一幀要100多毫秒,如果真有一個(gè)人出現(xiàn)在車前面,一個(gè)緊急情況發(fā)生在前面的話,是來不及做出反應(yīng)的。

利用剛才所說的方法,我們重新改造了一個(gè)模型,充分地使用了幀與幀之間的聯(lián)系,我們可以把每一幀處理的效能從600毫秒降低到60毫秒,大幅度地提高了這個(gè)技術(shù)對于突發(fā)情景響應(yīng)的速度。這里面其實(shí)也是使用了剛才類似的方法,技術(shù)細(xì)節(jié)就不說了。

其次,我們講第二個(gè)方面,成本。

剛才是說效率上我們怎么可以提高,接下來是數(shù)據(jù)成本。我們經(jīng)常開玩笑說,人工智能是先有人工再有智能,有多少人工就有多少智能。所以今天我們有人工智能的繁榮,我們不應(yīng)該忘記在背后有成千上萬像這樣的人在背后默默地奉獻(xiàn),這就是我們數(shù)據(jù)的標(biāo)注員。一些大的公司,有上萬人的標(biāo)注團(tuán)隊(duì),這對人工智能發(fā)展來說也是一個(gè)巨大的成本。

怎么樣把這個(gè)成本降低下來?這也是我們每天都在思考的事情。既然有很多東西我們沒辦法用人去標(biāo)注的話,我們是不是可以換一個(gè)思路,從數(shù)據(jù)、場景里面去尋求本身就蘊(yùn)涵的一些標(biāo)注信息?

這是我們?nèi)ツ甑囊粋€(gè)工作,也是發(fā)表在CVPR上,這里面我們嘗試一種全新的方式去學(xué)習(xí),我們圖片的標(biāo)注成本非常高,每張圖片不僅要標(biāo)注出來,還要把框框出來,以前我們要識別動物,要人工標(biāo)很多動物,但是以前我們小時(shí)候?qū)W習(xí)動物,不是說老師給我一個(gè)圖片,給我一個(gè)有框的東西去學(xué)的,我們是看《動物世界》去學(xué)的,這個(gè)方式就促使我們想到一個(gè)方法,我們能不能看《動物世界》,把所有的動物找到。這里面有一個(gè)天然的聯(lián)系,紀(jì)錄片上有字幕,字幕上有文字,可以把它和視覺上的場景連接在一起,是不是可以自動學(xué)出來,為了這一點(diǎn),我們設(shè)計(jì)了框架,把它的信息幾何方面的聯(lián)系,以及視覺跟文本之間的聯(lián)系建立起來,最后我們得到了一個(gè)這樣的結(jié)果。

這是我們在沒有任何人工干預(yù)的情況下獲得的幾十種動物的非常精確的識別,沒有任何的標(biāo)注,就是看《動物世界》,看《國家地理》雜志。

除此之外,我們現(xiàn)在做人臉識別,有大量的人臉數(shù)據(jù)要標(biāo)注,這里面有一些天然的數(shù)據(jù)就是我們的家庭相冊里面有很多人,這些相冊雖然沒有標(biāo)注,但是里面蘊(yùn)涵了很多信息。這是經(jīng)典電影《泰坦尼克》的一個(gè)鏡頭,如果大家只是看人臉很難看出這上面兩個(gè)人是誰,但是我們往下走可以看到右邊是Rose,但是左邊這個(gè)穿西裝的還是看不清楚是誰,這時(shí)候如果我們把這個(gè)電影背后的場景識別出來,你會發(fā)現(xiàn)Jack和Rose經(jīng)常出現(xiàn)在同一個(gè)場景里,這時(shí)候基于這種社交互動的信息,我們可以自動判斷這個(gè)穿黑衣服的男生可能是Jack。我們通過人臉不經(jīng)過標(biāo)注的情況下,就提供了大量的有意義的數(shù)據(jù)。在這項(xiàng)新工作中,我們還有效地利用了時(shí)間上的關(guān)聯(lián),一個(gè)人從街道這邊走到那邊,人臉的樣子會發(fā)生很大的變化,我們還是可以判斷是同一個(gè)人。

