讓AI像人一樣理解世界
——記中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員葉佩軍

杜月嬌

葉佩軍

人工智能技術(shù)的完善與發(fā)展建立在對(duì)人類思維模式和行為模式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，而人本身很復(fù)雜，這就決定了充分認(rèn)識(shí)人的困難性和計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)學(xué)習(xí)的困難性。盡管如此，仍有許多人為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)進(jìn)行著樂此不疲的探索，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員葉佩軍就是其中一位。長(zhǎng)期致力于多智能體系統(tǒng)、認(rèn)知計(jì)算、復(fù)雜系統(tǒng)與人工智能等領(lǐng)域的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，他的目標(biāo)是用計(jì)算機(jī)模型將人在不同情況下的行為方式及思考決策過程盡可能全面、準(zhǔn)確地模擬、復(fù)現(xiàn)出來，讓人工智能像人一樣理解世界。

工程歷練后的回歸

可能因?yàn)槭浅鲎吆蟮脑俅位貧w，葉佩軍現(xiàn)在對(duì)走科研這條路已非常篤定。

2008年他順利考入中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所并完成了碩博連讀。博士畢業(yè)后，他首先選擇到軍工企業(yè)、到實(shí)際工程項(xiàng)目中積累經(jīng)驗(yàn)。在中國電子科技集團(tuán)有限公司3年的歷練和沉淀，他經(jīng)歷了多個(gè)預(yù)研、型號(hào)項(xiàng)目的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和工程研發(fā)，同時(shí)也越來越清楚自己內(nèi)心對(duì)科研的那份熱愛。

回到中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所繼續(xù)從事基礎(chǔ)核心技術(shù)研究后，也許是滌蕩之后的執(zhí)著與熱愛，讓葉佩軍在科研的道路上成長(zhǎng)迅速。他先后主持了國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、國家自然基金面上項(xiàng)目、國家留學(xué)基金赴美訪問項(xiàng)目等，以研究骨干身份參與了國家自然基金重大項(xiàng)目和聯(lián)合基金項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、廣州亞運(yùn)會(huì)公共交通管理輔助決策系統(tǒng)等多個(gè)科學(xué)研究項(xiàng)目及一系列工程應(yīng)用項(xiàng)目；以第一作者身份在中國科學(xué)院一區(qū)期刊發(fā)表論文十余篇，其他SCI/EI檢索論文等十余篇；以第一作者身份出版人工智能專著1部，取得7項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)；作為團(tuán)隊(duì)骨干獲得2017年中國公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2020年中國智能交通協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2020年中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

能取得這些成績(jī)，葉佩軍真心感激團(tuán)隊(duì)對(duì)他的支持與幫助。“人生沒有回頭路。能夠繼續(xù)從事自己喜歡的科研工作，我覺得非常不容易，當(dāng)時(shí)是團(tuán)隊(duì)給了我這樣一個(gè)機(jī)會(huì)。”他說。

導(dǎo)師王飛躍教授，更是給了葉佩軍堅(jiān)持下去的信心。他說：“王教授對(duì)我影響很大，他對(duì)我的幫助是點(diǎn)點(diǎn)滴滴的，每次我快要支持不下去的時(shí)候，他總是及時(shí)地給予我鼓勵(lì)。我是一個(gè)極普通的人，科研做得不是很出色，成果也不是特別突出，他卻一直在支持我，我覺得如果不堅(jiān)持做下去把事情做好，就對(duì)不住他。”

帶著團(tuán)隊(duì)、恩師的支持與鼓勵(lì)，堅(jiān)持做自己喜歡的事情，葉佩軍朝著自己的科研理想奮力邁進(jìn)。

模擬每一位個(gè)體的人

葉佩軍最早的研究與智能交通出行相關(guān)，主要工作是用計(jì)算機(jī)仿真來測(cè)試各種出行方案。當(dāng)時(shí)他所在的科研團(tuán)隊(duì)承擔(dān)著青島產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院與青島市共同建設(shè)的平行交通項(xiàng)目。通過攻關(guān)，在青島市平行交通系統(tǒng)項(xiàng)目中，葉佩軍和同事們通過綜合青島市人口、交通、社交媒體等大數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出了交通出行狀況和熱點(diǎn)交通事件相互影響的情況。

做平行交通系統(tǒng)項(xiàng)目時(shí)，葉佩軍還未將認(rèn)知計(jì)算用到項(xiàng)目的攻關(guān)中，但隨著研究的深入，他越來越感覺到認(rèn)知科學(xué)對(duì)所做研究的重要性。他認(rèn)為人工智能最核心的部分是與認(rèn)知科學(xué)的交叉結(jié)合。“人工智能應(yīng)該研究人是怎么做決策的，而這在認(rèn)知科學(xué)上或許能找到答案。所以我后來做了很多認(rèn)知科學(xué)和人工智能交叉的研究和學(xué)習(xí)。”葉佩軍說。

