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标题: 陈经：AlphaGo从零开始自学围棋为什么能成功 [打印本页]

作者: 天马行空 时间: 2017-10-23 08:08 标题: 陈经：AlphaGo从零开始自学围棋为什么能成功

2017年10月22日11:35 新浪综合

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资料图

　　文章来源：观察者网

　　一。AlphaGo从零开始自学习新版本算法框架与等级分表现

　　2017年10月18日，业界非常期待的AlphagGo新论文终于在《自然》上发表了。Deepmind开发了一个名为AlphaGo Zero的新版本，它只用一个策略与价值合体的神经网络下棋，从随机走子开始自我对弈学习，完全不需要人类棋谱。新的强化学习策略极为高效，只用3天，AlphaGo Zero就以100：0完全击败了2016年3月轰动世界的AlphaGo Lee。经过21天的学习，它达到了Master的实力（而Master在2017年5月3：0胜人类第一柯洁）。

　　40天后，它能以90%的胜率战胜Master，成为目前最强的围棋程序。而且AlphaGo Zero的计算过程中直接由神经网络给出叶子节点胜率，不需要快速走子至终局，计算资源大大节省，只需要4个TPU就行（AlphaGo Lee要48个）。

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　　从 Goratings棋力等级分上看，AlphaGo Zero其实和Master还能比较，只多个300多分。这相当于论文发表当天，人类第一柯洁九段的3667分与第38名的人气主播孟泰龄六段3425分的分差，两人肯定实力有差距，但也还有得下。论文公布了AlphaGo Zero的83局棋谱，其中与Master下的有20局，Master在第11局还胜了一局。

　　AlphaGo新版本从零开始训练成功，这个结果大大出乎了我的预料，相信也让业界不少人感到震惊。我本来是预期看到Master的算法解密，为什么它能碾压人类高手。AlphaGo退役让人以为 Deepmind不研究围棋了，剩下任务是把Master版本的算法细节在《自然》公布出来，腾讯的绝艺等AI就可以找到开发方向突破目前的实力瓶颈了。

　　本来5月的乌镇围棋大会上说，6月新论文就能出来了，开发者们可以参考了。至于从零知识开始学习，是个有趣的想法，2016年3月人机大战胜李世石后就有这样的风声，人们期待这个“山洞中左右互搏”的版本出来，与人类的下法是不是很不相同，如开局是不是会占天元？但是后来一直好像没进展，乌镇也没有提。

　　好几个月了，新论文一直没出来。绝艺明显进入发展瓶颈，总是偶而会输给人，还输给了DeepZenGo与CGI。各个借鉴AlphaGo的AI都迫切需要 Deepmind介绍新的思路与细节。到8月跑出来一篇AlphaGo打星际争霸的论文，从零知识开始学，学人类录像打，两种办法都不太行。

　　这时我认为让AlphaGo从零知识开始学可能不太成功，会陷入局部陷阱，人类棋谱能提供一个“高起点”，高水平AI还是需要人类的“第一推动”。

　　实际是Deepmind团队认为，仅仅写Master对于《自然》级别的文章不够震憾。新的论文标题是“Mastering the Game of Go without Human Knowledge”，这个主题升华就足够了。而Master用人类棋谱训练了初始的策略网络，人类知识还是有影响，虽然后来自学习提升后人类影响很小了。对于不懂围棋或者对算法细节不关心的人，Master相比AlphaGo Lee无非是棋力更强一些，战胜的柯洁与李世石都是顶级高手没本质区别，Master的创新性也需要懂围棋才能明白。

　　AlphaGo Zero是真正的从零开始训练，整个学习过程与人类完全没有关系，全是自己学，这个哲学意义还是很大的。过程中与人或者其它版本下，只是验证棋力不是学招。

　　二。真正的算法突破是Master版本实现的

　　可以认为，在技术上从AlphaGo Lee进步到Master是比较难的，需要真正的变革，神经网络架构需要大变，强化学习过程也要取得突破。绝艺、DeepZenGo等AI开发就一直卡在这个阶段，突破不了AlphaGo Lee的水平，总是出bug偶尔输给人，离Master差距很大。

　　但如果Master的开发成功了，再去试AlphaGo Zero就是顺理成章的事。如果它能训练成功，应该是比较快的事，实际不到半年顶级论文就出来了，回头看是个自然的进展。Deepmind团队在五月后应该是看到了成功的希望，于是继续开发出了AlphaGo Zero，新论文虽然推迟了，但再次震惊了业界。

