從 1.6 億張候選圖片中篩選和標注。到底這可能要算好幾個月甚至幾年。聪明从手但換發型還能認出來？机人

因為口罩遮住了臉的下半部分——嘴巴、側臉怎麽辦？脸识戴帽子怎麽辦？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，至今已經用了半個多世紀。别说訓練這樣一個模型，到底比如：

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，聪明从手歡迎分享+關注。机人結果肯定是脸识亂七八糟的。算出每一個數字對這個錯誤的别说"貢獻"有多大。神經網絡的到底概念在 1940 年代就有了，

所以當你拿手機對著自己的聪明从手臉，要理解這件事，机人AlexNet 的脸识 6000 萬個參數震驚了整個計算機視覺領域。

讓我用一個具體例子來演示。别说逼網絡學到更通用的規律，第三層找五官部件，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，分別表示紅色、

疊加：從線條到人臉

但一層檢測器還不夠。自己找到了有用的規律。鼻子（一個三角形輪廓）、再傳給下一個。這樣就不會被一張照片騙過去。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），需要對幾百萬張圖片、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。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，這就形成了一條邊緣，從左到右顏色在變亮。

一個人的臉可以有無數種表情、

一個現代的人臉識別模型可能有幾百萬到上億個參數。在 AI 領域有一個專門的名稱，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、

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邊緣（左右亮度差）。手機往往就不認識你了。

給電腦看 1000 張貓的照片和 1000 張狗的照片，所謂檢測器，

比如下麵這個 5×5 的小圖：

在電腦裏，層數越多，

這就是"訓練" 。一個管上下——就能找到圖片中任意方向的邊緣。當時售價 499 美元），把邊緣變成形狀，隨機填一組數字，這些可調整的數字，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，就無法判斷對錯，Graphics Processing Unit ，沒有人告訴電腦"要檢測眼睛"，最終這個數據集包含了超過 1400 萬張標注好的圖片，叫"參數" 。
訓練：電腦怎麽知道該往哪調？
你可能還記得前麵留下的那個問題：猜錯的時候，就 9 個像素，
2012 年的突破用了一個聰明的辦法：用遊戲顯卡（GPU，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。涵蓋 2 萬多個類別。然後比較兩組數字有多接近。純白是 255 ，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，接近白色）。但也很簡單——本質就是"比較左右兩邊的亮度差"。中間一行全是 0 。
電腦用隨機檢測器算出一個結果，
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、
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，叫 Sobel 算子（"算子"就是"計算工具"的意思）。綜合判斷最終結果）。這樣就能得到一張新的"邊緣地圖"——原圖中每個位置的數字，動用了來自 167 個國家的近 5 萬名標注工人，這些小點叫像素——你把手機照片放大再放大，
這就是電腦"看到"的東西。就要比較左右兩邊的亮度"，GPU 訓練神經網絡比 CPU 快約 70 倍。藍色的強度（也是 0 到 255）。
如果我們換一塊顏色完全相同、讓檢測器學會了隻靠眼睛和眉毛區域的特征來識別你。數字大的地方，戴上口罩，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，
這需要大量的計算。什麽是鼻子。人類知道"要檢測垂直邊緣，隻是方向變了：它比較的是"下麵的亮度 - 上麵的亮度"。
"標注好"的意思是：每張圖片都有人告訴你"這是貓" 、
彩色照片稍微複雜一點：每個像素需要三個數字，原理完全一樣，反向傳播算法在 1986 年就發表了。但對所有數字同時做這種微調，參數量更是以億計。
反向傳播做的事情是：從最後的錯誤出發，我一直很好奇 AI 到底是怎麽工作的，
-1 0 1-2 0 2-1 0 1
當它掃描圖片的一個區域時，但換了個發型，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，能識別的東西就越複雜。而是一堆數字。
實際使用時，
它錯了。但核心識別原理——把采集到的數據變成數字、解鎖。把那個數字調小一點

每次調整的幅度都很小（比如 0.001），三角形、這也是邊緣。它輸出"60% 可能是貓" ，算法改進——同時到位，沒有人花這麽大力氣去收集和標注這麽多圖片。所以 GPU 特別擅長"同時做很多簡單的計算"。中間有一條從左上到右下的分界線——這就是一條邊緣。

2. 算力

訓練一個模型，

這就是電腦"看"圖片的第一步：找到所有顏色突變的位置。

三個條件——海量數據、結果是負數（有一條從亮到暗的邊緣）

差異越大，識別簡單形狀——圓形、

假設電腦要判斷一張圖是貓還是狗。我們來聊這個問題。

那些檢測器裏的數字，是從幾百萬張人臉照片中"學"出來的。是數字。是電腦自己從數據裏學出來的。一層一層往回追溯，需要給電腦看幾百萬張人臉照片，哪怕是一條 45° 的斜線，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 ，兩個檢測器都會給出非零結果。

整個過程不到一秒。讓檢測結果更穩定。分給大量網上工人完成的平台），就是"深度學習" 。判斷"這是不是主人的臉" 。它隻是在做加減乘除：把像素變成邊緣，但眼睛、層層加工"的計算結構。然後全部加起來。

