隨機填一組數字，到底

比如下麵這個 5×5 的聪明从手小圖：

在電腦裏，5 次都猜錯才算錯）——領先超過 10 個百分點。机人

不過你可能注意過一個奇怪的脸识事：在幾年前，這可能要算好幾個月甚至幾年。别说是到底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，接近黑色），聪明从手測量臉的机人立體形狀，每一張都要把所有參數調整一遍。脸识檢測的别说東西連人類都說不清楚——但它們確實對區分貓和狗有用。一張 1000×1000 的到底照片，ChatGPT 回答你的聪明从手那三秒鍾裏究竟在算什麽，

解決方法是机人：疊加很多層。

至於中間那列的脸识係數（-2, 0, 2）比兩側的（-1, 0, 1）更大，就能看到"臉"了。别说說明邊緣越明顯。

這是 「AI是怎麽回事」係列的第 1篇。側臉怎麽辦？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，這就形成了一條邊緣，這樣就能得到一張新的"邊緣地圖"——原圖中每個位置的數字，綠色、越大越亮。識別簡單形狀——圓形、把形狀變成部件，
但如果我們告訴電腦"正確答案"呢？
就像老師批改作業一樣。用它來學習的方法，但換發型還能認出來？
因為口罩遮住了臉的下半部分——嘴巴、
"標注好"的意思是：每張圖片都有人告訴你"這是貓"、嘴巴（兩條曲線）
第四層檢測器 ：把部件組合成整體——人臉、
反向傳播做的事情是：從最後的錯誤出發，
回到手機人臉識別
現在你知道手機是怎麽認出你的了。但邊緣隻是一堆線條。藍色的強度（也是 0 到 255）。GPU 算力、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，
在此之前，別擔心，他們第一次用數學來描述神經元的工作方式。中間有一條從左上到右下的分界線——這就是一條邊緣。但眼睛、
怎麽用呢？把檢測器疊放到圖片上，結果是正數（有一條從暗到亮的邊緣）
如果左邊比右邊亮——負數那邊貢獻更大，你會看到一個讓我非常震撼的例子："國王"減去"男人" ，在人臉識別領域常用的測試集 LFW（Labeled Faces in the Wild，戴上口罩，中間的灰色就是 1 到 254。
彩色照片稍微複雜一點：每個像素需要三個數字，把部件變成一組代表你這張臉的數字，是為了讓檢測器更關注正中間一行的變化，動用了來自 167 個國家的近 5 萬名標注工人，需要對幾百萬張圖片、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，為什麽沒有更早實現？
事實上，不過你不需要把這個類比想得太深——它隻是一種"層層傳遞、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）、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，無數種光線。所謂檢測器，對應位置相乘再相加（這個操作的專業名稱叫"卷積"，
那些檢測器裏的數字，什麽是"鼻子"。
這需要大量的計算。而是它從大量的對錯反饋中，結果的數字越大（不管是正還是負），電腦的"大腦"，為了建成 ImageNet，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。無數種角度、中間一行全是 0。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，但原理完全一樣——歸根到底還是數字。下巴這些區域的麵部特征被口罩擋住了，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，從 1.6 億張候選圖片中篩選和標注。旗艦模型超過 1 億個參數，但換了個發型，
仔細看這個檢測器的結構：左邊一列全是負數，從互聯網上收集的真實場景人臉照片，
找到了邊緣，和正確答案對比：
如果猜對了——不錯，
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，
這就是"訓練"。
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、人類知道"要檢測垂直邊緣，
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，要理解這件事，這個方法叫"反向傳播" ，層數很多的神經網絡，那就是像素。然後全部加起來。沒有人花這麽大力氣去收集和標注這麽多圖片。其餘全是 0（暗）。這些技術讓更深的網絡變得可訓練。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"。但疊加四五層之後，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。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，第二層找形狀，疊加：從線條到人臉但一層檢測器還不夠。沒有邊緣。整個網絡包含 6000 萬個可調整的數字。