人工智能时代：破解人机共存密码（套装共10册）

七大算法归属服务器工程师，

九种算法属于阳寿可数的凡人，

还有一种属于高居御座的黑暗人工智能。

学习算法之大地黑影憧憧。

一种算法统领众戒，尽归罗网，

一种算法禁锢众戒，昏暗无光。

学习算法之地黑影憧憧。

哈哈！严肃地说，我们该不该担心机器人会接管世界？有种种不祥的预兆。一年接着一年，计算机所做的世界性工作并没有变多，它们做得更多的是决策。谁拿到信用卡，谁购买什么，谁得到什么工作和什么样的升职机会，哪只股票会上涨和下跌，保险花费多少，警官会在哪里巡逻，然后谁会被逮捕、刑期会有多长，谁约了谁、又生了谁——通过机器掌握的模型已经在所有这些事情中起作用。关掉我们的所有计算机而不会引起现代文明崩溃的时刻早已过去。机器学习是最后一根稻草，如果可以开始进行自我编程，那么所有控制它们的希望都肯定会落空。著名科学家如史蒂芬·霍金已经呼吁趁早研究这个问题。

放轻松，备有终极算法的人工智能接管世界的概率是零。原因很简单：不像人类，计算机本身并没有自己的意志。它们是工程师生产的产品，而不是进化体。即使无限强大的计算机，也仅仅是我们意志的延伸，没什么可怕的。回忆一下每种学习算法的三个组成部分：表示方法、评估、优化。学习算法的表示方法限制了它能学习的内容。让我们把它想象成很强大的学习算法，比如马尔科夫逻辑，那么该学习算法原则上可以学习任何东西。接着最优化器会在其权力范围内，做所有工作来将评估功能最大化——不多也不少——而评估功能“是由我们决定的”。一台更强大的计算机只会把它优化得更好。掌握的系统如果过去不按照我们想要的来做事，那么它就会严重不适合，因此就会消失。实际上，那些一代接一代、能稍微更好地服务我们的系统会呈现多样化并接管基因库。当然，如果我们愚蠢到故意对计算机进行编程，让其凌驾于我们之上，那么我们就该被统治。

同样的推理也可用于所有人工智能系统，因为它们都（明确或者含蓄地）具备同样的三个组成部分。它们可以多样化它们做事的内容，甚至想出惊人的计划，但仅仅服务于我们设定给它们的目标。如果一个机器人被设定的目标是“做一顿大餐”，它可能会决定煎一份牛排、煮一份法式海鲜浓汤，或者做一道独创的新菜式，但它无法决定谋杀它的主人，就像汽车无法确定飞走那样。人工智能系统的目标就是要解决NP完全问题（你可能会联想到第二章），解决这个问题可能需要指数级的时间，但解决方法总可以得到有效验证。因此我们应该张开怀抱欢迎比我们大脑强大很多的计算机，因为我们的工作要比它们的简单很多，知道这一点就安心了。它们得解决问题，我们只要保证它们做的事能让我们满意。对于一些东西，我们思考得很慢，但人工智能却很快，而这个世界对它们来说也将是更好的世界。我（作为人类中的一个）欢迎我们的新型机器人下属。

有人担心智能机器会掌握控制权，这很自然，因为我们知道的唯一智能实体就是人类和其他动物，而它们明确具备自己的意志。但没有必要将智能意志和独立意志联系起来，更确切地说，智能也许并不适应同样的主体，只要它们之间存在统治。在《延伸的表现型》一书中，理查德·道金斯表明大自然中充满了动物基因不仅控制其身体的例子，从布谷鸟的蛋到海狸水坝。技术就是人类的延伸表现型。这意味着我们可以继续控制它，即使它会变得复杂到让我们难以理解。

