泽南 小舟报道

印度小哥在「我的世界」里搭神经网络,做图像识别,网友:这是「别人的世界」

在沙盒游戏《我的世界》中,有人搭建了完整的校园,有人举办了毕业典礼,有的人从零开始制作计算机,玩家们层出不穷的创意总能让人眼前一亮。现在,又有一位印度程序员展现了真正的技术:在《我的世界》里搭建神经网络

对于计算机科学爱好者们来说,有关《我的世界》中的环境是否「够格」作为各种严肃实验的话题,早已经过了充分讨论:

答案是肯定的,《我的世界》中红石电路和命令方块体系已经分别图灵完备了。这意味着我们理论上可以在其中构建一个通用图灵机(虽然难度比较大),进而造出一台功能完整的常规架构计算机。

既然如此,我们能不能在游戏里「敲出」一个神经网络模型呢?

已经有人做到了。最近,一名来自印度的程序员 Ashutosh Sathe 向我们展示了真正的技术,他在《我的世界》里运行起了一个具有图像识别能力的神经网络

只要在游戏里的「画板」上写字,《我的世界》里的「计算机」就可以识别出你写的内容是什么:

在《我的世界》里进行 MNIST 式的手写数字识别。

神经网络推断出画板上的文字为数字 1」。

除了给出识别的结果,神经网络识别的过程也是清晰可见:

在看了这波操作之后,众多吃瓜网友留下了不争气的泪水,感慨道:「这是『别人的世界』……」

这一炫酷的技术被称为 scarpet-nn,是一套可以让玩家在《我的世界》游戏中运行二值神经网络(BNN)的工具。BNN 是一种激活、权重被固定为 1 或-1 的特殊神经网络,大幅度简化了神经网络的运算量,最早由 Yoshua Bengio 等人提出。正是这些特性,让 BNN 的权重可以由单个二进制位来表示,并在《我的世界》里运行。

与此前人们在《我的世界》中运行神经网络的一些尝试不同,scarpet-nn 的 API 允许人们在游戏中运行任何二值神经网络的体系架构。也就是说,任何人都可以训练自己的二值神经网络,然后将其运行在《我的世界》里。

Ashutosh Sathe 还开放了代码。

项目地址:https://github.com/ashutoshbsathe/scarpet-nn

技术细节:投影(Litematica)原理图生成

要想在我的世界里运行神经网络,你首先需要安装一个 Java 版游戏,Litematica 和 carpetmod 两个 mod,另一方面还需要有 Python 3,深度学习框架 pytorch 和 nbtlib 库。

通用表征标准

在 scarpet-nn 中,nn-to-litematica 模块将 pytorch 检查点的二值化权重转换为 litematica 原理图。每个 litematica 的排列方式是让前两个维度位于 (x,z) 平面上。此外,原理图的加载点(加载原理图时玩家所在的区域)总是表示权重数组中的第一个数字。权重数组中的第一个维度是从加载点到 X 轴正半轴,第二个维度是从加载点到 Z 轴正半轴。超过 3 的维度会被重塑成第 3 个轴(Y 轴)。

卷积层的表征

这里遵循上述通用表征标准。由于卷积层是以四维数组的形式存储的,因此需要压缩额外的维度,使其变成三维。卷积层的典型 shape 是 [c_2,c_1,f_h,f_w]。其中,

  • c_2 = 输出激活应有的通道数

  • c_1= 输入激活应有的通道数

  • (f_h,f_w)= 卷积滤波器的高度和宽度


为了将此转换成三维的表征,scarpet-nn 将 (f_h,f_w) 压缩成一个大小为 f_h×f_w 的单一维度。因此,生成的原理图中新的卷积层将会是 [c_2,c_1,f_h×f_w]。

为了直观地理解这一点,请看下面的样例图片。该图展示了第三个卷积层(conv3)权重的块表征,它的权重从 [16, 8, 3, 3] 压缩成了 [16, 8, 9]。

全连接层的表征

全连接(fc)层也符合 scarpet-nn 的通用表征标准。全连接层的典型 shape 是 [n,k],输入是 [m,n],输出是 [m,k]。由于所有的操作都是二维的,所以不需要做维度调整。由于也没有第三维,所以整个的权重数组都在 X-Z 平面内。

如下是 fc1 层的示意图。该层的 shape 是 [8, 16]。

看完技术细节,有人觉得,在这种像素化的沙盒游戏里,用红石搭建神经网络,未免也太过复杂……

但也有人觉得,恰恰是因为用红石逻辑构建网络,才让人印象深刻。

作者本人回复说,scarpet-nn 比命令方块体系的性能要好得多,《我的世界》可以将其用于绘制地图时在隐蔽模式下打开隐藏内容。

只是目前,在《我的世界》中可以实现的神经网络功能仍然有限:看起来只有前向传播而没有反向传播。

不过在玩家们的不懈努力下,又有什么是不能实现的呢?

参考链接:
https://ashutoshbsathe.github.io/scarpet-nn/
https://www.reddit.com/r/MachineLearning/comments/gb08da/p_i_wrote_an_api_to_build_neural_networks_in/


工程二值网络神经网络游戏
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