【新智元导读】近日，在台湾大学，卷积神经网络之父、FacebookAI 研究院院长 Yann LeCun 以「Deep Learning and the Path to AI」为题，对深度学习目前的发展现状和面临的最大挑战、以及应对方法进行了综述和分析。

6 月 29 日，台湾大学。卷积神经网络之父、FacebookAI 研究院院长 Yann LeCun 以「Deep Learning and the Path to AI」为题，对深度学习目前的发展现状和面临的最大挑战、以及应对方法进行了综述和分析。新智元结合台湾大学在 Facebook 上公布的视频、台湾科技媒体 iThome 的报道，以及 Yann LeCun 今年早些时候在爱丁堡大学的演讲资料，为您综合介绍。

深度学习的特点在于“整个程序都是可训练的”

演讲从模式识别（Pattern Recognition）的起源说起。1957年，Perceptron 诞生，成为第一个 LearningMachine。LeCun 说，目前的机器学习算法大多衍生自 Perceptron的概念。

从那时起，模式识别的标准模型就可以分为 3 步走：1.程序被输入一张图像，通过特征提取，将图像特征转换为多个向量；2. 输入这些向量到可训练的分类器中；3.程序输出识别结果。

他表示，机器学习算法其实就是误差校正（Error correction），通过调整权重，来进行特征提取。也就是说，如果输入一张图，atv，算法识别后，结果值低于预期类别的值，工程师就将输入的图增加 Positive 的权重，减少 Negative 的权重，来校正误差。

深度学习是当今最广泛使用的模式识别方法。LeCun 认为深度学习的特点在于“整个程序都是可训练的”。他解释，构建深度学习的模型不是用手动调整特征提取的参数来训练分类器，而是建立一群像小型瀑布般的可训练的模组。

当开发人员将原始的影像输入系统后，会先经过初步的特征提取器，产生代表的数值，在这一个阶段可能会先识别出一些基本的纹理，接下来这些纹理的组合会再被拿来识别更具体的特征，像是物件的形体或是类别，整个训练的过程就是不断地经过一层又一层这样的模型，每一层都是可训练的，所以我们称这个算法为深度学习或是端到端训练（End to End Running）。

LeCun 解释，深度学习模型之所以工作良好，是因为现在的影像都是自然景象加上其他物体，也就是混合型的图像，而每个物体又由不同的特征所组成，会有不同的轮廓和纹路，图片的像素也是一个问题，因此，可以将影像分级成像素、边缘、轮廓、元件和物件等，初级的特征提取会先侦测出影像中最基本的轮廓，比如明显的纹路和色块，进一步的特征提取则是将上一层的结果组合再一起，拼成一个形体，最后再拼成一个物体。

这种分层式的组合架构（Hierarchical Compositionality）其实不只适用于影像，LeCun说明，它对文字、语音、动作或是任何自然的信号都适用，这种方式参考了人脑的运作模式。大脑中的视觉中枢，也是用类似分层式的组合架构来运行，当人类看到影像后，由视网膜进入到视丘后方外侧膝状体，再到大脑中主要的视觉中枢，最后来到颞叶皮质，人类看图像也是由大脑经过多层的结构，在100毫秒内就能识别图片。

深度学习的问题在于如何训练，在1980年代中期，误差反向传播算法（Back Propagation Algorithm）开始流行，但其实误差反向传播算法很早就被提出来，只是当时没有受到重视。误差反向传播算法一开始先经过简单线性分类，再将这些结果带到非线性的线性整流函数（Rectified Linear Unit，ReLU），线性整流函数就是找到要调整参数的方向，来减少错误判断，不过现在都已经有可用的套件或是框架，像是Torch、TensorFlow 或是 Theano等，还有一些套件是可用来计算输出结果和预期结果之间的误差。

Yann LeCun认为，现在要撰写机器学习算法并不难，用 3 行 Python 就可以完成，不过这还停留在监督式学习阶段，所谓的监督式学习就是输入大量的训练样本，每一套训练样本都已经经过人工标注出原始图片和对应的预期结果。以影像处理为例，训练集由多个(X,Y)参数组成，X就是影像的像素，Y则是预设的识别结果类别，像是车子、桌子等，之后再用大量的测试集来测试程序，若判断结果正确，不用调整，若判断有误则调整程序中的参数。

监督式机器学习存在二大问题