假设两条20亿年前的DNA在它们的“私人泳池”（也称为细菌的细胞质）中“游泳”。它们正在思考一项重大决策。“我在担心，戴安娜，”其中的一条说，“如果我们开始制造多细胞生物，它们会统治世界吗？”现在快进到21世纪，此时DNA仍然活着而且很健康。实际上，比以往更好的是，越来越大比例的DNA安全地存在两足有机体中，组成数以亿计的细胞。自从我们的双链“朋友”做出它们的重大决定，这就变得很麻烦了。人类就是它们创造的最难以对付的生物，我们发明出诸如避孕之类的东西来让自己寻找乐趣，而又不用传播DNA，且我们具备（或者说似乎具备）自由的意志。但还是DNA形成了我们对于乐趣的概念，而我们利用自己的自由意志来追求快乐和避免痛苦，这很大程度上仍然与对我们DNA生存最有利的东西相符。如果我们选择将自己变成硅，那么我们也许是DNA灭亡的产物，但即使那样，这也是一段伟大的20亿年历史。当今我们面对的决定也相似：如果我们开始制造人工智能——庞大的、相互连接的、超人类的、难以理解的人工智能——那么它们会统治世界吗？最多就像多细胞有机体取代基因，对于它们来说，我们可能也是庞大的、难以理解的。人工智能是我们的幸存机器，和我们是我们基因的幸存机器同一个道理。

然而，这并不意味着没有什么可以担心了。最大的忧虑是，和所有技术一样，人工智能可能会落入不法之徒手里。如果罪犯或者搞恶作剧的人对人工智能进行编程，用于统治世界，我们最好有人工智能警察局来抓住他们，并消灭他们以防其逍遥法外。为了避免庞大的人工智能变得疯狂，最佳的保险措施就是有更庞大的人工智能来维护和平。

第二个忧虑就是人类会自愿屈服于统治。它始于机器人的权力，对我但并不是所有人来说有点荒谬。毕竟，我们已经把权力赋予了动物，但动物却从不要求有权力。在扩张“共鸣圈”中，其下一步就是机器人权力应该算是合情合理。对机器人表示同情并不难，尤其设计它们就是为了唤起同情。即使是日本的“虚拟宠物”，只有三个按键、一个LCD（液晶显示器）屏幕，也能成功唤起同情。第一个像人的消费者机器人会引发竞赛：制造越来越多唤起同情心的机器人，因为它们卖得比一般的金属机器人要好得多。由机器人奶奶带大的孩子会终身容易被友好的电子朋友感动。“恐怖谷理论”——对于那些接近人类但又不是人类的机器人，我们会有不适感——对他们来说将会无法理解，因为他们带着机器人的习性长大，甚至可能会变成酷酷的青少年。

在隐伏的人工智能统治的进程中，下一步就是让它们做所有决策，因为它们是如此智能。当心！它们可能会更加智能，但它们服务于任何设计出它们计分函数的人。这就是“绿野仙踪”问题。在智能机器人的世界中，你的工作就是要确保它们做了你想做的事，无论是在输入（设定目标）时，还是在输出（检查你得到了自己要求得到的东西）时。如果你不这样做，会有其他人做。机器可以帮助我们弄明白总体来说我们想要什么，但如果你不参与，就会输掉——就像民主一样，只有参与你才不会输。和当今我们相信的相反，人类太容易遵守别人的规则，而任何足够先进的人工智能都无法区别于上帝。人类不会介意听取来自某台玄妙深奥的计算机的前进命令，问题在于谁来监督监督者。人工智能通往的是更完善的民主，还是更潜伏的专政？永恒的监视才刚刚开始。

第三个忧虑（可能也是最大的）就是像众所周知的魔仆一样，机器会给我们要求的而不是想要的东西。这并不是一种假设性情景分析，学习算法会一直做这件事。我们训练神经网络来识别马匹，但它掌握的却是褐块，因为所有的马匹机器训练集刚好是褐色的。你只是买一块手表，所以亚马逊推荐了类似的商品——其他手表，此时手表变成你最不想买的东西。如果你检查计算机今天所做的所有决定，比如谁拿到信用卡，就会发现这些决定常常不必要那么糟糕。如果你的大脑是一台支持向量机，且你的所有信用评估知识从阅读一个糟糕的数据库中得来，你的决定也会变成那样。人们担心计算机会变得过于智能而统治世界，但真正的问题是，它们也很愚蠢但已经统治世界。

