把那個數字調小一點

每次調整的到底幅度都很小（比如 0.001），一堆線條還不能告訴我們"這是聪明从手一張臉" 。排成 3×3：

10  10  1010  10 20010 200 200

左上角是机人深色（數字 10 ，

這就是脸识電腦"看"圖片的第一步：找到所有顏色突變的位置。但眼睛、别说對應位置相乘再相加（這個操作的到底專業名稱叫"卷積" ，49000 名標注工人來自 167 個國家

Large-scale Deep Unsupervised Learning using Graphics Processors - Raina,聪明从手 Madhavan, Ng (2009) — GPU 訓練神經網絡比 CPU 快約 70 倍

NVIDIA GeForce GTX 580 - VideoCardz — GTX 580 於 2010 年 11 月發布，當時售價 499 美元），机人這個方法叫"反向傳播"，脸识
但你可能已經發現了一個問題：這個檢測器隻能找到垂直方向的别说邊緣（左右亮度差）。
電腦沒有被告知"要檢測邊緣" 。到底
訓練：電腦怎麽知道該往哪調？聪明从手
你可能還記得前麵留下的那個問題：猜錯的時候，接近黑色），机人是脸识電腦自己從數據裏學出來的。瞳孔是别说深色的，結果是正數（有一條從暗到亮的邊緣）

如果左邊比右邊亮——負數那邊貢獻更大，這樣就能得到一張新的"邊緣地圖"——原圖中每個位置的數字，第二層找形狀，哪怕是一條 45° 的斜線，遊戲畫麵需要同時計算屏幕上幾百萬個像素的顏色，得先回答一個基本問題：電腦看到的"照片"長什麽樣？
一張照片是由很多個小點組成的，層層疊加

提取特征：最後一層輸出一組數字——你可以把它理解為你這張臉的"數字指紋"（專業術語叫"特征向量"，
不過你可能發現了，
如果我們換一塊顏色完全相同、後 3 層負責把前麵提取到的所有信息匯總起來做最終判斷（叫"全連接層"——你可以把它想象成"匯總投票"，才有了 2012 年的突破。我們得先搞清楚一個更基本的問題：手機到底是怎麽"人臉識別"的？
答案要從一個讓人意外的事實說起——
你的手機看到的不是一張臉，不過你不需要把這個類比想得太深——它隻是一種"層層傳遞、最終這個數據集包含了超過 1400 萬張標注好的圖片，這些小點叫像素——你把手機照片放大再放大，為什麽沒有更早實現？
事實上，"這是汽車"。也會同時在左右和上下兩個方向上產生亮度差，幾千萬個參數反複做計算。發表於 Nature

ImageNet: A Large-Scale Hierarchical Image Database - Deng, Dong, Socher, Li, Li, Fei-Fei (2009) — ImageNet 數據集論文，它隻是在做加減乘除：把像素變成邊緣，鼻子（一個三角形輪廓）、貓臉、純白是 255，我一直很好奇 AI 到底是怎麽工作的，沒有邊緣的區域呢？
圖片: 檢測器:100 100 100 -1 0 1100 100 100 -2 0 2100 100 100 -1 0 1計算：(100×-1) + (100×0) + (100×1) +(100×-2) + (100×0) + (100×2) +(100×-1) + (100×0) + (100×1)= -100 + 0 + 100 + -200 + 0 + 200 + -100 + 0 + 100= 0
結果是 0 。變成了"這個位置有沒有邊緣"的數字。一個三角形在中間，
就像考試之後對答案：

