王川: 深度学习有多深? 学了究竟有几分? (五)

本文是 (可直接点击下面链接)

的续篇.

    (1)

主流学术界的研究者,大多注重于在算法上的渐进式提高, 而轻视计算速度和用于训练的数据规模的重要性.

孔丘老师早在两千多年前, 就高瞻远瞩的为深度学习指明了方向: "学而不思则罔, 思而不学则殆".

用深度学习的语言来说,就是, "光有大数据,算得不快,则还是迷惘 ; 光算得快, 而没有大量的数据来训练,则还是疲倦无所得".

2007年之前, 用GPU编程,缺乏一个简单的软件接口. 编程繁琐,捉虫困难.这在 07年 Nvidia 推出 CUDA 的GPU 软件接口后才真正改善.

2009年六月, 斯坦福大学的 Rajat Raina 和吴恩达合作发表论文, "用GPU大规模无监督深度学习" ("Large-scale Deep Unsupervised Learning using Graphic Processors).

论文模型里的参数总数 (就是各层不同神经元之间链接的总数),达到一亿,与之相比, Hinton 2006年的论文里用到的参数数目,只有一百七十万.

论文结果显示,使用GPU运行速度和用传统双核CPU相比, 最快时要快近七十倍. 在一个四层, 一亿个参数的深信度网络上,使用GPU把程序运行时间从几周降到一天.

    (2)

2010年瑞士学者 Dan Ciresan 和合作者发表论文, "又深又大又简单的神经网络在手写数字识别上表现出色". ( “Deep Big Simple Neural Nets Excel on Handwritten Digit Recognition” )

这篇论文里, 使用的还是是八十年代的反向传播计算方法,但是计算搬移到Nivida GTX280 GPU 上实现. 在反向传播计算时, 速度比传统 CPU 快了 40 倍.

另一个关键点是:

把训练神经网络的图像,刻意通过旋转, 放大缩小和弹性形变等方式进行改变.这样用于训练的图像数目大大增加. 使用 GPU后,改变六万张训练图像的计算速度从93秒降到了9秒钟, 快了十倍. 不断用计算变形实现的图像, 等价于一个数量无限的训练数据库.

论文结果显示,一个六层, 拥有一千两百万个参数的神经网络模型,经过两个小时的训练后,在测试图像上的错误率就降到1%. 经过114个小时训练后,模型的测试错误率更是降到了 0.35%.

    (3)

2012 年还在斯坦福大学做研究生的黎越国同学 (Quoc Viet Le) 领衔, 和他的导师吴恩达,以及众多谷歌的科学家联合发表论文, "用大规模无监督学习建造高层次特征" (Building High-level Features Using Large Scale Unsupervised Learning).

黎越国的文章中, 使用了九层神经网络,网络的参数数量高达十亿, 是 Ciresan 2010年论文中的模型的一百倍, 是 2009年Raina 论文模型的十倍.

作为参照,按照丹麦学者 Bente Pakkenberg 2003年的估算, 人的脑皮层 (Neocortex) 内就有接近一百五十万亿个神经元突触 (Synapse, 是连接神经元传递信号的结构), 是黎同学的模型参数数量的十万倍.

用于训练这个神经网络的图像, 都是从谷歌的录像网站 youtube 上截屏获得. 一千万个原始录像, 每个录像只截取一张图片, 每张图片有四万个像素, 与之相比,先前大部分论文使用的训练图像,原始图像的数目大多在十万以下, 图片的像素大多不到一千.

黎越国的计算模型分布式地在一千台机器 (每台机器有 16个CPU内核)上运行,花了三天三夜才完成培训.

经过培训的神经网络,在一个名叫 ImageNet 的共享图像数据库里,面对两万两千个不同类别,一千四百万个图像中, 分类识别的正确率达到了 15.8%. 而在此之前最好的公开发表的模型,正确率只有 9.3%.

深度学习的研究进步在加速,但要说服更多的主流的人工智能研究者加入,需要的是更多的, 可直接对比的, 大幅领先的, 无可辩驳的计算结果,

(未完待续)

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