我們生活在一個(gè)紛繁復(fù)雜的世界，充滿著無(wú)盡的未知和期待。在人類(lèi)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，歷經(jīng)千年的探尋，但仍有大量客觀邏輯等待進(jìn)一步的探究和挖掘。AI技術(shù)的崛起加速了整個(gè)人類(lèi)文明的進(jìn)程，它不只是數(shù)字或算法，也附著了人類(lèi)對(duì)未知世界的開(kāi)拓與想象。
作為數(shù)值計(jì)算和系統(tǒng)工程建模的軟件工具，MathWorks旗下的MATLAB在科學(xué)計(jì)算，金融，工程等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，Simulink作為系統(tǒng)仿真的軟件平臺(tái)是許多科學(xué)家和工程師的必備日常，隨著人工智能技術(shù)的崛起，MathWorks把AI提升為企業(yè)戰(zhàn)略的重要組成部分。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)人工智能市場(chǎng)規(guī)模突破200億元大關(guān)，達(dá)到238.2億元，相比2017增長(zhǎng)率達(dá)到56.6%，隨著技術(shù)的逐漸成熟，科技、制造業(yè)等行業(yè)巨頭已經(jīng)開(kāi)始在相關(guān)領(lǐng)域中實(shí)施AI布局，這也從另一方面導(dǎo)致了AI應(yīng)用場(chǎng)景的快速擴(kuò)展。2019年，人工智能已經(jīng)不再是下圍棋的小娛樂(lè)，在多維度的實(shí)體經(jīng)濟(jì)中逐步走上了歷史的舞臺(tái)，作為驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新工具，AI正在成為與電力比肩的通用資源。
MathWorks首席戰(zhàn)略師Jim Tung先生在MathWorks “超越智‘我’”主題會(huì)議的演講中也提到，人工智能是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，將深刻影響了整個(gè)世界經(jīng)濟(jì)的走向。
MathWorks首席戰(zhàn)略師Jim Tung
MATLAB AI算法三大方向
深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)是MATLAB歸納和引入的三種算法，針對(duì)這三段趨勢(shì)對(duì)應(yīng)的不同的挑戰(zhàn)，MathWorks相對(duì)采用了不同的策略。機(jī)器學(xué)習(xí)會(huì)涉及到很多不同的方法和工具，客戶可能會(huì)很熟悉每一個(gè)算法，但最大的困難是如何快速選擇合適的算法，或合適的技術(shù)。MATLAB工具可以輔助開(kāi)發(fā)者快速地選擇最合適的應(yīng)用和算法。
深度學(xué)習(xí)對(duì)于很多工程師并不像機(jī)器學(xué)習(xí)那么熟悉，其挑戰(zhàn)在于如何幫助客戶認(rèn)識(shí)到深度學(xué)習(xí)擅長(zhǎng)的工作。深度學(xué)習(xí)的潛力巨大，但是如何更適宜的應(yīng)用這些技術(shù)，或者合適地選擇技術(shù)參數(shù)，是重要的問(wèn)題。
增強(qiáng)學(xué)習(xí)是另外一個(gè)不同的領(lǐng)域，雖然存在時(shí)間比較久，但是沒(méi)有一個(gè)特別合適的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)學(xué)習(xí)的應(yīng)用。
三種技術(shù)在成熟度，或一些應(yīng)用上會(huì)有不一樣的理解。 目前，這三個(gè)AI方向?qū)athWorks而言都很重要，由于MATLAB的用戶群很廣泛，學(xué)校和科研人員，會(huì)更關(guān)注軟件前沿技術(shù)的進(jìn)展，而大多數(shù)的公眾會(huì)關(guān)注產(chǎn)品的具體應(yīng)用情況，所以如何落地應(yīng)用才是問(wèn)題的關(guān)鍵，而MATLAB作為工具不會(huì)只關(guān)注在其中的一個(gè)點(diǎn)上。
增強(qiáng)型AI算法
針對(duì)工業(yè)與機(jī)器人控制領(lǐng)域打造的增強(qiáng)型AI技術(shù)，是MathWorks MATLAB推出的全新的功能，相比深度學(xué)習(xí)與機(jī)器學(xué)習(xí)，雖然誕生時(shí)間較早，但流傳的廣度卻相對(duì)較低。增強(qiáng)型AI技術(shù)是控制行業(yè)內(nèi)所強(qiáng)調(diào)的應(yīng)用訓(xùn)練型AI，Jim解釋?？梢园堰@項(xiàng)技術(shù)想象為訓(xùn)練一只狗，或者一只動(dòng)物。
由設(shè)計(jì)者決定什么樣的行為是好行為，當(dāng)算法做出一次好的行為后，可以給予肯定的鼓勵(lì)，由此推動(dòng)算法的升級(jí)。相對(duì)也可以設(shè)計(jì)懲罰路線。長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練后，算法會(huì)理解如何實(shí)施正確的行為。
實(shí)際上是工程師逐漸地有意識(shí)地訓(xùn)練這套算法，指引算法執(zhí)行正確的決定。這是增強(qiáng)學(xué)習(xí)工具箱里面最基本的理念。MATLAB并不去設(shè)定行為的正確與否。這個(gè)工具箱是訓(xùn)練對(duì)象去符合某一種行為的規(guī)范。目前大部分競(jìng)爭(zhēng)者的AI屬于比較狹窄應(yīng)用領(lǐng)域的AI，而增強(qiáng)學(xué)習(xí)工具箱就是希望能夠把這種AI，應(yīng)用到工控領(lǐng)域中去。
實(shí)際上增強(qiáng)型AI基本上是一個(gè)優(yōu)化工具。對(duì)于特別應(yīng)用場(chǎng)景或者特定條件下進(jìn)行算法的優(yōu)化。根據(jù)一個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)，去決定是否應(yīng)該去鼓勵(lì)它繼續(xù)這樣表現(xiàn)，或者表示期待改變。
