2018新年快乐!这是份值得收藏的2017年AI与深度学习要点大全

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2018-01-01
原文链接:igeekbar.com


2017已经正式离我们远去~ ~ ~


过去的一年里,感谢各位Geek朋友们的陪伴 ,也有很多值得梳理记录的内容~ ~ ~博客WILDML的作者、曾在Google Brain做了一年Resident的Denny Britz,就把他眼中的2017年AI和深度学习的大事,进行了一番梳理汇总。


小编将概要摘录如下,详情可前往原文查看:

原文地址:查看


强化学习称霸人类游戏

如果说2016年AlphaGo击败李世乭之后,大家对它的棋坛地位还有些许怀疑的话,2017年击败柯洁,让它成了毫无疑问的围棋霸主。


作为一个强化学习Agent,它的第一个版本使用了来自人类专家的训练数据,然后通过自我对局和蒙特卡洛树搜索的改进来进化。


不久之后,AlphaGo Zero更进一步,使用了之前一篇论文Thinking Fast and Slow with Deep Learning and Tree Search提出的技术,从零开始下围棋,在训练中没有用到人类对局的数据。


如果说2016年AlphaGo击败李世乭之后,大家对它的棋坛地位还有些许怀疑的话,2017年击败柯洁,让它成了毫无疑问的围棋霸主。


作为一个强化学习Agent,它的第一个版本使用了来自人类专家的训练数据,然后通过自我对局和蒙特卡洛树搜索的改进来进化。


不久之后,AlphaGo Zero更进一步,使用了之前一篇论文Thinking Fast and Slow with Deep Learning and Tree Search提出的技术,从零开始下围棋,在训练中没有用到人类对局的数据。



相关论文:

AlphaGo
https://storage.googleapis.com/deepmind-media/alphago/AlphaGoNaturePaper.pdf
AlphaGo Zero
https://www.nature.com/articles/nature24270.epdf
AlphaZero
https://arxiv.org/abs/1712.01815
Thinking Fast and Slow with Deep Learning and Tree Search
arxiv.org/abs/1705.08…



AI今年取得重大进展的游戏不止围棋。CMU研究人员的Libratus(冷扑大师)在20天的一对一无限注德州扑克比赛中,击败了人类顶级扑克玩家。


再早些时候,查尔斯大学、捷克技术大学和加拿大阿尔伯塔大学开发的DeepStack,首先击败了专业德扑玩家。


有一点值得注意,这两个程序玩的都是一对一扑克,也就是两名玩家之间的对局,这比多人游戏更容易。2018年,我们很可能看到算法在多玩家扑克上取得一些进步。

Libratus论文:
science.sciencemag.org/content/ear…


用强化学习玩人类游戏的下一个领域,似乎是更复杂的多人游戏,除了多人扑克之外,还有星际争霸、DotA等等。DeepMind正在积极研究星际争霸2,发布了相关的研究环境。

星际争霸2研究环境

而OpenAI在DotA中单比赛中取得了初步的成功,玩转5v5游戏,是他们的下一步目标


进化算法回归

对于监督学习来说,基于梯度的反向传播算法已经非常好,而且这一点可能短期内不会有什么改变。


然而,在强化学习中,进化策略(Evolution Strategies, ES)似乎正在东山再起。因为强化学习的数据通常不是lid(独立同分布)的,错误信号更加稀疏,而且需要探索,不依赖梯度的算法表现很好。另外,进化算法可以线性扩展到数千台机器,实现非常快的平行训练。它们不需要昂贵的GPU,但可以在成百上千便宜的CPU机器上进行训练。


2017年早些时候,OpenAI的研究人员证明了进化策略实现的性能,可以与Deep Q-Learning等标准强化学习算法相媲美。

相关论文:
https://arxiv.org/abs/1703.03864


年底,Uber内部一个团队又连发5篇论文,来展示遗传算法和新颖性搜索的潜力。他们使用非常简单的遗传算法,没有任何梯度信息,学会了玩各种雅达利游戏。他们的进化算法在Frostbite游戏中达到了10500分,而DQN、AC3、ES等算法在同样的游戏中得分都不到1000。


很可能,2018年我们会在这个方向看到更多的工作。


WaveNets,CNNs以及注意力机制

谷歌的Tacotron 2文本转语音系统效果令人印象深刻。这个系统基于WaveNet,也是一种自动回归模型,也被部署于Google Assistant之中,并在过去一年得到快速提升。

远离昂贵且训练漫长的回归架构是一个更大的趋势。在论文Attention is All you Need里,研究人员完全摆脱了循环和卷积,使用一个更复杂的注意力机制,只用了很小的训练成本,就达到了目前最先进的结果。

论文地址:arxiv.org/abs/1706.03…


深度学习框架这一年

如果非要用一句话总结2017,那只能说是框架之年。


Facebook搞出了PyTorch,这个框架得到了搞自然语言处理的研究人员大爱。


TensorFlow在2017年继续领跑,目前已经发布到1.4.1版本。除了主框架之外,还发布了多个伴随库。TensorFlow团队还发布了一个全新的eager execution模式,类似PyTorch的动态计算图。此外:

  • 苹果发布了CoreML移动机器学习库;

  • Uber的一个团队发布了Pyro,一个深度概率编程语言;

  • 亚马逊宣布在MXNet上提供更高级别的API Gluon;

  • Uber发布了内部米开朗基罗机器学习基础设施平台的详情;