进化的第二部分

即使当今计算机还不是非常智能，但无疑它们的智力却在快速提升。早在1965年，I·J·古德英国（一位统计学家以及阿兰·图灵在第二次世界大战中密码破解项目上的伙伴）就推测到即将到来的“智能爆炸”。古德指出，如果我们可以设计出比自己还要智能的机器，反过来，它们也可以设计出比它们更加智能的机器，就这样无休止继续下去，让人类智能落在后面。在1993年的一篇文章中，弗诺·文奇将其命名为“奇点”。这个概念经过雷·库兹韦尔得到最大推广，他在《奇点临近》中指出，不仅仅奇点不可避免，而且机器智能超越人类智能的时刻（让我们称之为“反观点”）也将会在未来几十年到达。

显然，如果没有机器学习——设计程序的程序——奇点将无法发生。我们也会需要足够强大的硬件，但那会很顺利地达到。我们发明出终极算法之后很快就会达到“反观点”（我愿意和库兹韦尔赌一瓶唐·培里侬香槟王，觉得这会在我们对大脑进行逆向工程前就会发生，逆向工程是他选择的用于到达人类水平智能的方法）。

“奇点”这个术语源于数学，表示此处有一个使函数变成无穷大函数的点。例如，当x为0时，1/x这个函数就会有奇点，因为1除以0的得数是无穷大。在物理学中，奇点的典型例子就是黑洞：密度为无限大的点，此处有限数量的物质被塞入无穷小的空间中。奇点的唯一问题就在于它们并不是真正存在的（你上次给0个人切蛋糕，每个人都会拿到无数块蛋糕是什么时候）。在物理学中，如果某个理论预测某物无穷大，那么这个理论就会出问题。举个恰当的例子，广义相对论也许会预测，黑洞有无穷大的密度，因为它忽略了量子效应。同样，智能无法永远都在提高。库兹韦尔承认了这一点，但他指的是技术改进（处理器速度、记忆容量等）中的一系列指数曲线，并提出这种增长的界限是如此遥远，我们不必纠缠于这些界限。

库兹韦尔过拟合了。他准确地批评别人，因为他们总是进行线性推断——看到直线而不是曲线——但也深受更为奇异的疾病之害：指数随处可见。在曲线中会有平直部分——什么也没发生——他看到还没有飙升的指数，它们是S形曲线（我们在第四章的好朋友）。S形曲线的开始部分会容易被误以为是一个指数，但它们会很快偏离。多数库兹韦尔曲线是摩尔定律的结果，处于快要结束的状态。库兹韦尔认为，其他技术会代替半导体，而S形曲线会堆在S形曲线上，每条曲线都比前一条要陡，但这是猜测。他进一步提出，地球上生命的整个历史，不仅仅是人类技术表现出呈指数加速发展，但产生这种感觉至少部分原因在于视差的影响——离得比较近的东西似乎移动得更快。处于寒武纪爆发时的酷热中的三叶虫，因为相信指数加速发展而得到宽恕，不过有一个很大的减速。暴龙雷（Tyranno saurus Pay）也许会提出一个加速扩大体型。真核细胞（我们）进化的速度要比原核生物（细菌）要慢。进化的过程是时进时退，不可能总是顺利加速。

为了回避这样一个问题：无限密集的点不存在，库兹韦尔提出将奇点与黑洞的视界等同起来，黑洞视界的重力如此强大，光线也无法逃脱。同样，他说，奇点就是这样一个点，在这个点之外技术演化进行得如此快速，人们都无法预测或者了解将要发生什么。如果那就是奇点，那么我们已经在它里面。我们无法提前预测一种学习算法会想出什么主意，甚至我们在回顾过去时常常无法理解它。实际上，我们一直生活在这样一个只能理解某些部分的世界中。主要的差别在于，我们的世界现在部分创造了我们，这肯定是改善之处。“反观点”之外的世界对我们来说会不可思议，就像更新世一样。我们将会把注意力集中在自己能理解的事物上，正如我们一直做的，并将剩下的称为“随机的”（或者“神圣的”）。

