【新智元導讀】LeCun又發表驚人言論，繼昨天參與深度學習論戰、噴機器人Sophia后，今天他在Facebook主頁發文，稱「深度學習已死，可微分編程萬歲！」深度學習真的死了？而可微分編程又是什麼呢？

LeCun又語出驚人了，這次直指深度學習——

好，深度學習作為一個流行詞，現在時效已過。

深度學習已死，可微分編程萬歲！

事情要回溯到前天。

1月4日，AAAI前主席Thomas Dietterich連發10條Twitter，駁斥紐約大學心理學家Gary Marcus對深度學習的批評。其中，Dietterich提到，

「深度學習本質上是一種新的編程方式——可微分編程——而且這個領域正試圖用這種方式來制定可重用的結構。目前我們已經有：卷積，池化，LSTM，GAN，VAE，memory單元，routing單元，等等。」

這個說法讓英偉達的AI架構VP Clement Farabet深表贊同，Farabet還評價說，這是對現今深度學習的最好總結。LeCun也轉推此文，表示贊同。

但是，光是轉發推文，對LeCun來說顯然不夠。

今天，他在Facebook個人主頁上寫了一篇短文，不僅支持可微分編程，還用上了「深度學習已死」的表述。不僅如此，他還推出了一個「歸化學習」。

先來看LeCun的文章。

Yann LeCun：深度學習已死，可微分編程萬歲！

好，深度學習作為一個流行詞，現在時效已過。

深度學習已死，可微分編程萬歲！

沒錯，「可微分編程」不過是把現代這套深度學習技術重新換了個叫法，這就跟「深度學習」是現代兩層以上的神經網路變體的新名字一樣。

但重要的一點是，人們現在正在將各種參數化函數模塊的網路組裝起來，構建一種新的軟體，並且使用某種基於梯度的優化來訓練這些軟體。

越來越多的人正在以一種依賴於數據的方式（循環和條件）來程序化地定義網路，讓它們隨著輸入數據的動態變化而變化。這與是普通的程序非常類似，除了前者是參數化的、可以自動可微分，並且可以訓練和優化。動態網路變得越來越流行（尤其是對於NLP而言），這要歸功於PyTorch和Chainer等深度學習框架（注意：早在1994年，以前的深度學習框架Lush，就能處理一種稱為Graph Transformer Networks的特殊動態網路，用於文本識別）。

現在人們正在積極從事命令式可微分編程語言編譯器的工作。這是開發基於學習的AI（learning-based AI）一條非常令人興奮的途徑。

重要提示：這不足以讓我們實現「真正的」人工智慧。還需要其他的概念，比如我說過的預測性學習，我現在決定將其稱為「Imputative Learning」（歸化學習）。之後我會詳細介紹……

可微分編程：深度學習的延伸，人工智慧成功的關鍵

那麼，在等LeCun大神更詳細介紹他的歸化學習前，我們更需要關注的是可微分編程，這是深度學習的又一個新名字，還是確實有不同和新的內涵？

MIT媒體實驗室的David Dalrymple此前撰文介紹過可微分編程，Dalrymple 9歲登上TED講台，14進入MIT讀研，16歲以5.0的GPA畢業，也是一代奇才。進入MIT媒體實驗室后，Dalrymple開發了新的編程範例，如「可重構的非同步邏輯自動機（Reconfigurable asynchronous logic automata，RALA）。

Dalrymple認為，深度學習的成功有兩大關鍵，一是反向傳播，而是權重相關（weight-tying），而這兩大特性與函數編程（functional programing）中調用可重用函數十分相同。可微分編程有成為「timeless」的潛力。

過去幾年裡，人工智慧領域幾十年來一直沒有得到解決的一系列經典挑戰，突然被AI純粹主義者長期以來一直頗為鄙視的「統計方法」征服。這種方法主要從大量的數據中學習概率分佈，而不是檢查人類解決問題的技巧，並試圖以可執行的方式對這些技巧進行編碼。

這種方法最初被稱為「神經網路」，現在則叫「深度學習」，強調對過去的神經網路的定性改進。深度學習的成功很大程度上歸功於大的數據集和更強大的計算系統，大型科技公司對該領域突然興起的興趣也有一定關係。深度學習已經取得了令人難以置信的進步。許多其他方法也有所改善，但程度較低。