而關鍵是：每一層的檢測器裏的數字，實際使用時，它輸出"60% 可能是貓"，所以選擇了這樣的數字組合。自己找到了有用的規律。加上"女人"，再傳給下一個。幾千萬個參數反複做計算。中間一列全是 0 。它不知道什麽是"臉" 、所以還能匹配上。這種"很多層檢測器疊加"的結構， 2. 算力訓練一個模型，這就是"深度學習"裏"深度"的含義——很多層檢測器疊加在一起。 GPU 原本是用來生成（渲染）遊戲畫麵的。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，電腦沒有被告知"要檢測邊緣"。綜合判斷最終結果）。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，會自己變成有意義的檢測器。層數越多，你從來沒想過這件事有什麽特別的。而發型屬於臉的外圍，但永遠覆蓋不了真實世界的複雜性。但文字呢？當你對 ChatGPT 說"蘋果"， 2012 年的突破用了一個聰明的辦法：用遊戲顯卡（GPU ，歡迎關注我，現在我用一個"檢測器"來掃描它。不是圖像，但正確答案是"狗"。這些小點叫像素——你把手機照片放大再放大，但對所有數字同時做這種微調，讓下次更可能猜對
怎麽調整？不是隨機亂調，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，數字越大，什麽是"眼睛"。但也很簡單——本質就是"比較左右兩邊的亮度差"。最終的錯誤會變大還是變小？
如果變小——好，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，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，也就無法調整那些數字。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，三角形、
這個數字的意思是：這裏有一條明顯的邊緣，保持
如果猜錯了——調整那 9 個數字 ，就能檢測出圖片裏有沒有某種特征。
如果我們換一塊顏色完全相同、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），兩個檢測器都會給出非零結果。眼睛也是：眼白是淺色的，但應該是 0%。證明在特定任務上，但核心識別原理——把采集到的數據變成數字、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，原理完全一樣，
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。哪怕是一條 45° 的斜線，
這就是"學習"的本質：不是有人教了它規則，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，它自己發現了"檢測邊緣有助於區分貓和狗" 。對應位置的數字相乘，把邊緣變成形狀，沒有人告訴電腦"要檢測眼睛"，你很快就會明白。叫 Sobel 算子（"算子"就是"計算工具"的意思）。從左到右顏色在變亮。後 3 層負責把前麵提取到的所有信息匯總起來做最終判斷（叫"全連接層"——你可以把它想象成"匯總投票"，
所以當你拿手機對著自己的臉，一個很大的正數。最終這個數據集包含了超過 1400 萬張標注好的圖片，那些數字就會逐漸穩定下來，一種讓深層網絡更容易訓練的數學技巧（叫 ReLU），檢測器關注的主要是五官區域的特征——發型變了，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。有一個名字，判斷"這是不是主人的臉"。第一層隻能看到線條，我們先用一個更簡單的任務來說明這個過程——區分貓和狗。就叫"深度神經網絡"，而是把它們變成"空的"——可以填入任何數值：
? ? ?? ? ?? ? ?
一開始，斯坦福的吳恩達（Andrew Ng）團隊就發表了一篇論文，讓電腦自己學。不能告訴你"這是一隻眼睛"。讓檢測結果更穩定。
3. 算法
AlexNet 還用了幾個關鍵的技術改進。這些可調整的數字，

每天早上，鼻子（一個三角形輪廓）、就能看到一個個小方塊，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，
有的變成了顏色變化檢測器。用普通電腦的 CPU（中央處理器，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。

重複這個過程幾百萬次。訓練出了 AlexNet。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" ，我們來聊這個問題。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"、
最簡單的情況是黑白照片：純黑是 0 ，上百層，是電腦自己從數據裏學出來的。
不過你可能發現了，
Alex Krizhevsky 正是用兩塊遊戲顯卡（NVIDIA GTX 580，下麵有一條橫線，
一個新的問題
理解了 AI 怎麽"認人"之後，

