宮辰：智能生活離你我并不遙遠(yuǎn)

□ 劉 江

宮辰在澳大利亞留學(xué)期間

未來，科技將足夠先進(jìn)和智能，科技的進(jìn)步能打破一切壁壘，解決所有客觀的、理性的問題。到那時，大千世界或許是由無盡的數(shù)據(jù)組成，如果有足夠的數(shù)據(jù)，機(jī)器或許比你更懂你自己。未來的機(jī)器設(shè)備將會是一個數(shù)據(jù)收集器，拿手機(jī)舉例，你怎么拿手機(jī)、手指用什么力度和頻率碰了屏幕、什么地方停留了多久、碰了什么內(nèi)容、你的心跳變化、你的眼球運(yùn)動、你的表情變化等，都會被記錄下來，然后被儲存、被記錄、被綜合、被解讀、被利用。阿爾法狗、智能手表、智能家電、智能汽車都是數(shù)據(jù)收集器，同時也是人們享受生活的工具。科研技術(shù)人員會依靠算法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，讓機(jī)器越來越像人，越來越懂人，讓人類愈加享受不用思考就能做決定的智能化生活。

南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師宮辰，就是給機(jī)器注入“思想”的人，多年來他致力于機(jī)器學(xué)習(xí)算法研究及其在計(jì)算機(jī)視覺方面的應(yīng)用。機(jī)器的“思想”來源于人類給予其知識數(shù)據(jù)的灌輸，那么應(yīng)當(dāng)如何“教”會這些機(jī)器所需的大量知識，又如何表達(dá)出作用于這些知識的運(yùn)算規(guī)則呢？宮辰正在努力揭開其中的奧秘。

源于興趣 潛心研究

宮辰從大學(xué)本科時就對機(jī)器智能和數(shù)學(xué)研究很感興趣，在校期間參加了許多學(xué)科競賽和研究項(xiàng)目。本科畢業(yè)后，他毫不猶豫地決定直接攻博?！爱?dāng)時覺得人臉識別、指紋識別等智能化產(chǎn)品非常有意思，很想知道其中的奧秘，因此我選擇了‘模式識別與智能系統(tǒng)’這個學(xué)科?！痹趯W(xué)科研究領(lǐng)域中，宮辰對機(jī)器學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，之所以對機(jī)器學(xué)習(xí)感興趣，是因?yàn)樗梢园颜鎸?shí)世界中看似紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象用數(shù)學(xué)工具巧妙地進(jìn)行抽象、建模，并進(jìn)行分析和決策。機(jī)器算法可以觸及問題的本質(zhì)和核心，且具有廣泛的應(yīng)用場景，所以宮辰選擇了機(jī)器學(xué)習(xí)作為更進(jìn)一步的研究方向。2016年，宮辰獲得了上海交通大學(xué)及澳大利亞悉尼科技大學(xué)雙博士學(xué)位。

兩年的國外學(xué)習(xí)經(jīng)歷對宮辰來講有至關(guān)重要的作用。宮辰在澳大利亞的導(dǎo)師陶大程年輕有為，僅40歲就已經(jīng)是澳大利亞科學(xué)院院士、歐洲科學(xué)院外籍院士?；貞浧饘?dǎo)師，宮辰滿懷感激，他說：“老師對我很好，尤其是在我剛開始做研究時，有公式推不出來，導(dǎo)師手把手地教給我，在論文的修改方面更是盡心盡力，一字一句地指導(dǎo)我。”宮辰一開始在項(xiàng)目的語言表達(dá)上能力不強(qiáng)，在導(dǎo)師的教導(dǎo)下，他學(xué)到了如何讓自己的研究成果更容易被認(rèn)可，論文組織結(jié)構(gòu)該如何安排、如何展示、如何進(jìn)行語言敘述，并且在對問題的分析判斷、對學(xué)術(shù)前景的把握上也更上一層樓。國外兩年的學(xué)習(xí)生活很單純，宮辰笑笑說：“每天就是吃飯、睡覺、做研究。”雖然單調(diào)，但是在濃厚的學(xué)術(shù)氛圍下宮辰心無旁騖地做研究，也收獲頗豐，許多學(xué)術(shù)成果都是在這時候獲得的，如在相關(guān)主流SCI期刊及EI會議上發(fā)表或錄用論文20余篇。

機(jī)器的“教”與“學(xué)”

在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生

回國后，宮辰的研究領(lǐng)域主要集中在兩方面。一是交互式機(jī)器教學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)。因?yàn)闄C(jī)器再智能也不是人，不能像人一樣能夠自我學(xué)習(xí)，所以如何“教”機(jī)器學(xué)習(xí)，就成為機(jī)器能否智能化的關(guān)鍵。所以宮辰現(xiàn)在的研究重點(diǎn)就是怎么“教”機(jī)器，把“教”和“學(xué)”兩部分協(xié)同起來，以形成一個完整的交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)。二是弱監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法都要求訓(xùn)練樣本的標(biāo)注是充分、準(zhǔn)確、明晰的。然而在很多實(shí)際情形下，由于人為因素或客觀條件的約束，這種理想的監(jiān)督信息往往很難獲得。比如近期很流行的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，想要達(dá)到好的學(xué)習(xí)效果的話就要通過輸入海量的人工標(biāo)注樣本去做訓(xùn)練，樣本標(biāo)注需要大量且專業(yè)的人員來做，而這要花費(fèi)較多人力成本，在真實(shí)環(huán)境下是很難達(dá)到的，且人工標(biāo)注難免會出現(xiàn)錯誤而造成監(jiān)督信息的不準(zhǔn)確。所以目前的研究是如何減少機(jī)器對數(shù)據(jù)樣本的依賴，取代傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)中的強(qiáng)監(jiān)督信號。

