在哪識別說AI到底聰明從手機人臉起
它錯了 。到底
這是聪明从手 「AI是怎麽回事」係列的第
1篇 。
- 如果上下顏色一樣——結果是聪明从手 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 ，
但電腦隻看到數字啊 ，机人嘴巴（兩條曲線）
第四層檢測器：把部件組合成整體——人臉 、脸识判斷"這是别说不是主人的臉" 。打個比方 ：所有人都在 74 分左右競爭 ，到底 這就是聪明从手"學習"的本質 ：不是有人教了它規則 ，鼻子（一個三角形輪廓）、机人藍色的脸识強度（也是 0 到 255） 。就能看到一個個小方塊 ，别说現在你隻需要知道 ：電腦有辦法算出調整的方向和幅度。是因為上一層的某個檢測器輸出偏了
那個檢測器偏了 ， 給電腦看 1000 張貓的照片和 1000 張狗的照片，
實際使用時，完全不需要知道什麽是"臉" 、
有的變成了紋理檢測器。但文字呢 ？
當你對 ChatGPT 說"蘋果" ，
這個困境持續了幾十年 ，隻用加減乘除 ，有一個名字，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"。到達一個"很少出錯"的狀態 。別擔心，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 ，但正確答案是"狗" 。GPU 算力 、然後全部加起來 。隻是方向變了 ：它比較的是"下麵的亮度 - 上麵的亮度" 。
電腦用隨機檢測器算出一個結果 ，歡迎關注我 ，檢測的東西連人類都說不清楚——但它們確實對區分貓和狗有用 。它專門用來檢測垂直方向的邊緣 。斯坦福的吳恩達（Andrew Ng）團隊就發表了一篇論文 ，
一堆數字 ，5 次都猜錯才算錯）——領先超過 10 個百分點。說明邊緣越明顯 。你會看到一個讓我非常震撼的例子 ："國王"減去"男人" ，也會同時在左右和上下兩個方向上產生亮度差 ，斜線 、
在此之前，
一個新的問題
理解了 AI 怎麽"認人"之後，至今已經用了半個多世紀。
每天早上 ，最終的錯誤會變大還是變小 ？
- 如果變小——好，識別簡單形狀——圓形、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，把形狀變成部件 ，錯了多少 ？差了很多——它說 60% 是貓 ，曲線
- 第二層檢測器 ：把第一層找到的邊緣組合起來 ，但應該是 0% 。所以選擇了這樣的數字組合 。保持
- 如果猜錯了——調整那 9 個數字，
這就是 AI 的"聰明" ：不是真的理解 ，他們第一次用數學來描述神經元的工作方式 。
假設電腦要判斷一張圖是貓還是狗 。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，
這就是 AI 在"看"這件事上卡住了幾十年的地方 。
2012 年 ，是從幾百萬張人臉照片中"學"出來的 。它隻是在做加減乘除 ：把像素變成邊緣 ，也就是你臉的輪廓 。數字越大，它有 8 層 。參數量更是以億計 。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 ，證明在特定任務上 ，把邊緣變成形狀 ，
讓我用一個簡化的例子來說明 。是電腦自己從數據裏學出來的 。無數種角度 、沒有人花這麽大力氣去收集和標注這麽多圖片 。突然有人考了 85 分 。為什麽沒有更早實現 ？
事實上 ，數字越小越暗 ，
3. 算法
AlexNet 還用了幾個關鍵的技術改進 。在人臉識別領域常用的測試集 LFW（Labeled Faces in the Wild，叫 Sobel 算子（"算子"就是"計算工具"的意思） 。就要比較左右兩邊的亮度" ，把那個數字調大一點
- 如果變大——反過來
，接近白色）
。包含 5749 個人的 13000 多張照片）上達到了 99.63% 的準確率 。檢測器提取出來的數字指紋和你錄入時的差太遠了
。測量臉的立體形狀，把所有檢測器發現的信息都匯集在一起
，從互聯網上收集的真實場景人臉照片 ，我後麵會專門講
。
"標注好"的意思是 ：每張圖片都有人告訴你"這是貓"、逼網絡學到更通用的規律 ，Graphics Processing Unit ，而是一堆數字 。讓檢測結果更穩定 。下麵一行全是正數 ，所以還能匹配上 。但永遠覆蓋不了真實世界的複雜性 。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 ，層數很多的神經網絡 ，
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） 。動用了來自 167 個國家的近 5 萬名標注工人 ，
這個類比最早來自 1943 年 McCulloch 和 Pitts 的論文，分別表示紅色、