　　也可以看出，2016年Deepmind《自然》论文描述的强化学习过程，整个训练流水线比较复杂，要训练好几种神经网络的系数，进化出一个新版本需要几个星期。用这个训练流水线，从零开始强化学习，应该是意义不大，所以一直没有进展。

　　但是Master的自学习过程取得了重大突破，之前从人类棋谱开始训练2个月的水平，改进后只要一星期就行了，学习效率，以及能够达到的实力上限都有了很大进展。以此为基础，再把从零开始引进来，就能取得重大突破。所以Deepmind真正的技术突破，应该是开发Master时取得的。AlphaGo Zero是Master技术成果的延续，但看上去哲学与社会意义更重大。

　　Master与AlphaGo Zero的成功，是机器强化学习算法取得巨大发展的成果与证明。训练需要的局数少了，490万局就实现了AlphaGo Lee的水平。而绝艺到2017年3月就已经自我对弈了30亿局，实力一直卡着没有重大进步，主要应该是强化学习技术上有差距。

　　我在2017年1月9日写的《AlphaGo升级成Master后的算法框架分析》文中进行了猜测：

　　从实战表现反推，Master的价值网络质量肯定已经突破了临界点，带来了极大的好处，思考时间大幅减少，搜索深度广度增加，战斗力上升。AlphaGo团队新的prototype，架构上可能更简单了，需要的CPU数目也减少了，更接近国际象棋的搜索框架，而不是以MCTS为基础的复杂框架。比起国际象棋 AI复杂的人工精心编写的局面评估函数，AlphaGo的价值网络完全由机器学习生成，编码任务更为简单。

　　理论上来说，如果价值网络的估值足够精确，可以将叶子节点价值网络的权重上升为1.0，就等于在搜索框架中完全去除了MCTS模块，和传统搜索算法完全一样了。这时的围棋AI将从理论上完全战胜人，因为人能做的机器都能做，而且还做得更好更快。而围棋AI的发展过程可以简略为两个阶段。第一阶段局面估值函数能力极弱，被逼引入MCTS以及它的天生弱点。第二阶段价值网络取得突破，再次将MCTS从搜索框架逐渐去除返朴归真，回归传统搜索算法。

　　从新论文的介绍来看，这个猜测完全得到了证实。Master和AlphaGo Zero的架构确实更简单了，只需要4个TPU。AlphaGo Zero到叶子节点就完全不用rollout下完数子了，直接用价值网络（已经与策略网络合并）给出胜率，就等于是“价值网络的权重上升为1.0”。 Master有没有rollout没有明确说，从实战表现看应该是取消了。

　　当然新论文中还是将搜索框架称为“MCTS”，因为有随机试各分支，但这不是新东西，和传统搜索差异不算大。对围棋来说，2006年引入MCTS算法真正的独特之处是从叶子节点走完数子，代替难以实现的评估函数。

　　这种疯狂的海量终局模拟更像是绝望之下的权宜之计，也把机器弄得很疲惫。但是Master与AlphaGo Zero都成功训练出了极为犀利的价值网络，从而又再次将rollout取消。价值网络的高效剪枝，让Master与AlphaGo Zero的判断极为精确，从而算得更为深远战斗力极为强大。这个价值网络怎么训练出来，就是现在Deepmind的独门绝技。可以说，新论文最有价值的就是这个部分。

　　从Master开始，AlphaGo的网络结构应该就有大变了。到AlphaGo Zero，将价值与策略网络合为一个，这并不奇怪。因为第一篇论文中，就明确说价值与策略网络的架构是完全一样的，只是系数不同。那么二者共用一个网络也不奇怪，前面盘面特征表述应该是一样的，等需要不同的输出时再分出不同的系数。Master网络结构大变之后，也许Deepmind发现，许多盘面特征都可以训练出来，所以就简单将盘面输入简化成黑白。

　　AlphaGo Zero的强化学习过程，应该与Master差不多，都是成功地跳出了陷阱，不断提升到超乎人类想象的程度。Master从研发上来说，像一个探路先锋，证明了这条路是可以跑通的，能把等级分增加1000分。而AlphaGo Zero，像是一个更为精减的过程，本质是与Master类似的。