那麼，將深度學習與其他學習區分開來的關鍵是什麼？首先是反向傳播。這實際上是一個以非常優雅的方式應用的鏈式規則，一個簡單的微積分技巧。它是連續和離散數學的深度整合，使複雜的潛在解決方案族可以通過向量微積分自主改進。

關鍵是將潛在解決方案的模式（template）組織為有向圖（例如，從照片到生成的圖說，其間有許多節點）。反向遍歷這個圖，演算法能夠自動計算「梯度向量」，這個向量能引導演算法尋找越來越好的解決方案。

從這個意義上看，現代的深度學習技術與傳統的神經網路在結構上相似度不大，但在幕後，反向傳播演算法對於新舊架構都至關重要。

但是，即便使用了反向傳播，以前的神經網路也遠遠不及現在的深度學習技術，哪怕是在今天的硬體和數據集條件下。因此，深度學習的第二大關鍵，是一個網路的組件可以同時在多個地方使用。

隨著網路的優化，每個組件的每個副本都被迫保持一致（這個想法被稱為 「weight-tying」）。這對權重相關的組件施加了額外的要求：它們必須學會在許多地方同時有用，而不是專門針對特定的地點。Weight-tying 會使網路學習更泛化的能力，因為單詞和物體可能出現在文本塊或圖像的多個位置。

在網路的許多地方放置一個通用的組件，就類似於在一個程序中編寫一個函數，並在多個地方調用它，這是函數編程（functional programming）的基本概念。函數編程將計算機運算視為數學上的函數計算，並且避免使用程序狀態以及易變對象。與編程相比，權重相關（weight-tied）的組件，實際上與編程中可重用函數的概念相同。不僅如此，過去幾年中，許多最成功的架構，它們對組件的重用方式，與函數編程中通用的「高階函數」生成組件的方式完全相同。這表明函數編程中的一些著名運算元，可能是深度學習架構的一個很好的靈感。

能夠直接在函數程序上運行反向傳播的新語言，將最便於探索那些被訓練成深度學習網路的函數結構。事實證明，隱藏在實現/部署的細節中，函數程序實際上被編譯成類似於反向傳播所需的計算圖。圖的各個組成部分也必須是可微的，但是Grefenstette等人最近發布了幾個簡單的數據結構（棧，隊列和雙向）的可微分構造，表明進一步的可微分實現，可能只是數學上巧妙設計的問題。這方面的進一步工作可能會打開一個新的編程範式——可微分編程。

用這樣一種語言編寫程序，就好像構建函數結構時，把細節留給優化器——語言會使用反向傳播根據整個程序的目標自動學習細節，就像優化深度學習中的權重一樣。

可微分編程是一個比較新的概念，是反向傳播和weight-tying這些想法的延伸。在各種架構、技術來了又去去了又來的眼下，這些核心概念仍然是人工智慧成功的關鍵。

神經網路是「軟體2.0」：開發通用人工智慧的基礎

這些都讓人想到了深度學習和計算機視覺專家、特斯拉人工智慧部門主管Andrej Karpathy此前提出的「軟體2.0」概念。

Karpathy說，軟體1.0（Software 1.0）是用Python、C++等語言編寫的，它由程序員編寫的對計算機的明確指令組成。通過編寫每行代碼，程序員可以確定程序空間中的某個特定點。

相比之下，Software 2.0 是用神經網路權重編寫的。沒有人參與這段代碼的編寫過程。在軟體2.0的情況下，人類對一個理想程序的行為指定一些約束（例如，一個樣本的輸入輸出對數據集），並使用可用的計算資源來搜索程序空間中滿足約束條件的程序。在神經網路的例子中，我們把搜索限制在程序空間的一個連續的子集，在這個空間中，搜索過程可以利用反向傳播和隨機梯度下降奏效。

Karpathy認為，在現實世界中，大部分問題都是收集數據比明確地編寫程序更容易。未來，大部分程序員不再需要維護複雜的軟體庫，編寫複雜的程序，或者分析程序的運行時間。他們需要做的是收集、整理、操作、標記、分析和可視化提供給神經網路的數據。

從長遠來看， Software 2.0的未來是光明的，因為越來越多的人清楚，當我們開發通用人工智慧（AGI）時，肯定會寫成Software 2.0。

Software 3.0？那就需要到AGI的時代了。

編譯來源

• https://www.facebook.com/yann.lecun/posts/10155003011462143

• https://www.edge.org/response-detail/26794

• https://medium.com/@karpathy/software-2-0-a64152b37c35