目前宮辰正在主持國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“交互式機(jī)器教學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法的研究”。因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)算法往往存在不夠魯棒，這就意味著其學(xué)習(xí)性能下降甚至完全失效；機(jī)器的學(xué)習(xí)模型在求解時無法獲得滿意、可靠的分類函數(shù)；在需要給機(jī)器輸入大量的數(shù)據(jù)情形下，因算法訓(xùn)練的過程耗時，而給實(shí)際使用帶來的困難。這些都是目前機(jī)器學(xué)習(xí)過程中存在的問題。項(xiàng)目基于這些問題，引入“機(jī)器教學(xué)”策略，對現(xiàn)有的各類機(jī)器學(xué)習(xí)算法的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行合理的“指導(dǎo)”，以提升它們的準(zhǔn)確性、魯棒性和訓(xùn)練效率。項(xiàng)目認(rèn)為一個完整的學(xué)習(xí)系統(tǒng)（learning system）需要由“機(jī)器學(xué)習(xí)”（machine learning）和“機(jī)器教學(xué)”（machine teaching）兩部分構(gòu)成，其中前者已經(jīng)得到了國內(nèi)外研究人員非常廣泛的關(guān)注，而后者的探索卻一直被忽略，相關(guān)研究目前在我國乃至世界上都是十分有限的。因此，項(xiàng)目希望將“機(jī)器學(xué)習(xí)”和“機(jī)器教學(xué)”寫進(jìn)同一個框架，并且設(shè)計(jì)策略讓這兩個模塊進(jìn)行實(shí)時、有益的交互，進(jìn)而達(dá)到“教學(xué)相長”的目的。最終成果可提升機(jī)器學(xué)習(xí)算法的準(zhǔn)確率、減少機(jī)器學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練時間、增強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的魯棒性。

科研有道 教學(xué)有方

對宮辰來說，做研究最重要的并不是智商有多么高，而應(yīng)該是興趣和堅(jiān)持?！芭d趣是最好的老師，它可以讓你在感興趣的領(lǐng)域有好奇心，好奇心會驅(qū)使你有企圖心地探索未知的事情?！碑?dāng)然無論是什么事情，想要做好，堅(jiān)持和努力是必不可少的。在科學(xué)研究這樣一個相對枯燥的工作中，想做出科研成果不是一蹴而就的，中途會遇到很多困難，這時候沒有咬牙堅(jiān)持下來的毅力，是完成不了研究的。宮辰看重研究的全面性，他要求自己在做一項(xiàng)研究前，必須要明白為什么要做，研究成果比別人的好，還要知道為什么比別人做得好，一個算法最重要的不是被開發(fā)出來，而是要證明這個算法是穩(wěn)定的、可靠的，要給出理論分析讓人能夠放心地使用。

在大學(xué)中工作，教學(xué)是首當(dāng)其沖的大任務(wù)，“傳道授業(yè)解惑”是一名教師應(yīng)該做的。宮辰至今深刻地記得在澳大利亞即將畢業(yè)時，導(dǎo)師把他叫到辦公室時說的一番語重心長的話，他說，“我的兒子是我生命的延續(xù)，而我的學(xué)生則是我學(xué)術(shù)生命的延續(xù)，我是如何教導(dǎo)你們的，就請你們?nèi)绾谓虒?dǎo)你們的學(xué)生”。導(dǎo)師的話令宮辰受益匪淺，所以現(xiàn)在他也是這樣對自己的學(xué)生。他說：“我的研究生來到我這，我會先跟他們溝通，問他們對哪類課題感興趣，在哪些方面最擅長。我會一篇篇挑好適合他們的文獻(xiàn)，給他們找出最經(jīng)典的和最新的學(xué)術(shù)論文。”宮辰會把幾乎成型的思路或數(shù)學(xué)模型直接給剛來的研究生，讓他們快速進(jìn)入研究生的角色中，然后告訴學(xué)生們怎么去做實(shí)驗(yàn)，怎么去做論證，怎么寫論文。宮辰入職兩年，已指導(dǎo)或協(xié)助指導(dǎo)多名學(xué)生靠學(xué)術(shù)論文拿到國家獎學(xué)金。

做研究其實(shí)是很艱苦的工作，但只要醉心學(xué)術(shù)、樂在其中，那這些其實(shí)根本就不苦，甚至是十分自然、理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑?。宮辰也經(jīng)常告訴學(xué)生“你要想比別人優(yōu)秀，自然就得付出比別人多的努力，這是理所當(dāng)然”。在宮辰看來科研如逆水行舟，不進(jìn)則退，未來他將繼續(xù)不斷攀登，為人類智能化的生活貢獻(xiàn)出自己的力量。