  • 由于框架已经太多,Facebook和微软宣布推出ONNX开放格式,以便跨框架共享深度学习模型。


除了通用的深度学习框架外,我们还看到大量的强化学习框架发布:

为了让深度学习更易普及,还有一些面向web的框架,例如谷歌的deeplearn.js和MIL WebDNN执行框架。

2017,还有一个流行框架跟我们告别了,那就是Theano。


学习资源

随着深度学习和强化学习越来越流行,2017年有越来越多的课程、训练营等活动举行并分享到网上。以下是我最爱的一些。

研究人员也开始在arXiv上发布低门槛的教程和综述论文。以下是过去一年我的最爱。

  • 深度强化学习:概述
    Deep Reinforcement Learning: An Overview

  • 给工程师的机器学习简介
    A Brief Introduction to Machine Learning for Engineers

  • 神经机器翻译
    Neural Machine Translation

  • 教程:神经机器翻译和序列到序列模型
    Neural Machine Translation and Sequence-to-sequence Models: A Tutorial


    应用:AI和医学

    2017年,有不少人宣称用深度学习解决了医疗问题,而且还击败了人类专家。这其中有真正的突破,也有一些炒作。对这方面感兴趣的话,推荐关注Luke Oakden-Rayner的人类医生终结系列博客:

    lukeoakdenrayner.wordpress.com/2017/04/20/…


    这里简要介绍一些发展。其中最重要的事件包括:斯坦福的一个团队公布了用深度学习识别皮肤癌的算法细节。

    相关研究:cs.stanford.edu/people/este…

    另一个斯坦福的团队则开发了一个模型,能比人类专家更好的发现心律失常。

    相关研究:stanfordmlgroup.github.io/projects/ec…



    当然也有一些风波。例如DeepMind与NHS之间的问题;NIH发布了一个不适合训练AI的胸部X光片数据集等等。


    应用:艺术和GAN

    应用于图像、音乐、绘图和视频领域的生成模型,今年也越来越受到关注。NIPS 2017还首次推出了面向创意与设计的机器学习研讨会


  • 最流行的应用之一是谷歌的QuickDraw,使用神经网络来识别你的涂鸦。基于已经发布的数据集,你甚至可以让机器帮你画完草稿。

    一起去玩一下:
    https://quickdraw.withgoogle.com/


    GAN今年取得了不少重大进展。例如CycleGAN、DiscoGAN、StarGAN等新模型在生成人脸方面令人印象深刻。GAN通常难以生成逼真的高分辨率图像,但pix2pixHD改变了这种现状。

    相关地址:
    CycleGAN
    https://arxiv.org/abs/1703.10593
    DiscoGAN
    https://github.com/carpedm20/DiscoGAN-pytorch
    StarGAN
    https://github.com/yunjey/StarGAN


    应用:无人车

    无人车领域的大玩家包括Uber、Lyft、Waymo和Tesla。Uber这一年都麻烦不断,但是这家公司一直没有停下在无人车方面的脚步。


    Waymo在亚利桑那的凤凰城进行了一系列无人车实验,还公布了测试和模拟技术的细节。Lyft正在建立自己的无人车硬件和软件体系。特斯拉的Autopilot没有太多更新。

    当然还有一个“新的”入局者,库克证实苹果公司也在研究自动驾驶。


    超酷的研究和应用

    今年有很多好玩的项目和展示,这里不可能提及所有:


  • 在研究层面


    数据集

    神经网络需要大量的数据,因此开放数据集是对行业的重要贡献。以下是今年几个新推出的数据集代表。


    深度学习,重现性和炼金术

    过去一年中,研究人员对学术论文结果的可复现性提出了担忧。深度学习模型通常依赖于大量的超参数,必须对其进行优化才能获得足够好的结果。这种优化代价高昂,可能只有Google和Facebook才能负担得起。


    另外,研究人员并不总是同步公开代码,论文中有时还会漏掉重要的细节,或者使用特殊的评估方法……这些因素都让可复现性成为一个大问题。


    在论文Are GANs Created Equal? A Large-Scale Study中,使用昂贵的超参数搜索调整GAN,可以击败更为复杂的方法。

    论文地址:https://arxiv.org/abs/1711.10337


    同样,在论文On the State of the Art of Evaluation in Neural Language Models中,研究人员表明,简单的LSTM架构在正确调整后,表现就能比最近的多数模型都好。

    论文地址:https://arxiv.org/abs/1707.05589


    在NIPS 2017大会上,阿里·拉希米称现在的深度学习就像“炼金术”,呼吁更为严谨的学术管理。不过Yann LeCun随即进行了实名反击。


    竞争,炒作和失败

    加拿大和中国,正在加速AI方面的部署。硬件方面,AI芯片竞争提速,英伟达发布了最新的Titan V旗舰GPU、Google发布了第二代TPU、英特尔的Nervana也发布了新的芯片。就连特斯拉也在开发AI硬件。另外,来自中国的竞争者也不容小觑。


    宣传非常重要,但有些宣传和实验室实际发生的事情不符。IBM沃森就是过度营销的传奇,并没有带来相符的结果。大家都不喜欢沃森,所以他们在医疗方面一再失败也不奇怪。


    Facebook的人工智能发明了自己的语言那事,其实也跟真相不符。这不简单是媒体的误导,研究人员所用的标题和摘要也越了界,没能反映实验的实际结果。

     
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