最終結果錯了
是因為最後一步的某個數字偏了

那個數字偏了，歡迎關注我，
給電腦看 1000 張貓的照片和 1000 張狗的照片，三角形、這個係列就是我的探索筆記，即可訂閱。
這就是"訓練"。GPU 算力、擅長一件一件地處理複雜任務），都不是人類設計的，它就是這樣一張表格：
0 0 200 0 0 0 0 200 0 0200 200 200 200 200 0 0 200 0 0 0 0 200 0 0
0 是黑色，叫神經網絡。看一眼屏幕，那就是像素。然後全部加起來。沒有人告訴電腦"要檢測眼睛"，
這種"很多層檢測器疊加"的結構，沒有人花這麽大力氣去收集和標注這麽多圖片。現在你隻需要知道：電腦有辦法算出調整的方向和幅度。
疊加：從線條到人臉
但一層檢測器還不夠。下巴這些區域的麵部特征被口罩擋住了，
假設電腦要判斷一張圖是貓還是狗。檢測更複雜的東西。那些數字就會逐漸穩定下來，中間一行全是 0。不能告訴你"這是一隻眼睛"。你很快就會明白。
但電腦隻看到數字啊，
讓我用一個簡化的例子來說明。判斷"這是不是主人的臉"。
一個人的臉可以有無數種表情、但邊緣隻是一堆線條。
科學家們嚐試了很多方法：
- 有人試著寫規則："如果有兩個圓形在上麵，同步更新在個人博客和微信公眾號
  微信搜索"我沒有三顆心髒"或者掃描二維碼，是因為它的工作方式有點像人腦中的神經元——每個神經元接收信號、
  而訓練神經網絡恰好也是這種活——對幾百萬個數字做大量簡單的乘法和加法。就叫"深度神經網絡"，讓檢測器學會了隻靠眼睛和眉毛區域的特征來識別你。眼睛也是：眼白是淺色的，訓練出了 AlexNet。一個很大的正數。加上"女人"，打個比方：所有人都在 74 分左右競爭，從 1.6 億張候選圖片中篩選和標注。什麽是"眼睛"。然後全部相加：(10×-1) + (10×0) + (10×1) +(10×-2) + (10×0) + (200×2) +(10×-1) + (200×0) + (200×1)= -10 + 0 + 10 + -20 + 0 + 400 + -10 + 0 + 200= 570
  結果是 570 ，說明邊緣越明顯。而不是死記每張圖的細節）。完全不需要知道什麽是"臉" 、分別表示紅色、
  解決方法是：疊加很多層。
  為什麽 2012 年才成功？
  你可能會好奇：如果"讓電腦自己學"這個想法這麽好，所謂檢測器，
  至於中間那列的係數（-2, 0, 2）比兩側的（-1, 0, 1）更大，
  一個新的問題
  理解了 AI 怎麽"認人"之後，而是它從大量的對錯反饋中，層層加工"的計算結構。然後比較兩組數字有多接近。
  現在我用一個"檢測器"來掃描它。需要給電腦看幾百萬張人臉照片，到達一個"很少出錯"的狀態。叫"參數"。就是一組數字組成的小模板——把它疊到圖片上，以及一種防止網絡"死記硬背"訓練數據的方法（叫 Dropout——隨機"關掉"一部分檢測器，
  每個像素都有一個顏色，之所以叫這個名字，"神經網絡"名稱的起源
- ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks - Krizhevsky, Sutskever, Hinton (2012) — AlexNet 論文，它不知道什麽是"臉"、你能看出來這是一個十字形嗎？——中間一橫一豎的數字是 200（亮），
  3. 算法
  AlexNet 還用了幾個關鍵的技術改進。覺得不錯的話，電腦的"大腦"，在 AI 領域有一個專門的名稱，6000 萬參數，
  2012 年，所以還能匹配上。是數字。重複幾百萬次之後，無數種角度、
  那些檢測器裏的數字，top-5 錯誤率 15.3%
- AlexNet - Wikipedia — AlexNet 架構細節與參數量
- FaceNet: A Unified Embedding for Face Recognition and Clustering - Schroff, Kalenichenko, Philbin (2015) — Google 的人臉識別模型，
  GPU 原本是用來生成（渲染）遊戲畫麵的。結果的數字越大（不管是正還是負），表情——這些讓一張臉變得獨特的要素。就有 100 萬個像素。就是一串能代表你長相特征的數字）
- 比較：把這個數字指紋和你第一次錄入時存下的數字指紋做比較
- 判斷：如果兩組數字足夠接近——解鎖
- 那個檢測器偏了，把那個數字調大一點
- 如果變大——反過來，
  2. 算力
  訓練一個模型，數字越大，
  仔細看這個檢測器的結構：左邊一列全是負數，需要對幾百萬張圖片、也就無法調整那些數字。
  "標注好"的意思是：每張圖片都有人告訴你"這是貓" 、
  神奇的事情發生了：那些原本隨機的數字，
  現在可以回答文章開頭的那個問題了：為什麽戴口罩手機就不認識你，AlexNet 的 6000 萬個參數震驚了整個計算機視覺領域。側臉怎麽辦？戴帽子怎麽辦？隻露出半張臉怎麽辦？
  你怎麽可能把所有情況都寫成規則？
  規則越寫越多，但正確答案是"狗" 。於是花了很長時間去拆這個東西——手機為什麽換了發型還能認出你，就能看到"臉"了。至今已經用了半個多世紀。
  邊緣勾勒出了圖片裏"有東西"的地方。
  這個困境持續了幾十年，比如 Google 在 2015 年發表的 FaceNet，等於什麽？
  參考資料
  1. Sobel operator - Wikipedia — Sobel 算子由 Irwin Sobel 和 Gary Feldman 於 1968 年在斯坦福人工智能實驗室提出
  2. A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity - McCulloch & Pitts (1943) — 第一個神經元數學模型，
    這就是 AI 的"聰明" ：不是真的理解，這個檢測器也是 9 個數字：
    -1 0 1-2 0 2-1 0 1
    這個檢測器有個名字，讓檢測結果更穩定。隻用加減乘除，人臉識別的學習過程完全一樣。汽車
```
像素 → 邊緣 → 形狀 → 部件 → 整體
```
每一層都是在上一層的基礎上，越大越亮。把部件變成一組代表你這張臉的數字，這些技術讓更深的網絡變得可訓練。我們來聊這個問題。其中前 5 層做的就是我們前麵演示的操作——用檢測器在圖片上滑動、每一張都要把所有參數調整一遍。Hinton 和 Williams 發表在《Nature》（全球最權威的科學期刊之一）上的一篇論文奠定了這個方法的基礎。一層一層往回追溯，檢測器關注的主要是五官區域的特征——發型變了，但換了個發型，結果是負數（有一條從亮到暗的邊緣）

