辛頓開發(fā)的玻爾茲曼機成為了生成模型的早期例子。玻爾茲曼機常被用作一個大網(wǎng)絡(luò)的一部分，可以用來根據(jù)觀眾的喜好推薦電影或電視劇。
機器學習與傳統(tǒng)軟件不同，傳統(tǒng)軟件的工作方式就像一種配方。傳統(tǒng)軟件接收數(shù)據(jù)，然后根據(jù)清晰的描述進行處理并產(chǎn)生結(jié)果，就像有人收集原料并按照食譜處理。相反，在機器學習中，計算機通過實例學習，使其能夠解決模糊和復雜的問題，這些問題無法通過一步一步的指令來管理。
約翰·J·霍普菲爾德和杰弗里·E·辛頓因“通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機器學習的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明”，獲得2024年諾貝爾物理學獎。
10月8日，2024年諾貝爾物理學獎出乎意料地授予機器學習研究領(lǐng)域，結(jié)果公布后，連獲獎?wù)弑救私芨ダ铩·辛頓（Geoffrey E。 Hinton）在接受瑞典皇家科學院的電話采訪時，也直呼“沒有想到”。
2024年，普林斯頓大學的約翰·J·霍普菲爾德（John J。 Hopfield）和加拿大多倫多大學的杰弗里·E·辛頓因“通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機器學習的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明”，獲得諾貝爾物理學獎。獲獎?wù)邔⒐蚕?100萬瑞典克朗（約合745萬元人民幣）獎金。
諾貝爾物理學獎為何花落機器學習？機器學習在過去15到20年里爆炸式發(fā)展，它利用了一種叫做人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。所以當我們談?wù)撊斯ぶ悄軙r，通常指的是使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機器學習。雖然計算機不能思考，但機器現(xiàn)在可以模擬記憶和學習等功能。這要得益于今年諾貝爾物理學獎得主的創(chuàng)造性工作。
今年的兩位諾貝爾物理學獎得主兩位獲獎?wù)呒s翰·霍普菲爾德和杰弗里·辛頓從20世紀80年代開始就在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面開展了重要工作。他們使用了物理學的工具來開發(fā)方法，這些方法是當今強大的機器學習的基礎(chǔ)。
霍普菲爾德創(chuàng)造了一種聯(lián)想記憶，可以存儲和重建圖像和其他類型的數(shù)據(jù)模式。當給定一個不完整或稍微扭曲的網(wǎng)絡(luò)模式時，霍普菲爾德的方法可以找到最相似的存儲模式。
1980年，霍普菲爾德離開了普林斯頓大學的職位，他的研究興趣把他帶出了物理學同行們工作的領(lǐng)域。他來到加州理工學院擔任化學和生物學教授。在那里，他可以使用計算機資源進行免費實驗，并發(fā)展他關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的想法。但他并沒有放棄自己的物理學基礎(chǔ)。磁性材料由于原子自旋而使得每個原子都能成為一個微小的磁鐵，相鄰原子的自旋相互影響。得益于對磁性材料的了解，霍普菲爾德利用描述自旋相互影響時材料如何發(fā)展的物理學原理，建立了一個具有節(jié)點和連接的模型網(wǎng)絡(luò)。霍普菲爾德等人繼續(xù)發(fā)展霍普菲爾德網(wǎng)絡(luò)的運作細節(jié)，例如可以存儲任何值的節(jié)點，而不僅僅是0或1。如果把節(jié)點想象成圖片中的像素，它們可以有不同的顏色，而不僅僅是黑色或白色。改進的方法使保存更多的圖片成為可能，即使它們非常相似，也可以區(qū)分它們。
記住一幅圖像是一回事，但要解釋它所描繪的內(nèi)容需要更多的東西。
辛頓曾在英格蘭和蘇格蘭研究實驗心理學和人工智能，他想知道機器是否能像人類一樣學會處理模式，分類和解釋信息。當霍普菲爾德1982年發(fā)表關(guān)于聯(lián)想記憶的文章時，辛頓正在卡內(nèi)基梅隆大學工作。辛頓將霍普菲爾德發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)作為一個新網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，這種新網(wǎng)絡(luò)使用另一種方法是玻爾茲曼機，可以學習識別給定類型數(shù)據(jù)中的特征元素。這一方法發(fā)表于1985年。
辛頓使用了統(tǒng)計物理學的工具，通過給機器輸入案例來訓練機器。玻爾茲曼機不是從指令中學習，而是從給定的例子中學習，它可對圖像進行分類，或者為它所訓練的模式類型創(chuàng)建新的案例。玻爾茲曼機每次更新一個節(jié)點的值，最終機器將進入一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，節(jié)點的模式可以改變，但整個網(wǎng)絡(luò)的屬性保持不變。根據(jù)玻爾茲曼方程，每個可能的模式都有一個特定的概率，這個概率由網(wǎng)絡(luò)的能量決定。當機器停止時，它創(chuàng)造了一個新的模式，這使得玻爾茲曼機成為了生成模型的早期例子。
約翰·J·霍普菲爾德和杰弗里·E·辛頓因“通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機器學習的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明”，獲得2024年諾貝爾物理學獎。
20世紀90年代，許多研究人員對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)失去了興趣，但辛頓是繼續(xù)在該領(lǐng)域探索的科學家之一，他還在這項工作的基礎(chǔ)上幫助啟動了當前機器學習的爆炸性發(fā)展。2006年，他和同事開發(fā)了一種預訓練網(wǎng)絡(luò)的方法，該網(wǎng)絡(luò)由一系列分層的波爾茲曼機組成。這種預訓練為網(wǎng)絡(luò)中的連接提供了一個更好的起點，從而優(yōu)化了識別圖像元素的訓練。玻爾茲曼機常被用作一個大網(wǎng)絡(luò)的一部分，可以用來根據(jù)觀眾的喜好推薦電影或電視劇。
值得一提的是，辛頓因在深度學習方面的貢獻與約書亞·本希奧和楊立昆一同被授予了2018年的圖靈獎。
今天的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常是巨大的，由更多層組成。它們被稱為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它們的訓練方式被稱為深度學習。人工智能越來越深入各行各業(yè)、幫助科學研究。諾獎官方評價稱，物理學為機器學習的發(fā)展提供了工具，物理學作為一個研究領(lǐng)域如何也從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中受益將是有趣的。
來源：《 澎湃新聞》
