迎战李世石:AlphaGo如何用“大脑”下棋

作者: 董飞

来源: 知识分子

发布日期: 2016-02-23

本文详细介绍了AlphaGo的工作原理及其在围棋中的应用,分析了其在与人类顶级棋手李世石对战中的可能表现,并探讨了人工智能在围棋领域的突破及其对未来的影响。

韩国时间2月22日下午5时,“李世石-AlphaGO人机对战”的第二次新闻发布会在韩国棋院二楼进行,公布本次人机大战更多比赛细节:比赛将分别于3月9日、10日、12日、13日、15日在韩国首尔的Four Seasons酒店进行,开赛时间为每日韩国时间下午1点(中国时间中午12点)。比赛最终决定采用中国围棋竞赛规则,黑贴3又3/4子(7.5目),用时为每方2小时,3次1分钟读秒。

Deep Mind公司youtube频道和韩国棋院围棋TV将对本次比赛进行全程直播报道。之前0:5不敌AlphaGo的欧洲围棋冠军樊麾,作为比赛裁判团队一员参与其中。

谷歌开发的人工智能围棋程序AlphaGo是如何用“大脑”下棋的呢?你认为谁会赢?看完解读,去文末投票亮出观点吧。

在象棋和国际象棋中,电脑软件都非常厉害,只有围棋是唯一“电脑下不过人类”的项目。而今年1月份有个爆炸性新闻:谷歌DeepMind开发的人工智能围棋程序AlphaGo以5:0的压倒性优势击败了欧洲围棋冠军、专业二段棋手。那么3月份AlphaGo会和韩国九段、世界冠军李世石进行对弈。如果此役AlphaGo获胜,这意味着人工智能真正里程碑式的胜利。

这也引起了笔者好奇心,在春节期间,跟Facebook的田渊栋(他的背景无可挑剔,卡耐基梅隆大学机器人系博士,Google X无人车核心团队,Facebook人工智能组研究员)交流,他做的也是计算机围棋AI--黑暗森林(熟悉三体的朋友知道怎么回事),今年1月份他的文章被机器学习顶级会议ICLR 2016接受。

他聊天中谈到自从谷歌收购了DeepMind,投入大量资源去做好人工智能项目,不为别的,就是要向世界证明谷歌智能的强大。发表在顶级期刊《Nature》的论文光看作者就20个,明显是下了血本,前两位都是计算机围棋界的大牛,一作David Silver是计算机围棋和强化学习的顶级专家,整个博士论文就是做的围棋;二作Aja Huang以前写过多年围棋软件,自己又是AGA 6D的水平。

谷歌DeepMind宣布他们研发的神经网络围棋AI,AlphaGo,战胜了人类职业选手。这篇论文由David Silver等完成。里面的技术是出乎意料地简单却又强大。为了方便不熟悉技术的小白理解,这里是我对系统工作原理的解读。

“深度学习”是指多层的人工神经网络和训练它的方法。一层神经网络会把大量矩阵数字作为输入,通过非线性激活方法取权重,再产生另一个数据集合作为输出。这就像生物神经大脑的工作机理一样,通过合适的矩阵数量,多层组织链接一起,形成神经网络“大脑”进行精准复杂的处理,就像人们识别物体标注图片一样。

AlphaGo是通过两个不同神经网络“大脑”合作来改进下棋。这些大脑是多层神经网络跟那些Google图片搜索引擎识别图片在结构上是相似的。它们从多层启发式二维过滤器开始,去处理围棋棋盘的定位,就像图片分类器网络处理图片一样。经过过滤,13个完全连接的神经网络层产生对它们看到的局面判断。这些层能够做分类和逻辑推理。

AlphaGo的第一个神经网络大脑是“监督学习的策略网络(Policy Network)”,观察棋盘布局企图找到最佳的下一步。事实上,它预测每一个合法下一步的最佳概率,那么最前面猜测的就是那个概率最高的。你可以理解成“落子选择器”。

AlphaGo系统事实上需要两个额外落子选择器的大脑。一个是“强化学习的策略网络(Policy Network)”,通过百万级额外的模拟局来完成。你可以称之为更强的。比起基本的训练,只是教网络去模仿单一人类的落子,高级的训练会与每一个模拟棋局下到底,教网络最可能赢的下一手。

Silver团队通过更强的落子选择器总结了百万级训练棋局,比他们之前版本又迭代了不少。单单用这种落子选择器就已经是强大的对手了,可以到业余棋手的水平,或者说跟之前最强的围棋AI媲美。这里重点是这种落子选择器不会去“读”。它就是简单审视从单一棋盘位置,再提出从那个位置分析出来的落子。它不会去模拟任何未来的走法。这展示了简单的深度神经网络学习的力量。

AlphaGo当然团队没有在这里止步。下面我会阐述是如何将阅读能力赋予AI的。为了做到这一点,他们需要更快版本的落子选择器大脑。越强的版本在耗时上越久——为了产生一个不错的落子也足够快了,但“阅读结构”需要去检查几千种落子可能性才能做决定。

Silver团队建立简单的落子选择器去做出“快速阅读”的版本,他们称之为“滚动网络”。简单版本是不会看整个19*19的棋盘,但会在对手之前下的和新下的棋子中考虑,观察一个更小的窗口。去掉部分落子选择器大脑会损失一些实力,但轻量级版本能够比之前快1000倍,这让“阅读结构”成了可能。

AlphaGo的第二个大脑相对于落子选择器是回答另一个问题。

不是去猜测具体下一步,它预测每一个棋手赢棋的可能,在给定棋子位置情况下。这“局面评估器”就是论文中提到的“价值网络(Value Network)”,通过整体局面判断来辅助落子选择器。这个判断仅仅是大概的,但对于阅读速度提高很有帮助。通过分类潜在的未来局面的“好”与“坏”,AlphaGo能够决定是否通过特殊变种去深入阅读。

如果局面评估器说这个特殊变种不行,那么AI就跳过阅读在这一条线上的任何更多落子。

就像其他的基于MCTS的AI,AlphaGo对于需要很深入阅读才能解决的大势判断上,还是麻烦重重的,比如说大龙生死劫。在面对一些看似正常但实际并不一样的棋局时,AlphaGo也会困惑而失去判断,比如天元开盘或者少见的定式,因为很多训练是基于人类的棋局库的。

我还是很期待看到AlphaGo和李世石9段的对决!我预测是:如果李使用直(straight)式,就像跟其他职业棋手的对决,他可能会输,但如果他让AlphaGo陷入到不熟悉的战略情形下,他可能就赢。

谈到跟谷歌团队的较量,田博士说:“这是一场必败的战斗”,但我还是很佩服他,他让我想到三国时代赵子龙,单枪匹马大战曹军,力拔山兮气盖世!因为他是真正的勇士。正是有了这些英勇无畏的科学家,一次次打破常规,挑战极限,我们才知道人类如此大的潜力。

最近短短几年的发展,从大数据,深度学习人工智能到虚拟现实,从发现了类地球行星,证实引力波,从Hyperloop,无人驾驶,量子计算,这些魅力无穷的科技让我们对世界的认识上升到新的高度。面对这个激动人心的时代,我想说,天空是我们的极限,宇宙是我们的极限,未来才是我们的极限!

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