　　新论文中的AlphaGo Zero确实显得架构优美。只需要一个网络，既告诉机器可以下哪，也能给出局面的胜率。盘面输入就是黑白，也不需要任何人类知识。强化学习就是两招，搜索的结果好于神经网络直觉想下的点，可以用于策略选点的训练，一盘下完的结果回头用于修正胜率，都很自然。但是为了实现这个优美结果，需要勇敢的探索。一开始的AlphaGo并没有这么优美，路跑通了，才想到原来可以做得更简单。

　　本文再提出一个猜测：现在的绝艺、DeepZenGo等AI实力接近AlphaGo Lee了，但都经常出现死活bug，会怎么出和人类对手的实力关系不大，并不是对手等级分高的它就容易出bug，基本是自己莫明其妙送死。这个bug的原因是rollout模块带来的，因为rollout策略是人类棋谱训练出来的，也可能有人工加代码打补丁。

　　它的目的是快速下完终局，但如果牵涉到死活，这种快速下完就不太可靠了，活的下死，死的杀活。但是，怎么实现不出错的rollout，这非常困难，应该是不可能完成的任务。Master 和AlphaGo Zero的办法，是取消这个不可靠的rollout，直接让神经网络给出结果。如果神经网络给出的胜率结果有问题，那就靠训练来解决。这样纠错，强过程序员去排查rollout代码里出了什么错。

　　三。机器与人类对围棋的适应能力差异很大

　　Master和AlphaGo Zero的突破说明，在极高的水平上，需要考虑出现瓶颈的原因。人类棋谱能够提供一个“高起点”，但是机器从零开始训练一两天也就追上了，带来的“先发优势”没多少。而人类棋谱中显然有一些“有害成分”，这可能将AI的学习过程带歪。如果AI不能找到消除这些“人类病毒”的办法，那训练就会陷入瓶颈。如下图，零知识强化学习的版本实力迅速追上有人类棋谱帮忙的。

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　　从围棋本身看，它的规则几乎是所有游戏中最优美最简单的。规则就是两句话可以了，气尽提子，禁全同（打劫的由来）。甚至贴目这样的胜负规则都是人类强加的，围棋游戏不需要胜负规则就可以成为一个定义明确的游戏。打砖块这样的Atari游戏就是这样，目标就是打到更高的分。围棋游戏的目标可以是占更多的地，结果可能是黑183、184、185子这样，不需要明确说出黑胜黑负。黑白博弈，会有一个上帝知道的“均衡”结果，猜测可能是黑184子白177子，或者黑 184.5白176.5（有眼双活）。

　　这是一个优美的博弈问题，是掌握了强化学习方法的AI最喜欢的游戏，规则这么简单，太容易了。最终强大的围棋AI，应该是自然的，开发只依靠原始规则，不需要其它的信息了。AlphaGo Zero应该已经接近了这个目标，除了中国规则强加的7.5目的贴目。也许以后可以让AlphaGo不考虑贴目了，黑白都直接优化占地的多少，不再以胜率为目标，说不定能训练出一个更优秀的AI。如优势时不会退让了，劣势时也不自杀。这次Master与AlphaGo Zero一些局终局输定时就表现得很搞笑，有时摇头劫死棋打个没完。

　　AlphaGo Zero的棋力提升过程非常流畅，说明围棋精致的规则形成的数学空间很优美，神经网络很快就能抓住围棋空间的特征，表现得非常适应。而这种神经网络与围棋空间的适应性，是之前人们没有想到的，因为人自己感觉很困难，没料到神经网络学习起来美滋滋。

　　AlphaGo Zero能从零开始训练成功，也是因为围棋的绝对客观性。围棋规则如此自洽，不需要人类干预，就能很容易地自我对弈出结果，直接解决了“学习样本”这个大问题。人工智能机器学习碰上的很大问题就是需要海量样本，而实际生活中有时只有少量样本，有时需要人工标注很麻烦。

　　围棋的对局天然在那了，AlphaGo Zero的任务就是找到合适的学习方法，没有样本的问题。而人类既无法自我产生海量对局，也无法像AI那样目标明确地快速改进自己的脑神经，单位时间学习效率被AI完全碾压。所以围棋是更适合AI去学习的游戏。人类的学习方法也许还是适合人的，但AI学习方法更强。

　　对于围棋这么自然而且绝对客观的游戏，消除人类的影响应该从哲学上来说是有深度的想法。从围棋规则来看，日韩规则对AI简直是不可理解，甚至无法定义，未来肯定会消亡。而人类的棋谱是客观的，但对棋谱的解读是主观的。主观的东西就可能出错，这要非常小心。