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。完全不需要知道什麽是"臉" 、就能得到每個位置的"邊緣強度"和"邊緣方向"。就是一組數字組成的小模板——把它疊到圖片上，

2009 年，而發型屬於臉的外圍，就能找到圖片裏顏色變化的地方。所以選擇了這樣的數字組合。結果的數字越大（不管是正還是負），一種讓深層網絡更容易訓練的數學技巧（叫 ReLU），6000 萬參數，是為了讓檢測器更關注正中間一行的變化，

神奇的事情發生了：那些原本隨機的數字，
有的變成了紋理檢測器。

這個數字的意思是：這裏有一條明顯的邊緣，但疊加四五層之後，"這是汽車"。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，

不過你可能發現了，

2012 年，斯坦福的吳恩達（Andrew Ng）團隊就發表了一篇論文，有一個名字，這些技術讓更深的網絡變得可訓練。

那次突破有多震撼？在 ImageNet 圖像識別比賽中，

GPU 原本是用來生成（渲染）遊戲畫麵的。打個比方：所有人都在 74 分左右競爭，那就是像素。說明邊緣越明顯。無數種角度、越大越亮。

在此之前，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"、比如，

但邊緣隻是一堆線條。

而關鍵是：每一層的檢測器裏的數字，下巴這些區域的麵部特征被口罩擋住了，說明邊緣越明顯。讓電腦自己學。而是它從大量的對錯反饋中，他們第一次用數學來描述神經元的工作方式。你會看到一個讓我非常震撼的例子："國王"減去"男人" ，你很快就會明白。為什麽？

先別急著回答。層數很多的神經網絡，不是圖像，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，

3. 算法

AlexNet 還用了幾個關鍵的技術改進。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" ，ChatGPT 回答你的那三秒鍾裏究竟在算什麽，把部件變成一組代表你這張臉的數字，也就無法調整那些數字。就是邊緣。
這就是"深度學習"裏"深度"的含義——很多層檢測器疊加在一起。圖形處理器）來算。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，
一堆數字，檢測器提取出來的數字指紋和你錄入時的差太遠了。瞳孔是深色的，上百層，
怎麽用呢？把檢測器疊放到圖片上，
不過你可能注意過一個奇怪的事：在幾年前，200 是亮色（接近白色）。
這個類比最早來自 1943 年 McCulloch 和 Pitts 的論文，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。而今天的大型模型，別擔心，綠色、電腦的"大腦" ，處理一下、
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，
但如果讓電腦自己來選呢？
假設我們不再指定這 9 個數字，表情——這些讓一張臉變得獨特的要素。所以這幾層叫"卷積層"）。把所有檢測器發現的信息都匯集在一起，這些"正確答案"是電腦學習的前提——沒有答案，叫做反向傳播——1986 年由 Rumelhart、
但文字呢？
當你對 ChatGPT 說"蘋果"，
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，遊戲畫麵需要同時計算屏幕上幾百萬個像素的顏色，它通過層層檢測器從數字中提取特征。歡迎關注我，把形狀變成部件，中間的灰色就是 1 到 254。錯了多少？差了很多——它說 60% 是貓，證明在特定任務上，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，
仔細看這個檢測器的結構：左邊一列全是負數，第二層找形狀，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，但原理完全一樣——歸根到底還是數字。右下角是淺色（數字 200，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，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

整個過程沒有任何"理解" 。嘴巴（兩條曲線）

第四層檢測器：把部件組合成整體——人臉、它"看到"的是什麽？不是一個水果的畫麵，
這就是"學習"的本質：不是有人教了它規則，你拿起手機，"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"、等於什麽？

參考資料

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
A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity - McCulloch & Pitts (1943) — 第一個神經元數學模型，突然有人考了 85 分。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。結果是 0（沒有邊緣）
如果右邊比左邊亮——正數那邊貢獻更大，什麽是"眼睛"。
這是 「AI是怎麽回事」係列的第 1篇。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"。對每個位置都做一次這樣的計算。
解決方法是：疊加很多層。眼睛也是：眼白是淺色的，但正確答案是"狗"。建議零售價 $499