葉佩軍現(xiàn)在的研究主要傾向于采用“黑盒模型”模擬人的行為，以簡(jiǎn)單的規(guī)則或效用值來近似處理動(dòng)作的選擇過程。“例如，對(duì)于給定的出發(fā)地和目的地，智能體的出行路徑被建模為最短或出行費(fèi)用最低路徑。此方式的主要不足在于：對(duì)于相同的環(huán)境參數(shù)，智能體的行為規(guī)則或期望效用是采用相同的效用函數(shù)（距離或出行費(fèi)用）來計(jì)算，其結(jié)果往往缺少異質(zhì)性，無法反映實(shí)際中人與人對(duì)于相同感知環(huán)境的不同行為選擇。”葉佩軍解釋，“就如同兩個(gè)人往往會(huì)有不同的開車風(fēng)格和習(xí)慣，之前的研究卻忽略了這種差異。”

究其原因，主要是建模方法對(duì)人的認(rèn)知、學(xué)習(xí)、決策等過程中的知識(shí)差異考慮不足，模型粒度較粗，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性不強(qiáng)。針對(duì)此問題，葉佩軍開展了異質(zhì)智能體的認(rèn)知行為學(xué)習(xí)研究，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的環(huán)境下，動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)人類個(gè)體的認(rèn)知決策知識(shí)和行為選擇。

“這個(gè)世界上沒有完全相同的兩個(gè)人，把人與人的差異通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)的辦法模擬出來，其意義在于，不是模擬某一類人，而是模擬了每一位個(gè)體的人，與之前的近似情況比這又向接近實(shí)際邁進(jìn)了一步。”葉佩軍說。

“該課題的研究意義遠(yuǎn)不止于此。例如，對(duì)于航空、高鐵等復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)，操作員的生理狀態(tài)、思維習(xí)慣、認(rèn)知水平、風(fēng)險(xiǎn)偏好、協(xié)作風(fēng)格等都存在差異。這在特定的任務(wù)中常常導(dǎo)致人機(jī)交互不當(dāng)，進(jìn)而帶來重大安全事故。通過認(rèn)知行為學(xué)習(xí)和人工智能相結(jié)合的辦法，我們可以在事故早期進(jìn)行安全提示，并根據(jù)隱患的發(fā)展和演化態(tài)勢(shì)采取不同等級(jí)的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，從而最大限度避免事故的發(fā)生。而對(duì)于城市交通等復(fù)雜社會(huì)系統(tǒng)，其運(yùn)行安全和效率更是受到大量出行者和管理者個(gè)體的決策影響。依托大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等技術(shù)，對(duì)不同交通場(chǎng)景下的交通行為進(jìn)行分析、學(xué)習(xí)、誘導(dǎo)，就能夠?yàn)楫愘|(zhì)出行個(gè)體提供個(gè)性化、差異化、訂制化的服務(wù)，從而引導(dǎo)交通系統(tǒng)運(yùn)行在安全風(fēng)險(xiǎn)低、整體效率高的狀態(tài)。”談到研究此類課題的意義時(shí)，葉佩軍說。

“通過認(rèn)知行為學(xué)習(xí)，自適應(yīng)地完成不同個(gè)體的思維差異建模，再結(jié)合其他人工智能技術(shù)，可提前‘預(yù)演’各種系統(tǒng)現(xiàn)象的產(chǎn)生、發(fā)展、演化、結(jié)果等全過程，識(shí)別潛在的系統(tǒng)安全隱患和效率瓶頸，并據(jù)此制定事故規(guī)避策略和優(yōu)化改進(jìn)措施，從而提升復(fù)雜系統(tǒng)的安全性和運(yùn)行效率。”葉佩軍介紹。相關(guān)的研究成果未來有望被應(yīng)用于電力、交通、高鐵等大型工程項(xiàng)目中。

在美國尼亞加拉瀑布留影

枯燥卻樂在其中

與不同的機(jī)構(gòu)合作，葉佩軍有不同的體驗(yàn)和收獲。科研院所、高校的研究性質(zhì)更強(qiáng)一些，所以在合作中會(huì)獲得一些跨學(xué)科交叉的啟發(fā)。與企業(yè)合作，則讓他對(duì)成果如何落地有了更深的認(rèn)識(shí)。

將這些收獲帶到科研中，葉佩軍的科研找到了突破口。將這些收獲帶到教學(xué)中，他對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)有了新感悟。他注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，更強(qiáng)調(diào)要有全局觀，鼓勵(lì)學(xué)生站在一定的高度看問題。在這樣的熏陶下，學(xué)生無論去企業(yè)實(shí)習(xí)，還是走上工作崗位，表現(xiàn)都很出色。看到學(xué)生的成長(zhǎng)，葉佩軍很欣慰。

談到未來的工作，葉佩軍為自己定了3個(gè)目標(biāo)：把正在進(jìn)行的項(xiàng)目做好，出一些高質(zhì)量的成果；把學(xué)生教好，讓他們無論今后是否從事科研，都能有獨(dú)當(dāng)一面的能力；第三個(gè)是把自己的小團(tuán)隊(duì)建設(shè)好，將來能承擔(dān)一些更重要的工作。

為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，葉佩軍鉚足了勁。很多個(gè)假期，葉佩軍都忙于查閱文獻(xiàn)、尋找思路、改進(jìn)算法。對(duì)他來說，加班是常態(tài)。“對(duì)于科研工作者來說，如果能真正做出一點(diǎn)兒東西回饋社會(huì)，能得到大家的認(rèn)可，還是蠻有成就感的。”

雖然每天和枯燥的數(shù)據(jù)、程序打交道，但葉佩軍卻依然樂在其中。