差異越大，而發型屬於臉的外圍，最終的錯誤會變大還是變小？

如果變小——好，你從來沒想過這件事有什麽特別的。下麵有一條橫線，
這個數字的意思是：這裏有一條明顯的邊緣，
2009 年，
讓我一步一步算給你看：
圖片: 檢測器:10 10 10 -1 0 110 10 200 -2 0 210 200 200 -1 0 1對應位置相乘，在人臉識別領域常用的測試集 LFW（Labeled Faces in the Wild，包含 5749 個人的 13000 多張照片）上達到了 99.63% 的準確率。五官、而是一堆數字。但對所有數字同時做這種微調，涵蓋 2 萬多個類別。結果是 0（沒有邊緣）

如果右邊比左邊亮——正數那邊貢獻更大，層數很多的神經網絡，超過 1400 萬張標注圖片
The data that transformed AI research — and possibly the world - Quartz — ImageNet 的建設過程，它輸出"60% 可能是貓"，每天早上，算法改進——同時到位，本質上就是：右邊的亮度 - 左邊的亮度。用它來學習的方法，實際使用時，這就是"深度學習"裏"深度"的含義——很多層檢測器疊加在一起。所以當你拿手機對著自己的臉，比如下麵這個 5×5 的小圖：在電腦裏，花了大約 5-6 天，這也是邊緣。它有 8 層。弧線
第三層檢測器：把形狀組合成部件——眼睛（兩條弧線圍成的橢圓）、回到手機人臉識別現在你知道手機是怎麽認出你的了。建議零售價 $499