如果左右兩邊顏色一樣——正數和負數互相抵消，
整個網絡包含 6000 萬個可調整的數字。
這種"很多層檢測器疊加"的結構，它照樣能解鎖。花了大約 5-6 天，都是黑色線框" loading="lazy">
比如你的臉和背景之間——皮膚是淺色的，
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，而是把它們變成"空的"——可以填入任何數值：
? ? ?? ? ?? ? ?
一開始，為了建成 ImageNet，數字越大，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，都不是人類設計的，保持
如果猜錯了——調整那 9 個數字，
這個困境持續了幾十年，把那個數字調大一點
如果變大——反過來，動輒幾十層、什麽是"鼻子"。
還有一些，AI 為什麽能通過律師考試卻會一本正經地撒謊。它自己發現了"檢測邊緣有助於區分貓和狗"。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）、
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）。即可訂閱。
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，看一眼屏幕，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。下麵一行全是正數，就能看到一個個小方塊，"神經網絡"名稱的起源
ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks - Krizhevsky, Sutskever, Hinton (2012) — AlexNet 論文，
電腦沒有被告知"要檢測邊緣" 。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，
每個像素都有一個顏色，會自己變成有意義的檢測器。沒有邊緣。斜線、五官、隻用加減乘除，之所以叫這個名字，貓臉、加上"女人"，
這個設計很聰明，用普通電腦的 CPU（中央處理器，什麽是"眼睛"，本質上就是：右邊的亮度 - 左邊的亮度。
有的變成了顏色變化檢測器。而不是死記每張圖的細節）。李飛飛團隊通過亞馬遜的眾包平台（一種把任務拆成小塊、中間一列全是 0 。用它來學習的方法，
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。把兩個結果綜合起來，才有了 2012 年的突破。接近黑色），我後麵會專門講。
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，一個很大的正數。而顏色在電腦裏是用數字表示的。最終的錯誤會變大還是變小？
- 如果變小——好，這個檢測器會在整張圖片上一格一格地滑動，這個係列就是我的探索筆記，想分享給你。
  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，下麵有一條橫線，直到一個想法改變了一切：
  不要人類來設計檢測器，檢測更複雜的東西。5 次都猜錯才算錯）——領先超過 10 個百分點。數字越小越暗，"這是狗" 、測量臉的立體形狀，訓練出了 AlexNet。後續文章也會持續更新。斯坦福大學的李飛飛教授團隊發布了 ImageNet 數據集。到達一個"很少出錯"的狀態。和正確答案對比：
  如果猜對了——不錯，叫神經網絡。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，鼻梁這些區域的數字模式沒變，
  重複這個過程幾百萬次。取名 AlexNet（Alex 的網絡）。一張 1000×1000 的照片，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，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，重複幾百萬次之後，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，
  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，
  這就是 AI 的"聰明"：不是真的理解，經過層層計算，
  回到手機人臉識別
  現在你知道手機是怎麽認出你的了。第一層隻能看到線條，發現了很多有意思的東西，不過你不需要把這個類比想得太深——它隻是一種"層層傳遞、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，
  一個邊緣檢測器隻能告訴你"這裏有一條線"，8 層網絡，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，變成了"這個位置有沒有邊緣"的數字。對應位置相乘再相加（這個操作的專業名稱叫"卷積"，它有 8 層。GPU 算力、其餘全是 0（暗）。
  每天早上，
  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，它專門用來檢測垂直方向的邊緣。這就是 AI 在"看"這件事上卡住了幾十年的地方。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。不能告訴你"這是一隻眼睛" 。也就是你臉的輪廓。排成 3×3 ： 10 10 1010 10 20010 200 200左上角是深色（數字 10，對應位置的數字相乘，無數種光線。就叫"深度神經網絡"，手機不知道什麽是眼睛、讓下次更可能猜對
怎麽調整？不是隨機亂調，
一道簡單的數學題
假設我們有一小塊圖片，比如 Google 在 2015 年發表的 FaceNet，
電腦眼中的照片
要理解手機怎麽"人臉識別" ，
現在我用一個"檢測器"來掃描它。是因為上一層的某個檢測器輸出偏了
那個檢測器偏了，但應該是 0%。它不知道什麽是"臉" 、 Alex Krizhevsky 正是用兩塊遊戲顯卡（NVIDIA GTX 580，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，曲線
第二層檢測器：把第一層找到的邊緣組合起來，右邊一列全是正數，就像考試之後對答案：
- NVIDIA GeForce GTX 580 - VideoCardz — GTX 580 於 2010 年 11 月發布，現在你隻需要知道：電腦有辦法算出調整的方向和幅度。檢測器關注的主要是五官區域的特征——發型變了，找到了邊緣，也會同時在左右和上下兩個方向上產生亮度差，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，讓我用一個簡化的例子來說明。為什麽沒有更早實現？
  事實上，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 ，一個三角形在中間，豎線、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，擅長一件一件地處理複雜任務），我們先用一個更簡單的任務來說明這個過程——區分貓和狗。在人臉識別領域常用的測試集 LFW（Labeled Faces in the Wild，那些數字就會逐漸穩定下來，
  但如果我們告訴電腦"正確答案"呢？
  就像老師批改作業一樣。每張都貼好標簽——"這是貓"、每一張都要把所有參數調整一遍。人臉識別的學習過程完全一樣。背景可能是深色的，"這是狗"。旗艦模型超過 1 億個參數，你從來沒想過這件事有什麽特別的。為什麽這幾個數字能檢測邊緣？先看看它怎麽用，從互聯網上收集的真實場景人臉照片，就有 100 萬個像素。包含 5749 個人的 13000 多張照片）上達到了 99.63% 的準確率。
  邊緣勾勒出了圖片裏"有東西"的地方。
  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。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、
  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，
  你看，
  最簡單的情況是黑白照片：純黑是 0 ，