6、神经网络：构建智能机器的钥匙

神经网络：构建智能机器的钥匙

大脑与智能机器之梦

大脑，人体最神奇的器官，掌控着我们对视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉的感知，让我们能够存储记忆、体验情感，甚至做梦。没有大脑，我们不过是只能进行简单反射的原始生物。婴儿的大脑虽仅有一磅重，却能解决超级计算机都难以攻克的问题。出生几个月后，婴儿就能识别父母的面孔、区分物体与背景，甚至分辨不同的声音；一岁时，他们对自然物理有了直觉，能追踪被遮挡的物体，还能将声音与特定含义关联起来；到了幼儿期，他们已掌握复杂的语法，词汇量达数千之多。

几十年来，我们一直梦想着打造拥有类似人类大脑的智能机器，如能打扫房屋的机器人助手、自动驾驶汽车、自动检测疾病的显微镜等。然而，构建这些人工智能机器，需要解决极为复杂的计算问题，而这些问题人类大脑能在微秒内解决。为应对这些挑战，我们需采用过去十年发展起来的全新编程方法，即深度学习，这是人工智能领域极为活跃的一个分支。

传统计算机程序的局限

传统计算机程序擅长两件事：一是快速进行算术运算，二是严格遵循指令列表。若要进行复杂的财务数据计算，传统程序能胜任。但如果要编写一个自动识别手写文字的程序，就会面临诸多难题。

以手写数字识别为例，尽管MNIST手写数字数据集中每个数字的书写方式略有不同，我们仍能轻松识别出第一行是零，第二行是一等。但编写计算机程序来完成这项任务却并非易事。比如，我们可以简单地规定，若图像只有一个封闭的环，那它就是零。但这并非充分条件，因为有人写的零可能环未完全闭合，而且很难区分潦草的零和六。此外，区分三和五、四和九等也存在困难。我们可以通过仔细观察和反复试验添加更多规则或特征，但这一过程并不容易。

许多其他类型的问题，如目标识别、语