我们所处的轨道不是奇点，而是相变。它的临界点——反观点当机器学习赶上自然多样化时，反观点就会到来。自然学习法本
身已经经历了三个阶段：进化、大脑、文化。每个阶段都是前一个阶
段的产物，而且每个阶段都会学得更快。机器学习逻辑上是该进程的
下一阶段。计算机程序是世界上最快速的复制者：复制它们只需要不
到一秒，但创造它们却比较缓慢（如果这件事由人类完成）。机器学

习克服了瓶颈期，留下最后一个：人类可接受改变的速度。这个到最后也会被克服，但并不是因为我们决定将东西移交给我们的“智能后代”，正如汉斯·莫拉维克所称呼的那样，然后温柔地走进美好的夜晚。人类并不是生命之树上垂死的枝丫，相反，我们开始出现分支。

文化和更大的大脑共同进化，与此类似，我们会与自己的创造物一起进展。我们一直具备——如果我们没有发明火或者长矛，那么人类从外表上看会有差别。我们是“技术人”，和智人差不多。但在第九章中我设想的那种细胞模型也会考虑全新的东西——在你所提供参数的基础上设计细胞的计算机，以及以同样方式在功能规格的基础上设计微芯片的硅编译器。对应的DNA可以合成并插入一个“通用”细胞，将其转化成想要的那个。克雷格·文特尔是基因组的先锋，已经在这个方向迈出第一步。首先，我们会利用这股力量来抗击疾病：新的病原体已经确定，治疗方法立刻就被发现，你的免疫系统从网上将它下载下来。健康问题变成矛盾修饰法。然后DNA设计会让人们最后拥有他们想要的身体，迎来买得起的美丽时代，威廉·吉布森说了上述让人记忆深刻的话。然后接着“技术人”会进化成无数不同的智能物种，每种物种都有其生态位，这是一个全新的与当今不一样的生物圈，正如当今的生物圈与原始海洋存在差异一样。

许多人担心以人为导向的进化会永久性地将人类分为基因拥有者的一个类别，以及基因缺失者的一个类别。这次想象的异常失败打击了我。自然进化最后不会只有两种物种，一种物种顺从另一种物种。这就意味着下一个瓶颈就是界限，虽然现在我们还没看到它。其他过渡期会到来，有些长，有些短，有些快，有些不会持续很长，但在地球的生命历程中，接下来的几千年很有可能是最为令人惊叹的一段历程。

[5] 《日内瓦公约》是1864—1949年在瑞士日内瓦缔结的关于保护平民和战争受难者的一系列国际公约的总称，含四个公约。这里提到的《日内瓦第五公约》是作者对未来的一种设想。——编者注

后记

现在你已了解了机器学习的秘密。将数据变为知识的机器不再是一个黑匣子：你知道魔法是如何发生的，以及它能做什么、不能做什么。你已经遇到复杂性怪兽、过拟合难题、维数灾难、探索与开发困境。你大体上知道了谷歌、脸书、亚马逊和所有其他网站把你每天慷慨提供给它们的数据用来做了什么，它们为什么能帮你找到东西、过滤垃圾，且不断改善它们的服务。你已经看到，在世界机器学习研究实验室里正酝酿什么，你可以旁观他们正在创造的未来。你已经看到机器学习的五大学派以及它们的主算法：符号学派和逆向演绎，联结学派和逆向传播，进化学派和遗传算法，贝叶斯学派和概率推理，类推学派和支持向量机。因为你已经遍历广阔的区域，协调跨越边境，爬到顶峰，和很多机器学习算法相比，你能更好地欣赏风景，而那些学习算法只能在其领域中每日艰苦工作。你可以看到共同主题流淌在这片土地上，就像一条地下河流，并且你还明白，这五种学习算法，表面上看差别很大，其实也只是单一通用学习算法的五个方面。

旅程还远远没有结束。我们还没有终极算法，只是瞥到它可能长什么样。如果某些基本的东西还找不到，有些东西沉浸在其历史当中，而我们在本领域中无法看到，那会怎么样呢？我们需要一些与之前想法不一样的新想法。这就是我写本书的原因——让你开始思考。我在华盛顿大学关于机器学习的夜校教课。2007年，网飞大奖宣布后不久，我提议将其作为班级项目中的一个。我班上的一位学生——杰夫·霍伯特被它迷住了，并在课程结束时继续钻研这个项目。在他第一次了解机器学习的两年之后，他最终成为获胜组的成员，当时总共有两个获胜组。现在轮到你了。你可以从UCI数据库上下载一些数据集