可以把這個(gè)增強(qiáng)AI工具箱用在一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)里面，但是會(huì)花很長(zhǎng)的時(shí)間去糾正系統(tǒng)的行為。目前增強(qiáng)型AI工具箱提供基于仿真提高、改變的工具，通過(guò)仿真會(huì)比在真實(shí)系統(tǒng)里調(diào)整速度快很多，這也是增強(qiáng)AI工具箱的最大優(yōu)勢(shì)。
此外，通過(guò)仿真即使在沒(méi)有真實(shí)系統(tǒng)的情況下，依然可以通過(guò)軟件產(chǎn)生出來(lái)百萬(wàn)、千萬(wàn)的數(shù)據(jù)，在大規(guī)模的集成運(yùn)算的環(huán)節(jié)里面去進(jìn)行仿真，即使在真實(shí)條件不夠充分的情況下，依然可以把控制器訓(xùn)練出來(lái)。
學(xué)習(xí)模型的方式
增強(qiáng)學(xué)習(xí)并不是要把機(jī)器學(xué)習(xí)或者深度學(xué)習(xí)的算法做一個(gè)更強(qiáng)化的版本，它是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支。機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)都需要大量的數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)+標(biāo)簽的方式，最后選舉出一個(gè)模型，人工準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和標(biāo)簽在這兩種算法中不可避免。
但增強(qiáng)AI的場(chǎng)景之下，很多情況是很難去做類(lèi)似的準(zhǔn)備。比如簡(jiǎn)單的圖像可以進(jìn)行處理，但是做復(fù)雜的行為的時(shí)候，很難對(duì)行為做標(biāo)簽，來(lái)補(bǔ)充足夠的數(shù)據(jù)。增強(qiáng)學(xué)習(xí)其實(shí)本質(zhì)上是一個(gè)反饋系統(tǒng)，只是另外一種AI算法升級(jí)的手段，可以認(rèn)為是必行的手段，而不是深入的手段。
所以增強(qiáng)學(xué)習(xí)可以是增強(qiáng)的通用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，也可以是增強(qiáng)的深度學(xué)習(xí)的算法，有專(zhuān)門(mén)增強(qiáng)深度學(xué)習(xí)，有針對(duì)普通的增強(qiáng)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)不用再去準(zhǔn)備大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，而是在一個(gè)確定的環(huán)境下，懲罰與獎(jiǎng)勵(lì)交替，對(duì)場(chǎng)景模型優(yōu)化，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，無(wú)論是哪種學(xué)習(xí)都是數(shù)學(xué)上的優(yōu)化，但這種優(yōu)化跟通用的優(yōu)化又不是一個(gè)概念，所以在增強(qiáng)學(xué)習(xí)的場(chǎng)景之下，可以根據(jù)外界的輸入調(diào)整，根據(jù)懲罰或者獎(jiǎng)勵(lì)，去優(yōu)化最終的目標(biāo)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)模型的方式。
實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)AI，加速工程應(yīng)用落地
工程師可以通過(guò)MATLAB或者Simulink達(dá)到增強(qiáng)學(xué)習(xí)的目的，引入一段場(chǎng)景建模，經(jīng)過(guò)不停地訓(xùn)練，達(dá)到算法最佳狀態(tài)。
MATLAB建立了龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)本地和云端數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，或者從數(shù)據(jù)流中直接訪問(wèn)，方便模型場(chǎng)景的搭建。在訓(xùn)練的過(guò)程中，不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，包括信號(hào)、聲音、圖像和文本數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行個(gè)別處理。采集后的數(shù)據(jù)往往大的驚人，需要大量處理工作。MATLAB提供了豐富的工具去幫助工程師處理這些數(shù)據(jù)。使用MATLAB還有一個(gè)巨大的好處，可以把采集到的數(shù)據(jù)和算法結(jié)合在一起，在電腦上或者在云端進(jìn)行處理，使用起來(lái)非常方便。
盡管技術(shù)在不停進(jìn)步，但AI終究需要場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行落地，Jim認(rèn)為這是MathWorks或者整個(gè)AI行業(yè)面臨的最大的挑戰(zhàn)也是最大的機(jī)遇，如何把AI算法技術(shù)和實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合，是未來(lái)俘獲更多市場(chǎng)的關(guān)鍵。
很多公司中，AI團(tuán)隊(duì)和工程團(tuán)隊(duì)是兩個(gè)不同的團(tuán)隊(duì)，如何協(xié)同兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作更是目前MathWorks這種工具企業(yè)需要提前去理解的問(wèn)題。而在沒(méi)有單獨(dú)AI團(tuán)隊(duì)的公司里，工程師團(tuán)隊(duì)就需要去研習(xí)AI技術(shù)，在一定程度上掌握AI應(yīng)用。此時(shí)，MATLAB這樣的工具就會(huì)發(fā)揮其應(yīng)有的作用，幫助工程師釋放其想象力與研發(fā)潛能。