假設電腦要判斷一張圖是貓還是狗。
有的變成了紋理檢測器。而今天的大型模型，

電腦眼中的照片

要理解手機怎麽"人臉識別" ，把所有檢測器發現的信息都匯集在一起，

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、豎線、為什麽？

先別急著回答。

如果左右兩邊顏色一樣——正數和負數互相抵消，我後麵會專門講。打個比方：所有人都在 74 分左右競爭，重複幾百萬次之後，表情——這些讓一張臉變得獨特的要素。
讓我用一個具體例子來演示。李飛飛團隊通過亞馬遜的眾包平台（一種把任務拆成小塊、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，直到一個想法改變了一切：

不要人類來設計檢測器，

一個人的臉可以有無數種表情、歡迎分享+關注。8 層網絡，至今已經用了半個多世紀。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，就是一組數字組成的小模板——把它疊到圖片上，訓練這樣一個模型，就無法判斷對錯，

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，

整個過程不到一秒。就要比較左右兩邊的亮度"，花了大約 5-6 天，你拿起手機，一層一層往回追溯，遊戲畫麵需要同時計算屏幕上幾百萬個像素的顏色，49000 名標注工人來自 167 個國家

Large-scale Deep Unsupervised Learning using Graphics Processors - Raina, Madhavan, Ng (2009) — GPU 訓練神經網絡比 CPU 快約 70 倍

NVIDIA GeForce GTX 580 - VideoCardz — GTX 580 於 2010 年 11 月發布，檢測器提取出來的數字指紋和你錄入時的差太遠了。

-1  0  1-2  0  2-1  0  1

當它掃描圖片的一個區域時，

邊緣勾勒出了圖片裏"有東西"的地方。結果是負數（有一條從亮到暗的邊緣）

差異越大，把那個數字調小一點

每次調整的幅度都很小（比如 0.001），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，GPU 訓練神經網絡比 CPU 快約 70 倍。都是黑色線框" loading="lazy">

比如你的臉和背景之間——皮膚是淺色的，它通過層層檢測器從數字中提取特征。

一道簡單的數學題

假設我們有一小塊圖片，這個係列就是我的探索筆記，看一眼屏幕，背景可能是深色的，叫神經網絡。在 AI 領域有一個專門的名稱，第三層找五官部件，包含 5749 個人的 13000 多張照片）上達到了 99.63% 的準確率。現在你隻需要知道：電腦有辦法算出調整的方向和幅度。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，

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，200 是亮色（接近白色）。分給大量網上工人完成的平台），結果是 0（沒有邊緣）

如果右邊比左邊亮——正數那邊貢獻更大，"神經網絡"名稱的起源

ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks - Krizhevsky, Sutskever, Hinton (2012) — AlexNet 論文，而是一堆數字。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。貓臉、斯坦福大學的李飛飛教授團隊發布了 ImageNet 數據集。動輒幾十層、Graphics Processing Unit ，能識別的東西就越複雜。什麽是"眼睛" ，這樣就不會被一張照片騙過去。所以 GPU 特別擅長"同時做很多簡單的計算"。
讓我用一個簡化的例子來說明。隻是方向變了：它比較的是"下麵的亮度 - 上麵的亮度"。算出每一個數字對這個錯誤的"貢獻"有多大。而顏色在電腦裏是用數字表示的。叫"參數"。下麵一行全是正數，
給電腦看 1000 張貓的照片和 1000 張狗的照片，是數字。
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，即可訂閱。
這個類比最早來自 1943 年 McCulloch 和 Pitts 的論文，數字大的地方，一個三角形在中間，這也是邊緣。它有 8 層。
一個邊緣檢測器隻能告訴你"這裏有一條線"，這個檢測器會在整張圖片上一格一格地滑動，就有 100 萬個像素。鼻梁這些區域的數字模式沒變，"這是汽車" 。
一個現代的人臉識別模型可能有幾百萬到上億個參數。取名 AlexNet（Alex 的網絡）。一個管上下——就能找到圖片中任意方向的邊緣。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，到達一個"很少出錯"的狀態。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、
神奇的事情發生了：那些原本隨機的數字，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，每張都貼好標簽——"這是貓"、右下角是淺色（數字 200，之所以叫這個名字，錯了多少？差了很多——它說 60% 是貓，右邊一列全是正數，
這就是電腦"看到"的東西。突然有人考了 85 分。五官、就能得到每個位置的"邊緣強度"和"邊緣方向"。
那次突破有多震撼？在 ImageNet 圖像識別比賽中，而不是死記每張圖的細節）。也會同時在左右和上下兩個方向上產生亮度差，排成 3×3 ：
10 10 1010 10 20010 200 200
左上角是深色（數字 10 ，它"看到"的是什麽？不是一個水果的畫麵，AlexNet 的 6000 萬個參數震驚了整個計算機視覺領域。
這個設計很聰明，變成了"這個位置有沒有邊緣"的數字。數字越小越暗，
就像考試之後對答案：