反向傳播做的事情是 ：從最後的錯誤出發 ，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 ，這些技術讓更深的網絡變得可訓練 。在 AI 領域有一個專門的名稱，
不過你可能注意過一個奇怪的事 ：在幾年前 ，
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，取名 AlexNet（Alex 的網絡） 。這就形成了一條邊緣 ，動輒幾十層 、"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" 、擅長一件一件地處理複雜任務） ，歡迎分享+關注 。下巴這些區域的麵部特征被口罩擋住了 ，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 ，讓電腦自己學。那就是像素 。人臉識別的學習過程完全一樣 。這也是邊緣 。
-1 0 1-2 0 2-1 0 1當它掃描圖片的一個區域時 ，都是黑色線框" loading="lazy">
比如你的臉和背景之間——皮膚是淺色的 ，需要對幾百萬張圖片 、
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 ，但邊緣隻是一堆線條 。結果是 0（沒有邊緣）
- 如果右邊比左邊亮——正數那邊貢獻更大
，
彩色照片稍微複雜一點 ：每個像素需要三個數字，"神經網絡"名稱的起源
- ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks - Krizhevsky, Sutskever, Hinton (2012) — AlexNet 論文
，旗艦模型超過 1 億個參數，神經網絡的概念在 1940 年代就有了，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 ，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 ，第一層隻能看到線條 ，這樣就不會被一張照片騙過去。
一個人的臉可以有無數種表情 、貓臉 、所謂檢測器 ，沒有邊緣的區域呢 ？
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 。叫做反向傳播——1986 年由 Rumelhart 、
你看 ，它不知道什麽是"臉" 、你從來沒想過這件事有什麽特別的 。一種讓深層網絡更容易訓練的數學技巧（叫 ReLU），一個很大的正數 。對每個位置都做一次這樣的計算 。就有 100 萬個像素 。中間有一條從左上到右下的分界線——這就是一條邊緣 。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） ，結果是負數（有一條從亮到暗的邊緣）
- 有人試著寫規則："如果有兩個圓形在上麵 ，能識別的東西就越複雜 。算出每一個數字對這個錯誤的"貢獻"有多大 。而不是死記每張圖的細節）。訓練這樣一個模型 ，這些小點叫像素——你把手機照片放大再放大，
- 如果左右兩邊顏色一樣——正數和負數互相抵消
，我們先用一個更簡單的任務來說明這個過程——區分貓和狗 。
神奇的事情發生了 ：那些原本隨機的數字 ，圖形處理器）來算 。
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 。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
差異越大 ，上百層 ，下麵有一條橫線，
最簡單的情況是黑白照片 ：純黑是 0 ，表情——這些讓一張臉變得獨特的要素 。
答案讓我很驚訝 ：隻用簡單的加減乘除就能做到 。
這個數字的意思是 ：這裏有一條明顯的邊緣 ，但核心識別原理——把采集到的數據變成數字 、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。AlexNet 的 6000 萬個參數震驚了整個計算機視覺領域 。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 ，這個方法叫"反向傳播"， 每次調整的幅度都很小（比如 0.001），層層加工"的計算結構。 現在我用一個"檢測器"來掃描它
。加上"女人"， 重複這個過程幾百萬次 。比如 ， 而關鍵是
：每一層的檢測器裏的數字 ， 科學家們嚐試了很多方法 ：
還有一些，解鎖 。綜合判斷最終結果）。把那個數字調小一點
這種"很多層檢測器疊加"的結構 ，
整個過程沒有任何"理解" 。
2012 年的突破用了一個聰明的辦法 ：用遊戲顯卡（GPU，沒有邊緣 。
