站在2018年，圖像分類準(zhǔn)確率在95%以上的模型，已經(jīng)遍地都是?；叵?012年，被稱之為“深度學(xué)習(xí)教父”的Hinton帶著學(xué)生們以ImageNet16.4%的錯(cuò)誤率震驚計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究界，似乎已經(jīng)是遠(yuǎn)古時(shí)期的歷史。

通常認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)是過(guò)去幾十年發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新學(xué)科，但王立威教授看來(lái)，其實(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)一直伴隨著人類文明的發(fā)展。從人類真正有文明、有科學(xué)那天，就有機(jī)器學(xué)習(xí)。

王立威

北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授。主要從事機(jī)器學(xué)習(xí)理論研究。高水平論文100余篇。2011年入選在機(jī)器學(xué)習(xí)國(guó)際權(quán)威期刊會(huì)議發(fā)表由人工智能國(guó)際期刊IEEE Intelligence Systems評(píng)選的AI’s 10 to Watch，是該獎(jiǎng)項(xiàng)自設(shè)立以來(lái)首位獲此榮譽(yù)的亞洲學(xué)者。2012年獲得首屆國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金。擔(dān)任國(guó)際機(jī)器學(xué)習(xí)旗艦會(huì)議NIPS領(lǐng)域主席。

從奧卡姆剃刀理論到機(jī)器學(xué)習(xí)

早在13世紀(jì)，威廉姆·奧卡姆就提出“奧卡姆剃刀理論”，這個(gè)原理稱為“如無(wú)必要，勿增實(shí)體”，即“簡(jiǎn)單有效原理”。對(duì)這個(gè)理論的解釋，還有一位更著名的科學(xué)家和一段更著名的話——“Everythingshouldbe made as simple as possible but no simpler”，這句話出自愛(ài)因斯坦，意思是做理論的時(shí)候一定要盡可能的簡(jiǎn)單，但又不能過(guò)于簡(jiǎn)單。對(duì)應(yīng)物理模型，一定要找到一些模型，允許存在一定的誤差，但又不能過(guò)于簡(jiǎn)單，否則和觀測(cè)的數(shù)據(jù)誤差太大也不行，“奧卡姆剃刀理論”就是機(jī)器學(xué)習(xí)或者整個(gè)人類在獲取科學(xué)知識(shí)的歷程中，最核心、最本質(zhì)的思想。

機(jī)器學(xué)習(xí)理論究竟有什么意義？只為了證明界（bound），為了說(shuō)明算法在實(shí)際應(yīng)用的錯(cuò)誤率能小于多少，還是說(shuō)它在傳達(dá)更高層的信息？王教授的觀點(diǎn)是，機(jī)器學(xué)習(xí)理論是后者，絕對(duì)不是為了證明一個(gè)算法的邊界如何；機(jī)器學(xué)習(xí)理論的目的，在于提供對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題的洞察和理解。

而“泛化”則是學(xué)習(xí)理論最重要的概念之一。學(xué)習(xí)目的是希望學(xué)好一個(gè)模型，并且讓這個(gè)模型在未來(lái)的場(chǎng)景數(shù)據(jù)上有非常高的準(zhǔn)確度。泛化的錯(cuò)誤，就是指一個(gè)模型在未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景下的錯(cuò)誤率，即泛化誤差。通常訓(xùn)練模型時(shí)，可以拿到很多訓(xùn)練數(shù)據(jù)，學(xué)一個(gè)分類器，在訓(xùn)練數(shù)據(jù)上得到一個(gè)錯(cuò)誤率。而這個(gè)訓(xùn)練的錯(cuò)誤率和泛化誤差實(shí)際上是有本質(zhì)區(qū)別的。這個(gè)區(qū)別正是機(jī)器學(xué)習(xí)理論要研究的內(nèi)容。

機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用任重道遠(yuǎn)

2012 年以來(lái)，不論是深度網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的不斷拓展，還是系統(tǒng)在數(shù)據(jù)集上的優(yōu)異表現(xiàn)，都讓學(xué)術(shù)界對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)有了新的認(rèn)識(shí)。彼時(shí)的王立威教授，已經(jīng)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域做了大量的研究，并憑借突出的表現(xiàn)在2011年成為首位入選 AI's 10 to Watch 的亞洲學(xué)者。

