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電子電信技術 電腦技術 自動化基礎理論
 
 
 
 
愛犯錯的智能體
 作  者: 張軍平
 出版單位: 清華大學
 出版日期: 2019.07
 進貨日期: 2019/9/16
 ISBN: 9787302530428
 開  本: 32 開    
 定  價: 413
 售  價: 330
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編輯推薦:

★中科院陸汝鈐院士作序推薦。

★《機器學習》作者周志華教授、中科院王飛躍教授、復旦大學嚴鋒教授聯合推薦。

★從開腦到燒腦的科普:有詩、有歌、有畫、有鄉愁,不乏幽默的人工智慧科普。

★霍金說過,科普書每多一個數學公式,書的銷量將減少一半。

★這本書沒公式。


內容簡介:

智慧是什麼?二十一世紀以來,人工智慧有了飛速發展,在各行各業如互聯網、安防、多媒體等都有了廣泛且有效的應用。但這是否意味著人類就能製造超出人類自身的智慧體呢?作者在科普性地介紹了人工智慧前沿進展的同時,著重從犯錯的角度,淺顯易懂地剖析了智慧體在視、聽、語言等方面存在的各種錯覺和犯錯。並指出,理解我們很少關注的犯錯,才有利於智慧體的研究和發展。

書中從分析生物人的感知功能談起,以生動的例子介紹了人的視覺、聽覺、觸覺和體覺的解剖學知識及其基本原理。之後又進入人的感情世界,從人的情感、回憶、夢境,一直談到靈感和錯覺。在這個過程中,作者又適時討論電腦在處理人的感知世界時會遇到的麻煩及處理原則,還不忘介紹一下討論物件的數學背景。高斯、黎曼、萊布尼茨、龐加萊、愛因斯坦、圖靈等大師級人物的名字頻頻出現。作者不費力地遊弋於生命、電腦、數學、物理等幾大學科之間,讓讀者經歷一次目不暇接的跨學科科學旅遊。再加上一個個有趣的故事,還有詩,畫,歌,甚至還有鄉愁!這樣的科普,很新鮮、很解惑,又易於接受。


作者簡介:

張軍平,復旦大學電腦科學技術學院,教授、博士生導師。主要研究方向是人工智慧、機器學習、影像處理、生物認證及智慧交通。曾于2007.9-2008.3年作為訪問學者訪問加州大學聖地牙哥校,2014.8-2015.8年作為Research Associate受聘于賓夕法尼亞州立大學工作一年。曾主持3個國家自然科學基金、“863”項目和浦江人才計畫專案。目前主持2018科技部重點專項“人-機器人智慧融合技術”子課題和國家自然科學基金面上項目。中國自動化學會混合智慧專業委員會副主任,中國電腦學會人工智慧專業委員會委員,中國人工智慧學會機器學習專業委員會常委。發表100餘篇人工智慧相關的高品質論文。包括IEEE TPAMI、TNNLS、ToC、TAC、TITS、TVCG等國際期刊和ICML、AAAI、ECCV等國際會議。


圖書目錄:

簡單視覺錯覺?/?1

1 視覺倒像 / 2

2 顛倒的視界 / 7

3 看不見的薩摩耶 / 13

4 看得見的斑點狗 18

5 火星人臉的陰影 / 23

6 外國的月亮比較圓 / 32

複雜視覺錯覺?/?39

7 眼中的黎曼流形與距離錯覺 / 40

8 由粗到細、大範圍優先的視覺 / 53

9 抽象的顏色與高層認知 / 61

10 自舉的視覺與智慧 / 70

11 主觀時間與運動錯覺 79

聽覺、體感和語言?/?89

12 聽覺錯覺與語音、歌唱的智慧分析 / 90

13 視聽錯覺與無限音階中的拓撲 / 101

14 我思故我在? / 114

15 可塑與多義 / 122

夢、頓悟與情感?/?133

16 莊周夢蝶與夢境學習 / 134

17 靈光一閃與認知錯覺 / 144

18 情感與回憶錯覺 / 153

群體智慧?/?161

19 群體的情感共鳴:AI 寫歌,抓不住回憶 / 162

20 群體智慧與錯覺 / 169

總結?/?181

21 平衡:機器 vs 智慧 / 182

附錄?/?201

附錄一:深度學習,你就是那位 116 歲的長壽老奶奶!?/?200

附錄二:童話(同化)世界的人工智慧?/?205

參考文獻 / 209

圖片來源 / 229


章節試讀:

看不見的薩摩耶

“我家附近曾經有只白色的薩摩耶,大約 12 歲,挺安靜溫順的,基本不怎麼吠叫。聽說主人身體不好,行動不便,於是就放任其在外亂逛。它雖然個頭不小,馬路什麼都過得好好的,就這麼自顧自地生活著。可某天它過人行橫道的時候,一輛左轉的車輛速度和它過馬路的速度一致,導致它進入了駕駛員的 A 柱盲區。等薩摩耶反應過來時,車已經對著它沖了過來,左前輪壓了一次,左後輪又壓了一次……它躺在車後,無助地顫抖著、哀號著。兩旁的行人默默地看著它。車主坐在車裡,沒開窗沒下車,不知道是何反應。過了一會兒,狗用力翻身站了起來,搖搖晃晃走起來了,準備回家。觀望的行人們都松了一口氣,有人笑了,說狗沒事了。車主見狀,趕緊一溜煙開車跑了。可是,狗走了不到 200 米,便慢了下來,實在是走不動了,滿嘴的鮮血。於是,它便安靜地躺在人行道上,還像平日逛街一樣,一聲不吭……希望它下輩子,不要走得這麼淒慘。”

作為智慧體,人的視覺和機器視覺是存在區別的。其中一個非常特別的區別是,人會根據情況或上下文有意無意地忽略眼中看到的目標。

1999 年兩位權威心理學專家克里斯多夫·F. 查布裡斯(Christopher F.Chabris)和丹尼爾·J. 西蒙斯(Daniel J. Simons)曾做過一次“看不見的大猩猩”的實驗 a。因為這個傳說中心理學史上最強大的“大猩猩實驗”,兩人榮獲了 2004 年的“搞笑諾貝爾獎”。在播放的視頻中,有幾個人一起打籃球,在投籃的過程中還會有一隻人扮演的大猩猩從右向左走過,並在視頻的中間位置稍作停留。而測試者觀看視頻時,給他們分配的任務是統計打籃球的人投籃命中的次數。當視頻播放完,測試者報告的進球數基本都是準確的。可是,當問他們,有沒有注意到視頻中有只人扮的大猩猩從視頻中走過時,卻有不少人沒能回想起來。類似的實驗,英國赫特神德大學的心理學怪才、理查·威斯曼(Richard Wiseman)教授也做過,叫變色紙牌遊戲(The colour changing card trick)b。他和一位女助手一起在攝像機前表演玩牌的魔術。表演的過程中,身上的衣服、背景、桌布都被換掉了。但由於有多台攝像機的切換,人的關注焦點一直被誘導,結果觀測者只注意了兩位“魔術師”手中撲克牌的變化,而壓根沒發現視頻中換掉的物品。

如果利用人工智慧演算法來跟蹤並區分變化的目標,會很輕鬆發現其中的區別。因為電腦在檢測目標時,會計算圖元位置上的光的強度變化。所以,當視頻中出現大猩猩,或者變換桌布、背景、衣服時,都意味著視頻中幀與幀之間出現了大面積圖元的強度變化。這種變化,很容易超過圖像變化程度的閾值,導致被人工智慧演算法檢測和發現。值得指出的是,檢

測這類變化也是現在做視頻摘要、視頻關鍵內容提取的基本手段之一。

反觀人類,卻容易出現忽略目標的情況。其原因在於,當人關注某個目標時,目標將成像於視網膜的焦點即中央凹區域,而目標周圍的內容則分佈在中央凹的周邊,由視杆細胞來負責感知。而視杆細胞主要負責運動,對具體細節不敏感。所以,在這一前提下,大猩猩就被大腦視覺中樞視為沒有多大意義的圖元點運動,甚至被籃球的運動所掩蓋。換衣服、桌布等也是類似的原因。

除此以外,也許是因為人類其實是一種能偷懶就會偷懶的智慧體。如果能夠在不經過縝密思維就能保證大部分判斷成功的話,人類會傾向于優先採用更簡易的判斷,而不是進行過多的細緻分析。就像平時走路一樣,我們也沒有像機器人一樣去區分路面的高低差異、紋理差異、光強差異,但卻能非常有效和快速地形成決策。即使存在例外,那也是極個別的情況。