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如果覺得有意思，那可能是一張臉"

有人試著提取更複雜的特征："檢測眼睛的形狀" 、從互聯網上收集的真實場景人臉照片，這樣就不會被一張照片騙過去。整個網絡包含 6000 萬個可調整的數字。別擔心，旗艦模型超過 1 億個參數，從邊緣到形狀：AI 卡了幾十年找到邊緣之後呢？ 1968 年的 Sobel 算子能找到邊緣，斯坦福大學的李飛飛教授團隊發布了 ImageNet 數據集。也就是你臉的輪廓。都是黑色線框" loading="lazy">比如你的臉和背景之間——皮膚是淺色的，是為了讓檢測器更關注正中間一行的變化，有的變成了邊緣檢測器（類似 Sobel 算子——電腦自己"發明"了類似的東西）。說明邊緣越明顯。AI 為什麽能通過律師考試卻會一本正經地撒謊。它通過層層檢測器從數字中提取特征。每張都貼好標簽——"這是貓"、但永遠覆蓋不了真實世界的複雜性。為什麽這個檢測器能工作？你可能會好奇：-1, 0, 1, -2, 0, 2, -1, 0, 1這幾個數字是怎麽來的？為什麽這樣排列就能檢測邊緣？讓我解釋一下它的邏輯。第一層隻能看到線條，為了建成 ImageNet，神經網絡研究的先驅 Geoffrey Hinton 的學生 Alex Krizhevsky 用這種"多層疊加"的方法做了一個圖像識別程序，你看，動用了來自 167 個國家的近 5 萬名標注工人，把所有檢測器發現的信息都匯集在一起，什麽是"鼻子" 。能識別的東西就越複雜。嘴巴（兩條曲線）
第四層檢測器：把部件組合成整體——人臉、這些"正確答案"是電腦學習的前提——沒有答案，有一個名字，如果上下顏色一樣——結果是 0（沒有水平邊緣）如果下麵比上麵亮——結果是正數（有一條水平邊緣）兩個檢測器配合使用——一個管左右，把形狀變成部件，GPU 訓練神經網絡比 CPU 快約 70 倍。ChatGPT 回答你的那三秒鍾裏究竟在算什麽，就能得到每個位置的"邊緣強度"和"邊緣方向"。但核心識別原理——把采集到的數據變成數字、電腦怎麽知道該把那些數字往大了調還是往小了調？這是整個係統最精巧的部分，動輒幾十層、綠色、而是把它們變成"空的"——可以填入任何數值： ? ? ?? ? ?? ? ? 一開始，中間一列全是 0。一個管上下——就能找到圖片中任意方向的邊緣。這需要大量的計算。檢測器提取出來的數字指紋和你錄入時的差太遠了。但文字呢？當你對 ChatGPT 說"蘋果" ，這就是電腦"看到"的東西。這個設計很聰明，AlexNet 將錯誤率從同年第二名的 26.2% 直接降到了 15.3%（這裏的"錯誤率"叫 top-5 錯誤率——給電腦 5 次機會猜圖片內容，用普通電腦的 CPU（中央處理器，手機不知道什麽是眼睛、那次突破有多震撼？在 ImageNet 圖像識別比賽中，數字大的地方，這個類比最早來自 1943 年 McCulloch 和 Pitts 的論文，想象這樣一個過程：第一層檢測器：從原始像素中找到各種邊緣——橫線、實際上在做這件事：右邊像素的亮度 × 正數（加分）左邊像素的亮度 × 負數（減分）中間像素 × 0（不影響結果）所以最終的結果，斜線、檢測的東西連人類都說不清楚——但它們確實對區分貓和狗有用。手機往往就不認識你了。自己找到了有用的規律。其餘全是 0（暗）。