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 ，每張都貼好標簽——"這是貓" 、豎線、就能得到每個位置的"邊緣強度"和"邊緣方向"。所以 GPU 特別擅長"同時做很多簡單的計算" 。涵蓋 2 萬多個類別。直到一個想法改變了一切 ：
不要人類來設計檢測器 ，訓練出了 AlexNet。
這個設計很聰明 ，
三個條件——海量數據 、49000 名標注工人來自 167 個國家
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 ，"這是狗" 。背景可能是深色的 ，
GPU 原本是用來生成（渲染）遊戲畫麵的 。什麽是"眼睛" 。
怎麽用呢 ？把檢測器疊放到圖片上 ，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 ，才有了 2012 年的突破 。然後比較兩組數字有多接近 。五官、
那些檢測器裏的數字 ，
2. 算力
訓練一個模型 ，那可能是一張臉"
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，"這是汽車" 。
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，再傳給下一個 。是為了讓檢測器更關注正中間一行的變化
，
但如果我們告訴電腦"正確答案"呢 ？
就像老師批改作業一樣 。6000 萬參數，
仔細看這個檢測器的結構 ：左邊一列全是負數 ，李飛飛團隊通過亞馬遜的眾包平台（一種把任務拆成小塊 、
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 ，GPU 訓練神經網絡比 CPU 快約 70 倍。而是把它們變成"空的"——可以填入任何數值 ：
? ? ?? ? ?? ? ?一開始 ，就無法判斷對錯 ，對應位置的數字相乘，看一眼屏幕 ，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 ，和正確答案對比 ：
- 如果猜對了——不錯，我一直很好奇 AI 到底是怎麽工作的
，無數種光線 。
Alex Krizhevsky 正是用兩塊遊戲顯卡（NVIDIA GTX 580 ，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 ，右下角是淺色（數字 200，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 00 是黑色，你就找到了輪廓 、哪怕是一條 45° 的斜線 ，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，中間的灰色就是 1 到 254 。而發型屬於臉的外圍 ，最終這個數據集包含了超過 1400 萬張標注好的圖片 ，這些可調整的數字，當時售價 499 美元），檢測更複雜的東西 。但也很簡單——本質就是"比較左右兩邊的亮度差" 。
整個網絡包含 6000 萬個可調整的數字 。但換了個發型 ，電腦的"大腦" ，眼睛也是 ：眼白是淺色的 ，但換發型還能認出來 ？
因為口罩遮住了臉的下半部分——嘴巴 、斯坦福大學的李飛飛教授團隊發布了 ImageNet 數據集 。那些數字就會逐漸穩定下來 ，反向傳播算法在 1986 年就發表了。而今天的大型模型 ，不過你不需要把這個類比想得太深——它隻是一種"層層傳遞 、你拿起手機 ，原理完全一樣，
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 ，重複幾百萬次之後 ，這可能要算好幾個月甚至幾年 。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、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 ，會自己變成有意義的檢測器 。8 層網絡，什麽是"鼻子"。算法改進——同時到位 ，層層提取特征——和我們前麵講的完全一樣）
微信搜索"我沒有三顆心髒"或者掃描二維碼，發現了很多有意思的東西 ，就能看到"臉"了 。什麽是"眼睛" ，
一個邊緣檢測器隻能告訴你"這裏有一條線" ，排成 3×3 ：
10 10 1010 10 20010 200 200左上角是深色（數字 10 ，
解決方法是 ：疊加很多層 。每一張都要把所有參數調整一遍 。接近黑色） ，就是一組數字組成的小模板——把它疊到圖片上 ，
不過你可能發現了 ，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 。從 1.6 億張候選圖片中篩選和標注 。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 ，發表於 Nature
邊緣勾勒出了圖片裏"有東西"的地方 。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 、數字大的地方 ，
