极验原创

2019/04/22 15:43

风辞远作者

AI新贵上位记：图网络是怎么火起来的？

谁是2018年AI圈最靓的仔？

这顶“桂冠”只有两位候选人：俗话说，前端能打看BERT，底层深度看图网络。

其实并没有这句俗话……但是BERT和图网络在今天的AI界并驾齐驱，堪称被讨论最多的两种技术，这一点是毫无疑问的。

谷歌的BERT作为一种算法模型，在语言任务上展现出了不讲道理的应用效果，熠熠夺目自然很容易理解。

但另一个最近大家听到很多次的词，图网络，可能就没那么容易理解了。相比某种算法，图网络更像是一个学术思考下若干种技术解决思路的集合，非常抽象和底层。它的价值到底在哪？为什么甚至能被抬高到“深度学习的救星”这种程度？

我们发现，目前关于图网络的解释，大多都是从论文出发。非技术背景的读者可能会看得有点晕。所以这里想用一些“大白话”，来描述一下：风口浪尖上的图网络，究竟有什么秘密？

想让自己在AI圈潮酷起来吗？聊Graph和GNN吧

所谓图网络，并不是指有图片的网站……而是指基于图（Graph）数据进行工作的神经网络。

Graph，翻译成“图”，或者“图谱”。这是一个数学概念，指由顶点（nodes）和边（edges）构成的一种数学关系。后来这个概念引申到了计算机科学中，成为了一种重要的数据形式，用来表示单元间相互有联系的数据网络。

此外，这个概念还引申到了生物学、社会科学和历史学等无数学科，甚至变成了我们生活中的常见概念。在警匪片里，警局或者侦探办公室的墙上，往往挂着罪犯的关系网络图，这大概是我们生活中最常见的Graph。

回到计算机科学领域，图数据和基于图的分析，广泛应用于各种分类、链路、聚类任务里。人工智能领域有个重要的分支，叫做知识图谱。基本逻辑就是将知识进行Graph化，从而在我们寻找知识时，可以依据图谱关系进行追踪和定位。比如我们在搜索引擎中搜某个名人时，相关推荐会跳出来跟这个人字面意义上无关的其他人。这就是知识图谱在起作用。

那么图网络是怎么搞出来的呢？

大家可能知道这样一个“唱衰AI”的小故事：用机器视觉技术，AI今天可以很轻松识别出来一张照片上的几张人脸。但它无法像真人一样，一眼看出来图上是朋友、恋人还是家庭聚会。

换句话说，一般意义上AI无法获得和增强用人类常识去进行逻辑推理的能力。很多人以此判断，今天的AI并不怎么智能。

AI科学家们琢磨了一下，表示这事儿有办法搞定。

如果把图/图谱作为AI的一部分，将深度学习带来的学习能力，和图谱代表的逻辑关系结合起来，是不是就好很多？

专业用户独享

本文为机器之心深度精选内容，专业认证后即可阅读全文

开启专业认证

登录后开启专业认证去登录

入门图网络深度学习黑箱

相关数据

DeepMind机构

DeepMind是一家英国的人工智能公司。公司创建于2010年，最初名称是DeepMind科技（DeepMind Technologies Limited），在2014年被谷歌收购。在2010年由杰米斯·哈萨比斯，谢恩·列格和穆斯塔法·苏莱曼成立创业公司。继AlphaGo之后，Google DeepMind首席执行官杰米斯·哈萨比斯表示将研究用人工智能与人类玩其他游戏，例如即时战略游戏《星际争霸II》（StarCraft II）。深度AI如果能直接使用在其他各种不同领域，除了未来能玩不同的游戏外，例如自动驾驶、投资顾问、音乐评论、甚至司法判决等等目前需要人脑才能处理的工作，基本上也可以直接使用相同的神经网上去学而习得与人类相同的思考力。

https://deepmind.com/

深度学习技术

深度学习（deep learning）是机器学习的分支，是一种试图使用包含复杂结构或由多重非线性变换构成的多个处理层对数据进行高层抽象的算法。深度学习是机器学习中一种基于对数据进行表征学习的算法，至今已有数种深度学习框架，如卷积神经网络和深度置信网络和递归神经网络等已被应用在计算机视觉、语音识别、自然语言处理、音频识别与生物信息学等领域并获取了极好的效果。

来源：LeCun, Y., Bengio, Y., & Hinton, G. (2015). Deep learning. nature, 521(7553), 436.

因果推理技术

基于因果关系的一类推理方法，是一种常见推理模式，涉及观察到的共同效应的原因的概率依赖性。

来源：Intercausal reasoning with uninstantiated ancestor nodes

人工智能技术

在学术研究领域，人工智能通常指能够感知周围环境并采取行动以实现最优的可能结果的智能体（intelligent agent）

来源：Russell, S., & Norvig, P. (2003). Artificial Intelligence: A Modern Approach.