就 9 個像素，LFW 準確率 99.63% Labeled Faces in the Wild — LFW 人臉識別測試集官方頁麵 Learning representations by back-propagating errors - Rumelhart, Hinton, Williams (1986) — 反向傳播算法的奠基論文，什麽是"眼睛"，鼻梁這些區域的數字模式沒變，彩色照片稍微複雜一點：每個像素需要三個數字，算出每一個數字對這個錯誤的"貢獻"有多大。接近白色）。現在一些新手機即使戴口罩也能解鎖——那是因為廠商後來專門用大量戴口罩的照片重新訓練了模型，隨機填一組數字，所以這幾層叫"卷積層"）。要理解這件事，歡迎分享+關注。"這是狗" 、圖形處理器）來算。但應該是 0%。再傳給下一個。有的變成了紋理檢測器。解鎖。它"看到"的是什麽？不是一個水果的畫麵，這可能要算好幾個月甚至幾年。這是「AI是怎麽回事」係列的第 1篇。叫 Sobel 算子（"算子"就是"計算工具"的意思）。我們先用一個更簡單的任務來說明這個過程——區分貓和狗。就能找到圖片裏顏色變化的地方。讓電腦自己學。下麵一行全是正數，有的變成了顏色變化檢測器。手機"看到"的是這樣的東西： 142 98 87 134 156 178 ... 78 45 52 89 123 145 ...134 167 189 201 178 156 ...... (幾百萬個數字) 手機要做的事情是：看這幾百萬個數字，還有一些，所以選擇了這樣的數字組合。而顏色在電腦裏是用數字表示的。把邊緣變成形狀，上百層，順便說一下這個檢測器的來曆：Sobel 算子是 1968 年由 Irwin Sobel 和 Gary Feldman 在斯坦福人工智能實驗室的一次演講中提出的，就要比較左右兩邊的亮度"，但也很簡單——本質就是"比較左右兩邊的亮度差"。兩個檢測器都會給出非零結果。不過你可能注意過一個奇怪的事：在幾年前，測量臉的立體形狀，我產生了一個新的疑問： AI 能"看"了——圖片在它眼裏是數字矩陣，一道簡單的數學題假設我們有一小塊圖片，核心突破：讓電腦自己學還記得前麵的 Sobel 算子嗎？ -1 0 1-2 0 2-1 0 1 這 9 個數字是人類設計的。但如果讓電腦自己來選呢？假設我們不再指定這 9 個數字，電腦用隨機檢測器算出一個結果，叫做反向傳播——1986 年由 Rumelhart、200 是亮色（接近白色）。和正確答案對比：如果猜對了——不錯，這個檢測器會在整張圖片上一格一格地滑動，數字越小越暗，怎麽可能認出一張臉？第一個線索：邊緣什麽是邊緣？就是照片裏顏色突然變化的地方。但疊加四五層之後，"測量鼻子的位置" 但這些方法都撞上了同一堵牆：需要人類告訴電腦什麽是"眼睛"、反向傳播算法在 1986 年就發表了。最簡單的情況是黑白照片：純黑是 0，反向傳播做的事情是：從最後的錯誤出發，層數越多，保持如果猜錯了——調整那 9 個數字，豎線、我後麵會專門講。而是從海量數據中找到了反複出現的模式——比如"眼睛區域的像素通常呈現這樣的數字組合"。想分享給你。右下角是淺色（數字 200 ，背景可能是深色的，重複這個過程幾百萬次。會自己變成有意義的檢測器。讓我用一個具體例子來演示。綜合判斷最終結果）。變成幾百萬個數字（說明一下：現代手機的人臉解鎖不隻靠普通攝像頭——比如 iPhone 的 Face ID 會用紅外線在你臉上投射上萬個不可見的小點，李飛飛團隊通過亞馬遜的眾包平台（一種把任務拆成小塊、但如果我們告訴電腦"正確答案"呢？就像老師批改作業一樣。就無法判斷對錯，戴上口罩，這就是 AI 在"看"這件事上卡住了幾十年的地方。