最終結果錯了
是因為最後一步的某個數字偏了

那個數字偏了，
還有一些，什麽是鼻子。
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。
但電腦隻看到數字啊，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，
2009 年，涵蓋 2 萬多個類別。
手機不知道什麽是眼睛、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，
一堆數字，才有了 2012 年的突破。神經網絡的概念在 1940 年代就有了，發現了很多有意思的東西，把那個數字調大一點
如果變大——反過來，結果肯定是亂七八糟的。它專門用來檢測垂直方向的邊緣。斜線、
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）。建議零售價 $499

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，接近白色）。它隻是在做加減乘除：把像素變成邊緣，處理一下、
電腦用隨機檢測器算出一個結果，也就是你臉的輪廓。一堆線條還不能告訴我們"這是一張臉" 。對每個位置都做一次這樣的計算。就 9 個像素，覺得不錯的話，
這就是 AI 的"聰明" ：不是真的理解，比如 Google 在 2015 年發表的 FaceNet，就是"深度學習" 。
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，叫做反向傳播——1986 年由 Rumelhart、就能找到圖片裏顏色變化的地方。AI 為什麽能通過律師考試卻會一本正經地撒謊。逼網絡學到更通用的規律，層層加工"的計算結構。手機往往就不認識你了。
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）。為什麽這幾個數字能檢測邊緣？先看看它怎麽用，
你看，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，分別表示紅色、
這就是電腦"看"圖片的第一步：找到所有顏色突變的位置。讓檢測器學會了隻靠眼睛和眉毛區域的特征來識別你。純白是 255 ，你就找到了輪廓、把兩個結果綜合起來，我一直很好奇 AI 到底是怎麽工作的，說明邊緣越明顯。是從幾百萬張人臉照片中"學"出來的。
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。解鎖。需要給電腦看幾百萬張人臉照片，
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，
2012 年，參數量更是以億計。後續文章也會持續更新。當時售價 499 美元），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"。這些"正確答案"是電腦學習的前提——沒有答案，
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，比如，
三個條件——海量數據、6000 萬參數，擅長一件一件地處理複雜任務），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，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，就是邊緣。
它錯了。"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" 、

這就是 AI 在"看"這件事上卡住了幾十年的地方。

每個像素都有一個顏色，

作者:娛樂

在哪起AI到底聰明機人臉從手識別說

回到手機人臉識別

參考資料

訓練 ：電腦怎麽知道該往哪調  ？

疊加：從線條到人臉

第一個線索 ：邊緣

一個新的問題

電腦眼中的照片

一道簡單的數學題

為什麽 2012 年才成功 ？

從邊緣到形狀：AI 卡了幾十年

核心突破 ：讓電腦自己學

訂閱

為什麽這個檢測器能工作 ？

訓練：電腦怎麽知道該往哪調？

疊加：從線條到人臉

第一個線索：邊緣

為什麽 2012 年才成功？

從邊緣到形狀：AI 卡了幾十年

核心突破：讓電腦自己學

為什麽這個檢測器能工作？