一個現代的人臉識別模型可能有幾百萬到上億個參數 。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 ，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 。手機往往就不認識你了 。它自己發現了"檢測邊緣有助於區分貓和狗" 。經過層層計算 ，
這就是電腦"看"圖片的第一步 ：找到所有顏色突變的位置 。
這就是電腦"看到"的東西 。
每個像素都有一個顏色 ，叫"參數" 。這樣就能得到一張新的"邊緣地圖"——原圖中每個位置的數字 ，
這就是"訓練" 。
讓我用一個具體例子來演示 。這個檢測器會在整張圖片上一格一格地滑動，越大越亮 。沒有人告訴電腦"要檢測眼睛"，它"看到"的是什麽 ？不是一個水果的畫麵，
至於中間那列的係數（-2, 0, 2）比兩側的（-1, 0, 1）更大 ，就叫"深度神經網絡" ，綠色 、它輸出"60% 可能是貓"，建議零售價 $499
訂閱
如果覺得有意思 ，其餘全是 0（暗） 。
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 。都不是人類設計的，
一道簡單的數學題
假設我們有一小塊圖片，層層疊加
這就是"深度學習"裏"深度"的含義——很多層檢測器疊加在一起 。對應位置相乘再相加（這個操作的專業名稱叫"卷積" ，檢測器關注的主要是五官區域的特征——發型變了，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 ，這個係列就是我的探索筆記，找到了邊緣 ，變成了"這個位置有沒有邊緣"的數字 。一個管上下——就能找到圖片中任意方向的邊緣。純白是 255，兩個檢測器都會給出非零結果 。
回到手機人臉識別
現在你知道手機是怎麽認出你的了 。
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）。即可訂閱 。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" ，想分享給你 。
如果我們換一塊顏色完全相同 、
但如果讓電腦自己來選呢 ？
假設我們不再指定這 9 個數字，結果的數字越大（不管是正還是負） ，也就無法調整那些數字 。
那次突破有多震撼 ？在 ImageNet 圖像識別比賽中 ，
手機不知道什麽是眼睛 、不是圖像 ，為什麽 ？
先別急著回答。
電腦沒有被告知"要檢測邊緣" 。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，
比如下麵這個 5×5 的小圖 ：
在電腦裏，要理解這件事 ，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 ，這些"正確答案"是電腦學習的前提——沒有答案 ，
疊加 ：從線條到人臉
但一層檢測器還不夠 。
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 。
這需要大量的計算 。中間一列全是 0 。之所以叫這個名字，幾千萬個參數反複做計算。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
。處理一下 、用它來學習的方法，就是"深度學習"
。一個三角形在中間 ，一堆線條還不能告訴我們"這是一張臉"
。
有的變成了顏色變化檢測器 。三角形、說明邊緣越明顯。但對所有數字同時做這種微調 ，
電腦眼中的照片
要理解手機怎麽"人臉識別" ，200 是亮色（接近白色）。為什麽這幾個數字能檢測邊緣 ？先看看它怎麽用 ，第三層找五官部件 ，
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、一層一層往回追溯 ，但原理完全一樣——歸根到底還是數字 。而是它從大量的對錯反饋中 ，讓檢測器學會了隻靠眼睛和眉毛區域的特征來識別你 。讓下次更可能猜對
怎麽調整 ？不是隨機亂調 ，你很快就會明白。結果肯定是亂七八糟的。把部件變成一組代表你這張臉的數字 ，
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 ，LFW 準確率 99.63%2009 年，但眼睛 、但疊加四五層之後 ，
所以當你拿手機對著自己的臉 ，人類知道"要檢測垂直邊緣 ，自己找到了有用的規律 。就能找到圖片裏顏色變化的地方 。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 ，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，
整個過程不到一秒。