王川：深度学习有多深？（二十三） 经历的回放

本文是

的续篇。

    (1)

在增强学习领域，经历 (experience) 是指四个参数的集合， （x, a, y, r) 表示在状态 x, 做了 a, 进入了新的状态 y, 获得了回报 r. 教训 (lesson) 则是指一个时间序列的经历的集合.

经历回放 (experience replay) 的概念由 Long Ji Lin 在 1993年的博士论文里第一次提出.

"经历回放" 的第一个好处是更有效率。经验教训，尤其是有重大损失的经验教训，是昂贵的，如果把它存储到记忆里，可以日后反复调用学习，那么学习效率就会大大提高, 不用吃二遍苦，受二茬罪.

这就是俗话说的， “吃一堑，长一智”.

这实际上和我以前文章里，介绍过的神经网络的“长短期记忆” (Long Short-term memory) 有异曲同工之妙。（可直接点击下面链接）

”经历回放“在增强学习的计算中是这样实现的:

在环境中学习积累的数据 （x, a, y, r) 被不断存储到一个数据集里.

每一次对神经网络的参数进行更新时，就从数据集里随机地调取一小批”经历“，帮助培训神经网络.

"经历回放"样本的随机性，彻底解决了上一篇文章里讲述的导致价值函数发散的两个原因:

第一, 每次用于培训的一小批“经历”不再是连续相关的数据。这就好比一个小白投资者可以同时见证学习牛市，熊市，猪市和猴市， 跳出了他生活时代的历史局限.

第二, 每次用于培训的“经历”不再受价值函数波动对环境的影响，这就好比股票投资者在股市时髦的时候，仍然有机会全面地学习房市，债市，外汇, 期权, 期货，风险投资等其它领域的知识，跳出了他工作环境的局限.

    (2)

实际操作上，不管是人还是机器, "经历"的数据集的大小是有限制的。如果积累的数据超过这个限制，不得不将老的数据扔掉，给新的数据腾出空间.

有谚语道，“what we learned from experience is that we never learn from experience", (根据经验，我们从来不从经验中吸取教训） 又云，”好了伤疤忘了疼“. 说的就是这个事.

不是所有的经历的记忆，都有同样的价值。算法上如何管理有限的记忆，给有些经历更多的优先权，是一个重要的问题.

当年曹操俘获吕布，吕布表达了投靠曹操为其卖命之意。曹操略有动心，回头问刘备怎么样.

刘备答到：“公不见丁建阳、董卓之事乎?”曹操恍然大悟，早已淡薄的，吕布杀害自己前两个主子的记忆，瞬间回放，于是果断把吕布咔擦了.

一个改进的算法，所谓“优先化经历回放", (Prioritized Experience Replay) , 是把各类经历按照所谓的时间误差 (Temporal Difference Error) 来排序，误差绝对值越大的经历，日后被重新调用的几率也就更大.

时间误差的概念在上个月的文章

中介绍过，其本质就是实际的回报和预期的回报的差别.

这个算法直觉上也很好理解，生活中越是那些出乎意料的大惊大喜的经历，越是值得我们记忆和学习.

    (3)

人类还有一个重大的内在认知弱点，机器是没有的.

人脑总是会在纷杂的现象和噪音中寻找规律，但是大千世界，总会有些个别现象和看似最确定的规律相悖。如果大脑总是因为一些例外，而去质疑过去总结的规律，以人脑的计算能力，很多日常的小事都很难决断。

这就是人们为什么会有确认偏见 (confirmation bias) 的原因，有了成见，完全忽略相反的证据，只看支持自己结论的证据。 年纪越大, 越是以前有过成功经验的人，越容易固执, 越难克服自己的确认偏见.

笔者以前听长辈讲过一个故事， 多年前家乡一个有着强烈确认偏见的糙汉宣称，“老子嗯是不信，电也会咬人! ". 他于是亲自摸了一下.

然后就没有然后了.

巴菲特老师曾说，“当人们告诉我,他们从经验中学到东西了，我告诉他们，秘诀是从别人的经验中学习". (When people tell me they've learned from experience, I tell them the trick is to learn from other people's experience).

机器，在计算能力和能量供给方面的限制比人脑小得多，程序设计时可以完全没有确认偏见. 它冷静地吸收学习自己的经验和别人的经验, 理性地更新自己的生存策略. 它轻松地超越其它顽固不化的竞争者， 也就是必然的了.

增强学习的真正突破，就要到来了.

（未完待续）

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