人工智能包括約束求解器嗎?

  以下是翻譯Optaplanner創始人Geoffrey De Smet的一篇文章《Does A.I. include constraint solvers?》。

  因爲英語及中文表達習慣的差異,以該博文發表示Optaplanner官網,其描述的問題及概念具有一定的上下文關聯性;因此,爲了認還不太熟悉Optaplanner的同學更容易理解,令文章更符合中文母語讀者的閱讀習慣,我並沒有完全按字面生硬直譯。其中添加了一些擴展性的意譯,基本上能在脫離Optaplanner官網上下文情況下,一定程序上表達到Geoffrey的意思吧,有不正之處請大家多多指點。爲謝!


  人工智能的寒冬已經過去,這幾年以來,人工智能技術的關注點又出現了增長。不僅僅是我們這些人工智能方面的極客,商界也因看到了其潛力,而進行了投資。爲了獲得資本青睞,一些研究項目也被重新塑造,貼上人工智能技術的名頭。那麼,約束求解器能否也使用人工智能的標籤呢?

歷史小知識:第5代(計算機)計劃

  近20年以來,人工智能是個不太受人待見的語彙,要了解其原因,我們需要回到1982年,當時日本決定大力投資第5代計算機 - 一個人工智能平臺,將要超越現有的計算機,並打破IBM的壟斷。作爲應對與跟進措施,其它國家也啓動了類似的計劃,突然間,研究經費從天而降,引致80年代的人工智能熱潮。

  最終計劃還是失敗了。儘管獲得了近10年的資助,但第5代計劃的研究中,幾乎沒有展示出任何實用的成果。之前的一些研究,包括:大數據,智能電話和更高速的計劃機,均未達到可行。其它一些研究則完全無用。

  這些研究失敗以後,在上世紀90年代及2000年代初,人工智能的概念被徹底敗壞了,人們都認爲人工智能是不可行的。技術開發界很快結束了他們的人工智能技術名頭。約束求解器則加強了與運籌學的相關性;搜索引擎只扮演了一個簡單的字典搜索功能;規則引擎則側重於決策表方面的發展。這些領域都避免提及它們與人工智能相關。而神經網絡研究是個例外。

 神經網絡算法:一項技術吃通天下?

  過去幾年間,神經網絡算法令人工智能技術再次神奇起來。神經網絡算法模擬我們大腦中的神經元(其實不如你想象那樣).它是一個黑盒,可以將輸入數據轉換成你想要的輸出數據,這功能主要通過多層神經網絡的加總相乘算法實現。數十年來,這類算法均存在精度過低的問題,但近期興起的大數據,及對更好反向傳播算法的發現,此情況出現了翻天覆地的變化。其中後者使用了多層神經網絡,神經網絡層越多,則相當於實現了一種深度學習。

  時至今日,神經網絡算法已經可以進行人臉和聲音識別,若與其它人工智能技術(例如:極小極大算法,澤者注:一種博弈算法 )混合使用,這些程序甚至可以擊敗(象棋)世界冠軍,聽起來非常神奇。但終究到底,這些都屬於模式識別問題;若面對其它(澤者注:非模式識別)問題,這些技術是處理不了的。例如,神經網絡算法無法找到一條從羅浮宮到羅馬鬥獸場的最快路徑,無法創建一套美國公路旅行指南

人工智能的正確應用

  神經網絡並不是一種普適的人工智能算法, 也不是一種約束求解器或生產規則系統。就此而言,每一類算法,只能解決人工智能領域中的一些部分問題。這也許是一件好事:不存在哪一種算法會把自己訓練成天網(譯者注:電影《終結者》中的人工智能防禦系統),進而對人類構成威脅。

  因此,通過智能軟件去解決業務問題,需要根據具體用例來選擇合適的算法:

theRightAIForTheJob

借用的原文圖 

 

  但這(譯者注:神經網絡的模式識別侷限性)並沒有阻止學者們的嘗試,有很多關於使用神經網絡算法去解決車輛路線規劃僱員排班的研究,只是其符合度還不如約束求解算法,例如:禁忌搜索法和模擬退火法。當有15%的行駛時間節省量時,爲什麼要滿足於1%的節省量呢(譯者注:在車輛路線規劃案例中,通過約束求解算法能得到15%的行駛時間節省,爲什麼還要退而求其次,滿足於神經網絡算法得到的1%節省量呢)

  相反,約束求解算法卻無法解決臭名昭著的關於熱狗的圖像識別問題。

所有的算法都可以產生智能嗎?

  儘管計算1234乘以5678的結果並不容易,但我們並不認爲這個計算方法是一種人工智能。同理,那些排序算法也不是人工智能,爲什麼呢? 

  也許是因爲這些問題都不存在誤差容限,但人工智能卻存在,例如:你給出一張哈仕奇的圖片,有人把它識別爲狼;當你給出一個TSP問題,需要畫出最短旅行路線時,人們會給出不同質量的確定性的結果集

  或者那些計算和排序算法是可以被人類理解得到的,這些算法並不是一個黑盒,它可以相當容易地知道,計算機是如何把輸入數據,一個指令接着一個指令地轉化爲輸出結果。

約束求解決器的求解又是怎樣的一個動作過程呢?

  從歷史上看,約束求解器(如Optaplanner)明顯是運籌學的一個分支領域,同時也不能排除它屬於其它領域(澤者注:約束求解器不僅僅屬於運籌學領域).我認爲約束求解器也可以納入人工智能領域,不僅僅是一些論文和書刊如是說,主要是因爲掌握約束求解器的應用案例,本身就是已經是一個複雜問題。無論是人類的規劃師排出來的解決方案,還是特定算法得出來的解,其質量者具有巨大的不確定性。若給定一個足夠大的數據集(譯者注:問題數據集),是不可能找到一個絕對最優解的。此外,儘管現有的一些算法已有40年曆史了,但研究 人員仍在尋找並發現一些新的算法。

  你覺得呢?約束求解器是不是人工智能的其中一個分支?


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