最后,是關(guān)于質(zhì)量。

我們說人工智能,它其實(shí)最終目的是要為我們的生活帶來便利,提高我們生活的質(zhì)量。但是我們最近幾年人工智能的發(fā)展好像走入了誤區(qū),認(rèn)為人工智能的質(zhì)量跟準(zhǔn)確率是掛鉤的,但其實(shí)我們覺得人工智能是有多個(gè)方面不同的含義,不僅僅是質(zhì)量,它的質(zhì)量其實(shí)是多個(gè)方面、多個(gè)層次的。

給大家看幾個(gè)例子,這是最近幾年特別火的一個(gè)研究領(lǐng)域,就是給一張照片看圖說話,讓計(jì)算機(jī)自動生成一個(gè)描述,這是用我們最新的方法得到的結(jié)果,大家可以看一下。

大家可以看到三張不同的圖放出來,我們用最好的這種模型,它會說同一句話,而且這句話在標(biāo)準(zhǔn)的測試上分?jǐn)?shù)都非常高,是沒有任何問題的,但我們放在一起看的時(shí)候發(fā)現(xiàn)人不是這樣說話的,我們描述一張圖片的時(shí)候,即使同一張圖片,不同的人都會說不同的東西。這就是我們在追求識別的時(shí)候忽略掉的另外的品質(zhì),包括它的自然性和它的特性。

為了解決這個(gè)問題,我們在去年另外一個(gè)工作上提出了一個(gè)新的方法,它不再把這個(gè)內(nèi)容看成一個(gè)翻譯問題,它把它看成一個(gè)從概率分布中采樣的問題,它承認(rèn)多樣性,每個(gè)人看到一張圖片會說不同的話,我們希望把這個(gè)采樣過程學(xué)習(xí)出來。關(guān)于這個(gè)模型具體的細(xì)節(jié),大家可以看相關(guān)的論文。這里可以看到這個(gè)結(jié)果,同樣的三張圖,我們可以看到它出來了三句更加生動的,能夠很好地描述這個(gè)圖里特征的語句。

最后我們把這個(gè)工作再往前推進(jìn)了一下,我們既然能夠生成一句話,我們也就能生成一段動作。這是我們最近做的,我們在想,我們既然能夠生成很生動的一句話,我們是不是能生成一個(gè)很生動的舞蹈。第一步我們先生成一些簡單的動作,大家在這里看到的所有這些都是計(jì)算機(jī)自己生成出來的,不是我們寫個(gè)程序把它描述出來的。這個(gè)更精彩一點(diǎn),也是純計(jì)算機(jī)自動生成。

對剛才的分享,我再總結(jié)一下,在過去幾年,我們看到人工智能也好,深度學(xué)習(xí)也好,有一個(gè)非常突飛猛進(jìn)的發(fā)展,這種發(fā)展是體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集上準(zhǔn)確率的提升,體現(xiàn)在很多商用場景的落地。

但是我們回過頭來看這一段發(fā)展的歷程,我們可以看到其實(shí)我們在朝著GDP、準(zhǔn)確率高歌猛進(jìn)的過程中,其實(shí)遺忘了很多東西,我們的效率是不是足夠高,我們是不是在透支數(shù)據(jù)標(biāo)注的成本,我們訓(xùn)練出來的模型是不是真正能夠滿足現(xiàn)實(shí)生活中對品質(zhì)的要求,從這些角度來看,我覺得我們也剛剛在起步。雖然我們實(shí)驗(yàn)室還有世界上其它很多實(shí)驗(yàn)室的探索取得了一些重要的進(jìn)展,但是我們還僅僅是處在一個(gè)起步的階段,在我們的前面還有很長的路要走,希望跟大家共勉。

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