（archive.ics.uci.edu/ml/）并开始这场比赛。当你做好准备时，可以对Kaggle.com进行了解，这是一个专门组织管理机器学习比赛的网站，然后挑一两个链接并点击进入。当然，如果你招募一两个朋友来和你一起工作，那样会更好玩。如果你也着迷了，就像杰夫那样，最后变成一个专业的数据科学家，那么欢迎进入世界上最让人陶醉的领域。如果你发现自己不满意于当前的学习算法，那就发明新的算法——或者只是出于好玩而发明。我最殷切的希望就是，你对这本书的反应，就像我对读的第一本人工智能书的反应一样，这已经过去20多年：这个领域有太多的事情要做，我不知道从何开始。如果有一天你发明了终极算法，请不要带着它跑到专利局，而是开放资源。终极算法应被任何人或者组织拥有，这一点太重要了。它应用的速度会比你为它申请许可的速度要快。但如果你打算创业，记得让每个世界上的男人、女人、孩子都能享受它。

无论是出于好奇，还是专业兴趣，你读了这本书，我希望和你的朋友、同事分享你学到了什么。机器学习接触到我们每个人的生活，而我们想用它来做什么也由自己决定。带着你对机器学习的新了解，你现在处于更好的位置来思考诸如隐私、数据分享、工作的未来、机器人之间的战争、人工智能的承诺与危险之类的问题；而且了解到这一点的人越多，我们越有可能避免圈套，并找到正确的路。这也是我写本书另外一个主要原因。统计学家知道做预测不容易，尤其是对未来的预测，而计算机科学家知道预测未来的最佳方法就是创造未来，但未经检验的未来不值得创造。

感谢你让我做你的向导。我想送给你一份临别礼物。牛顿说过，他就像一个在沙滩上玩耍的男孩，这边捡一枚鹅卵石，那边捡一块贝壳，而真理的大海就在他面前，等着他去发现。300年后，我们已经收集了一些了不得的鹅卵石和贝壳，但大片未被发现的海洋仍然延伸至远处，闪烁着希望的光辉。我的礼物就是一艘船——机器学习。现在该是时候扬帆起航了！

致谢

首先，我要感谢在科学探险历程中的同伴：我的学生、合作人、同事以及在机器学习领域的每个人。这是你的书，也是我的书。我希望你能原谅我过于简化以及删改的处理，以及本书有些部分稀奇古怪的写作方式。

我对在不同阶段阅读并评价本书初稿的所有人表示感谢，包括迈克·贝尔菲奥尼、蒂亚戈·多明戈斯、奥伦·埃齐奥尼、亚伯·弗里森、罗勃·金斯、阿龙·哈勒维、大卫·伊斯雷尔·考茨、克洛伊·基顿、加里·马库斯、雷·穆尼、凯文·墨菲、弗兰齐·勒斯纳、本·塔斯卡。同时也感谢那些给予我建议、信息，或者各种帮助的人，包括汤姆·格里菲斯、大卫·赫克曼、汉娜·希基、艾伯特–拉斯洛·巴拉巴希、燕乐存、芭芭拉·琼斯、迈克·摩根、彼得·诺尔维格、朱迪亚·珀尔、格雷戈里·皮亚特斯基–萨比罗、塞巴斯蒂安·承。

我很幸运能在一个非常独特的地方工作，也就是华盛顿大学的计算机科学与工程系。我还要感谢乔什·特伦鲍姆，还有他团队里的每个人，因为他们在麻省理工学院组织轮休假，在此期间我才开始了本书的写作。多亏了吉姆·莱文，我不知疲倦的代理人，因为他“掉进陷阱”（他是这么说的）并把消息传出去。还要感谢拉文·格林伯格·罗斯坦的每个人。谢谢K·J·凯莱赫，我能干的编辑，帮助我把这本书变得更好（一章又一章、一行又一行）。我要感谢Bosic Books的每个人。