逻辑推理技术

逻辑推理中有三种方式：演绎推理、归纳推理和溯因推理。它包括给定前提、结论和规则

来源：Wikipedia

知识图谱技术

知识图谱本质上是语义网络，是一种基于图的数据结构，由节点(Point)和边(Edge)组成。在知识图谱里，每个节点表示现实世界中存在的“实体”，每条边为实体与实体之间的“关系”。知识图谱是关系的最有效的表示方式。通俗地讲，知识图谱就是把所有不同种类的信息（Heterogeneous Information）连接在一起而得到的一个关系网络。知识图谱提供了从“关系”的角度去分析问题的能力。知识图谱这个概念最早由Google提出，主要是用来优化现有的搜索引擎。不同于基于关键词搜索的传统搜索引擎，知识图谱可用来更好地查询复杂的关联信息，从语义层面理解用户意图，改进搜索质量。比如在Google的搜索框里输入Bill Gates的时候，搜索结果页面的右侧还会出现Bill Gates相关的信息比如出生年月，家庭情况等等。

来源：机器之心

神经网络技术

（人工）神经网络是一种起源于 20 世纪 50 年代的监督式机器学习模型，那时候研究者构想了「感知器（perceptron）」的想法。这一领域的研究者通常被称为「联结主义者（Connectionist）」，因为这种模型模拟了人脑的功能。神经网络模型通常是通过反向传播算法应用梯度下降训练的。目前神经网络有两大主要类型，它们都是前馈神经网络：卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN），其中 RNN 又包含长短期记忆（LSTM）、门控循环单元（GRU）等等。深度学习是一种主要应用于神经网络帮助其取得更好结果的技术。尽管神经网络主要用于监督学习，但也有一些为无监督学习设计的变体，比如自动编码器和生成对抗网络（GAN）。

来源：机器之心

逻辑技术

人工智能领域用逻辑来理解智能推理问题；它可以提供用于分析编程语言的技术，也可用作分析、表征知识或编程的工具。目前人们常用的逻辑分支有命题逻辑（Propositional Logic ）以及一阶逻辑（FOL）等谓词逻辑。

来源：机器之心

强人工智能技术

强人工智能或通用人工智能（Strong AI或者 Artificial General Intelligence）是具备与人类同等智慧、或超越人类的人工智能，能表现正常人类所具有的所有智能行为。强人工智能是人工智能研究的主要目标之一，同时也是科幻小说和未来学家所讨论的主要议题。相对的，弱人工智能（applied AI，narrow AI，weak AI）只处理特定的问题。弱人工智能不需要具有人类完整的认知能力，甚至是完全不具有人类所拥有的感官认知能力，只要设计得看起来像有智慧就可以了。由于过去的智能程式多是弱人工智能，发现这个具有领域的局限性，人们一度觉得强人工智能是不可能的。而强人工智能也指通用人工智能（artificial general intelligence，AGI），或具备执行一般智慧行为的能力。强人工智能通常把人工智能和意识、感性、知识和自觉等人类的特征互相连结。

来源：维基百科

图神经网络技术

图网络即可以在社交网络或其它基于图形数据上运行的一般深度学习架构，它是一种基于图结构的广义神经网络。图网络一般是将底层图形作为计算图，并通过在整张图上传递、转换和聚合节点特征信息，从而学习神经网络基元以生成单节点嵌入向量。生成的节点嵌入向量可作为任何可微预测层的输入，并用于节点分类或预测节点之间的连接，完整的模型可以通过端到端的方式训练。

来源：机器之心

图网技术

ImageNet 是一个计算机视觉系统识别项目，是目前世界上图像识别最大的数据库。

来源：ImageNet 官网

聚类技术

将物理或抽象对象的集合分成由类似的对象组成的多个类的过程被称为聚类。由聚类所生成的簇是一组数据对象的集合，这些对象与同一个簇中的对象彼此相似，与其他簇中的对象相异。“物以类聚，人以群分”，在自然科学和社会科学中，存在着大量的分类问题。聚类分析又称群分析，它是研究（样品或指标）分类问题的一种统计分析方法。聚类分析起源于分类学，但是聚类不等于分类。聚类与分类的不同在于，聚类所要求划分的类是未知的。聚类分析内容非常丰富，有系统聚类法、有序样品聚类法、动态聚类法、模糊聚类法、图论聚类法、聚类预报法等。

来源：百度百科

图网络技术

2018年6月，由 DeepMind、谷歌大脑、MIT 和爱丁堡大学等公司和机构的 27 位科学家共同提交了论文《Relational inductive biases, deep learning, and graph networks》，该研究提出了一个基于关系归纳偏置的 AI 概念：图网络（Graph Networks）。研究人员称，该方法推广并扩展了各种神经网络方法，并为操作结构化知识和生成结构化行为提供了新的思路。

来源：机器之心

图卷积网络技术

假设有一张图，要做分类，传统方法需要手动提取一些特征，比如纹理啊，颜色啊，或者一些更高级的特征。然后再把这些特征放到像随机森林等分类器，给到一个输出标签，告诉它是哪个类别。而深度学习是输入一张图，经过神经网络，直接输出一个标签。特征提取和分类一步到位，避免了手工提取特征或者人工规则，从原始数据中自动化地去提取特征，是一种端到端（end-to-end）的学习。相较于传统的方法，深度学习能够学习到更高效的特征与模式。

来源：图卷积网络

机器视觉技术

机器视觉（Machine Vision，MV）是一种为自动化检测、过程控制和机器人导航等应用提供基于图像的自动检测和分析的技术和方法，通常用于工业领域。

来源：wiki