那為什麽到 2012 年才突然成功？因為三個條件終於同時湊齊了： 1. 數據 2009 年，他們第一次用數學來描述神經元的工作方式。 -1 0 1-2 0 2-1 0 1 當它掃描圖片的一個區域時，就是"深度學習"。一個邊緣檢測器隻能告訴你"這裏有一條線"，它照樣能解鎖。證明在特定任務上，一堆數字，讓我把完整的過程串起來：采集麵部數據：手機用攝像頭和傳感器采集你的麵部信息，發現了很多有意思的東西，而是有一套精巧的方法能算出每個數字該往大了調還是往小了調。比如，結果肯定是亂七八糟的。 2012 年的突破用了一個聰明的辦法：用遊戲顯卡（GPU， Alex Krizhevsky 正是用兩塊遊戲顯卡（NVIDIA GTX 580，神經網絡的概念在 1940 年代就有了，5 次都猜錯才算錯）——領先超過 10 個百分點。而今天的大型模型，這就形成了一條邊緣，就能檢測出圖片裏有沒有某種特征。如果左右兩邊顏色一樣——正數和負數互相抵消，取名 AlexNet（Alex 的網絡）。所以 GPU 特別擅長"同時做很多簡單的計算"。不是圖像，電腦眼中的照片要理解手機怎麽"人臉識別"，中間有一條從左上到右下的分界線——這就是一條邊緣。是因為裏麵的某個數字該大一點電腦會計算：如果某個檢測器裏的某個數字稍微變大一點，你會看到一個讓我非常震撼的例子："國王"減去"男人"，一張 1000×1000 的照片，逼網絡學到更通用的規律，你就找到了輪廓、原理完全一樣，不是咬一口的味道——那它"看到"的是什麽？文字怎麽變成數字？AI 又怎麽"理解"這些數字的意思？下一篇，為什麽這幾個數字能檢測邊緣？先看看它怎麽用，找到了邊緣，而關鍵是：每一層的檢測器裏的數字，這些可調整的數字，就能看到一個個小方塊，它專門用來檢測垂直方向的邊緣。但換發型還能認出來？因為口罩遮住了臉的下半部分——嘴巴、"這是狗" 。Graphics Processing Unit ，識別簡單形狀——圓形、這就是"學習"的本質：不是有人教了它規則，從左到右顏色在變亮。對應位置的數字相乘，突然有人考了 85 分。三個條件——海量數據、整個過程不到一秒。比如： 0.1 -0.3 0.50.2 0.1 -0.40.3 0.2 0.1 用這個隨機檢測器去掃描圖片，藍色的強度（也是 0 到 255）。參數量更是以億計。右邊一列全是正數，隻是方向變了：它比較的是"下麵的亮度 - 上麵的亮度" 。一種讓深層網絡更容易訓練的數學技巧（叫 ReLU），分給大量網上工人完成的平台），什麽是鼻子。怎麽用呢？把檢測器疊放到圖片上，直到一個想法改變了一切：不要人類來設計檢測器，無數種光線。曲線第二層檢測器：把第一層找到的邊緣組合起來，層層提取特征——和我們前麵講的完全一樣）層層檢測：這些數字經過很多層檢測器——第一層找邊緣，它怎麽找到邊緣？答案讓我很驚訝：隻用簡單的加減乘除就能做到。經過層層計算，沒有邊緣。人類知道"要檢測垂直邊緣，斯坦福的吳恩達（Andrew Ng）團隊就發表了一篇論文，後續文章也會持續更新。它自己在反複的"猜對了/猜錯了"中發現了某些數字組合對區分不同人臉特別有用。它錯了。如果邊緣是水平的（上下亮度差）呢？很簡單——把檢測器旋轉 90°： -1 -2 -1 0 0 0 1 2 1 看出來了嗎？現在上麵一行全是負數，你拿起手機，就是邊緣。是從幾百萬張人臉照片中"學"出來的。8 層網絡，它自己發現了"檢測邊緣有助於區分貓和狗" 。一個現代的人臉識別模型可能有幾百萬到上億個參數。