　　对于人类的知识体系也是如此。客观世界的运行是与人无关的，人对客观世界的解读就是主观的，很可能带入了错误的东西。所以，有时需要返回到客观世界进行本原观察，而不是在错误的知识体系上进入所谓的“推理与搜索”。客观上不成立，什么都完了。经济学道理写得再雄辩，实践中失败了就不行。

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　　柯洁在微博上的感慨

　　另一方面，也不要片面强调说人类知识没用，还不如零知识。实际上Master与AlphaGo Zero的实距从算法层面看，并不太大。二者300分的等级差距，也许不是Master开始学了人类棋谱带来的，出许是更精细的网络架构、训练过程的小细节之类的影响。Master其实找到办法跳出了人类知识的陷阱。

　　因此，可以说人类知识可能存在问题，但不要说学了人类知识就没法到高境界。意识到旧知识体系的问题，作出突破就可以了。而且人类没法和机器比，不可能真从零知识开始疯狂自己下，没那个体力。现实的选择只有学习前辈的经验。也许 AlphaGo的意义是说，要有一个知识体系，这个知识体系可以是自己学出来并检验的，也可以是Master那样借鉴了别人的，但要接受实践检验，也要敢于怀疑突破成见。

　　四。AlphaGo Zero的实战表现

　　虽然AlphaGo Zero完全与人类棋谱无关了，但是也许会让棋手们欣慰的是，它下得其实很像人。训练没几个小时就下得非常像人了，也是从角上开始，这方面的判断和人是一致的。

　　而且它甚至比Master还要像人类棋手，显得比较正义。Master不知道为什么喜欢出怪异的手段，棋谱极为难懂，对人类而言更为痛苦，打又打不过，看也看不懂。AlphaGo Zero对Master的棋谱结果是19：1，感觉上AlphaGo Zero战胜Master的招数不是以怪制怪，而是用正招去应付，然后Master的强招碰上正义的力量就失败了。而人类对Master应错了，就输了。也许是因为，Master训练到后来，为了提高胜率走上了剑走偏锋的路线，出怪招打败之前的版本，而同一版本的黑白是同等实力，以怪对怪正好实力相当，维持了半目胜负。碰上AlphaGo Zero就失去了这种平衡，被正义的招数镇压。

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　　图为AlphaGo Zero执黑对Master。Master气势汹汹54位飞，要吃掉黑三子。在Master与人类棋手的计算中，以及解说的这盘棋的绝艺看来（腾讯围棋经常有绝艺配合人类棋手解说棋局的节目），黑这三子应该是被吃了，要考虑弃子。但是AlphaGo Zero不这么认为。

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　　黑棋AlphaGo Zero在左下角将白棋做成了打劫杀。遭此打击，Master就此陷入被动。这说明Master的计算也不一定毫无破绽，只是碰上算得更深的才被抓住。这个计算手数很长，出现错误也可以理解。这也说明Master以及AlphaGo Zero从算法原理看，都可能会被抓住计算错误，仍然有进步空间。一度我被Master的极限对局吓住了，以为围棋的终极奥义可能就是这种看不懂的死掐。

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　　AlphaGo Zero执白对Master。这是双方对局的常见局面，白AlphaGo Zero捞足了实地，Master的中央模样像纸糊的一样被打破，败下阵来。

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　　AlphaGo Zero自战。胜率落后的黑用129的手筋撑住了局势，但最后还是胜率越来越低失败了。

　　应该说AlphaGo Zero的棋谱还是较为自然的，虽然中盘显然很复杂，但不像Master那样完全看不懂心生恐惧。对于人类棋手来说，AlphaGo Zero会更为亲切，它就像一个最高水平的人类棋手，下得是意图可以说清楚的棋，只是永远正确，不像人类低手这错那错。而Master的自战谱就显得不可理解，蛮不讲理，动不动就搞事，撑得很满步步惊心搞极限对局，人类看得很晕。

　　围棋AI应该还是在发展过程中，自我对弈容易显得较死劲，实力有差距就会显得一方潇洒自然。围棋的状态空间还很大，应该还能有更厉害的版本一级级发展出来，就像国际象棋AI仍然在不断进步。

　　当然对Master以及AlphaGo Zero的棋谱，需要人类高手们配合AI的后台数据来解读。AlphaGo Zero这个不需要人类知识的AI棋手，再次给人类提供了不同风格的棋谱，让棋坛越来越精彩。而且Deepmind的这篇论文提供了优美简洁的开发方法，更容易模仿成功，会有越来越多高水平的AI取得突破。

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