但王立威教授認(rèn)為，這一切只是個(gè)開(kāi)始?！皺C(jī)器學(xué)習(xí)在近年來(lái)取得了顯著的突破與發(fā)展，除了理論的研究外，更重要的是，學(xué)者們需要看清技術(shù)對(duì)生活產(chǎn)生的重大影響。”王立威教授身處人工智能浪潮的前沿，自然也希望能在機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域有所作為。他認(rèn)為有三個(gè)領(lǐng)域會(huì)與深度學(xué)習(xí)進(jìn)行緊密的結(jié)合，并希望能夠選擇其中一個(gè)方面來(lái)進(jìn)行深入研究：一個(gè)是無(wú)人駕駛；一個(gè)是金融領(lǐng)域；再一個(gè)則是醫(yī)療領(lǐng)域。王立威教授對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用也頗有研究。一方面，醫(yī)學(xué)影像屬于靜態(tài)圖像識(shí)別，相對(duì)于視頻的處理技術(shù)要更加成熟；另一方面，依托北京大學(xué)的一系列附屬醫(yī)院，不論是從數(shù)據(jù)的獲取或是系統(tǒng)的測(cè)試落地上，王立威教授所在的北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)都有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

王教授表示，如果開(kāi)發(fā)者要執(zhí)行的任務(wù)處于非常封閉的環(huán)境，和人的常識(shí)沒(méi)有什么關(guān)系，這樣的任務(wù)非常適合機(jī)器來(lái)做，但是如果這項(xiàng)任務(wù)和常識(shí)掛鉤，例如對(duì)自然語(yǔ)言的理解，對(duì)于機(jī)器而言難度非常大?！搬t(yī)學(xué)影像相對(duì)而言是具有一定封閉性的問(wèn)題?！?/p>

當(dāng)然，不是說(shuō)醫(yī)學(xué)影像具有一定的封閉性，AI就能夠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域暢行無(wú)阻。王立威教授列舉了兩個(gè)AI對(duì)醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)生重大影像的案例——斯坦福團(tuán)隊(duì)在皮膚癌檢測(cè)以及Google的DeepMind的糖網(wǎng)篩查。

王教授的觀點(diǎn)是：

第一，醫(yī)學(xué)影像處理病種的數(shù)量非常龐大，上述兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的例子解決的都是單病種問(wèn)題。醫(yī)學(xué)影像上一共可以分為兩千多個(gè)的病種?！敖鉀Q一個(gè)單病種已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的事情，斯坦福的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)和頂級(jí)的醫(yī)學(xué)專家研究數(shù)年才得到目前的成果，要囊括兩千多個(gè)病種更是難上加難。此外，病種與病種之間的差異度也很大，所以，AI 醫(yī)學(xué)影像需要頂級(jí)醫(yī)學(xué)專家和頂級(jí)機(jī)器學(xué)習(xí)學(xué)者通力合作才有可能成功?！?/p>

第二，成像設(shè)備的差異會(huì)產(chǎn)生多種類型的圖像。CT、MRI、X光、超聲、內(nèi)窺鏡、病理切片這些圖像缺乏一定的標(biāo)準(zhǔn)?！艾F(xiàn)在我們只是在一些病種上進(jìn)行單點(diǎn)突破，整個(gè)醫(yī)學(xué)影像仍任重道遠(yuǎn)。”

毫無(wú)疑問(wèn)，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)成為人工智能的主流研究方向之一。本次的CCAI2018大會(huì)，特別邀請(qǐng)北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授王立威給我們呈現(xiàn)一場(chǎng)題為《機(jī)器學(xué)習(xí)簡(jiǎn)介——方法、應(yīng)用與展望》的講座。屆時(shí)王教授將對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的主要技術(shù)方法，包括深度學(xué)習(xí)、概率圖模型、boosting、在線學(xué)習(xí)等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，同時(shí)分析這些方法的優(yōu)勢(shì)與局限。在本次大會(huì)的專題講座中，王立威教授還將對(duì)目前人工智能領(lǐng)域最受關(guān)注的應(yīng)用，包括人工智能醫(yī)療、金融、無(wú)人駕駛等，從機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的角度進(jìn)行分析。王教授還將展望機(jī)器學(xué)習(xí)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展方向與趨勢(shì)，以及對(duì)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用可能帶來(lái)的影響。讓我們共同期待，共同迎接這場(chǎng)機(jī)器學(xué)習(xí)盛宴的到來(lái)吧！