這種現象,在日常生活中,則有可能帶來潛在的危險。比如交通中,在一個平時很少有行人經過而車輛較多的十字路口,駕駛員的關注焦點往往是行駛的汽車,其目的以避讓汽車為主。在成年人經常走過的人行橫道附近,則駕駛員的關注視角會以成人為主。第一個例子可能導致的危險是,如果某天突然出現非機動車或行人時,司機會注意不到,不容易形成應急反應;第二種情況則可能會導致對矮小目標(如兒童)的忽視。

這種危險能避免嗎?有心理學家指出,如果關注的焦點不變,這樣的定式或習慣性思維會一直存在,且很難避免。結果,當駕駛員發現危險來臨時,已經缺乏足夠的反應時間,極易發生交通事故,造成不必要的人員傷亡 [9]。

那如何解決呢?最簡單的辦法就是,駕駛員在經常經過的路口不要形成定式思維。但凡碰到這類路線時,不妨想想,這裡可能有條看不見的薩摩耶;不妨多變化下關注的視野,如左右晃下頭,避開 A、B 柱盲區和看不見的“盲區”,最大程度地避免這類事故的發生。

看不見的盲點

人的視覺不僅有視而不見的特點,也有彌補先天不足的能力。我們的視神經感受周圍環境後,還需要將信號送到大腦。送的方式挺聰明,大腦將輸送信號的視神經像頭髮一樣紮成左邊一股,右邊一股,在每個眼球視網膜中央凹偏外約 20°處集中起來,向大腦輸送信號。

遺憾的是,視網膜這個位置上就沒法生長感光細胞,於是形成了生理性盲點,如圖 3.1 所示。

要檢測盲點的具體位置,不妨試試圖 3.2 這個經典的盲點測試圖。首先,捂住左眼,用右眼盯著圖上的圓點,將圖片逐漸拉遠或拉近,會發現在某個位置時十字會消失。這個位置,就對應於你的右眼盲點。類似的,捂住右眼,用左眼盯著右邊的十字形,移動圖片遠近,會發現圓點在某個位置消失了。它對應于左眼的盲點位置。

雖然有盲點,所幸人是雙目視覺,所以兩隻眼睛的盲區會通過雙目視覺來相互彌補。結果,日常生活中,人就感覺不到盲點的存在。不過,如果單眼存在眼疾,如患上白內障,那盲點的影響就比較大了,畢竟有個位置的信息是缺失的,這就需要通過多調整視角來消解這個困擾。

看不見的筆——單眼與複眼

除了盲點外,還有種情況,人也會對目標視而不見。各位不妨試著拿起一支筆,豎直放在左眼前面。一開始,你會感受到筆對視野造成的遮擋。再將眼睛盯著遠處某目標,將筆緩慢遠離眼睛,你將會發現這支筆並沒有對你觀察遠處的景象形成任何障礙,筆似乎憑空消失了。顯然,這並非是生理性盲點造成的。它和人的視網膜結構有關,可以從單眼與複眼的關係來解釋。

眾所周知,人有兩隻眼睛,而昆蟲如蜻蜓、蒼蠅的眼睛則是由非常多的小眼睛組成的,俗稱複眼。如果是昆蟲的複眼,那麼筆的存在不會對想觀測的目標形成遮擋,因為昆蟲的整體視覺可以通過拼接每只小眼睛關注的內容來獲得,少數幾隻眼睛的視角被遮擋不影響全域感知。可人是雙目視覺,為什麼也會有類似的情況呢?實際上,人的視網膜上的感光細胞數

量眾多,每個細胞都分擔了一部分的視覺檢測。在處理筆遮擋的任務時,會通過感光細胞間的相互填充,實現類似昆蟲複眼的功能。

但要注意的是,人是很難像昆蟲那樣演化出複眼的。因為昆蟲複眼上的每只眼睛負責的視角和頻率都很窄,如果要在人的頭部形成如同昆蟲一樣具有全角度檢測能力的複眼,著名物理學家費恩曼曾經做過粗略的計算,他的結論是複眼的大小會超過現在人類頭部的尺寸,人的腦袋很可能承受不了眼睛的重量 [10]。

當然,除了這些情況看不見外,人過於關注某些人或事情時會對周圍情形視而不見,人不關注某些人或事情時也會對其視而不見或熟視無睹。這些依賴于情感和心靈的視而不見和熟視無睹,比起單從視覺上發生的,就要複雜多了,也是人工智慧目前還完全找不到北的研究方向之一。


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