李星

CERNET网络中心副主任、清华大学教授

(资料图)

对于人工智能领域来说，ChatGPT是一个崭新的起点。虽然它给出的内容对错参半，但是它可以帮助我们拓宽思路，给予我们新的灵感。ChatGPT的成功无疑是巨大的，那么它为什么成功，我们能从中学到点什么，理解出什么，都值得进一步分析。

ChatGPT的理论基础与“无限猴子定理”

ChatGPT是一个大语言模型(Large Language Model)。一般来说，语言模型有两种，分别是next token prediction和masked language modeling。Next token prediction指单向推导，即知道最前面的话，一步步推导出后面的话，每次推导时都找最有道理的一个字，从而递归串出一整句话。另一种则是先确定开头结尾的内容，据此去推测中间的内容。

有一个定理叫做“无限猴子定理”，而ChatGPT可以说就是一只升级版的、讲逻辑、懂道理的猴子。

“无限猴子定理”认为，让一只猴子在打字机上随机地按键，当按键时间达到无穷时，猴子几乎必然能够打出任何给定的文字，比如莎士比亚的全套著作，也曾有人用电脑虚拟的猴子来模拟执行这一定理。2004年8月4日，电脑模拟的猴子在经过4.21625×10^28个猴年之后，打出了以下内容“VALENTINE.Ceasetoldor:eFLPOFRjWK78aXzVOw- m)-;8t......”而这胡乱敲打出的前十六个字母，正属于莎士比亚的剧作《维洛那二绅士》的第一行：VALENTINE: Cease to persuade, my loving Proteus.

如果说猴子的选择来自于纯粹的巧合、运气与概率，那么ChatGPT的选择则是基于模型运算，把大概率有用的字词留下，无用的字词撇去，从而得到一句符合人类逻辑的话。

没有试错就没有ChatGPT

人工智能的发展历程大概可分为三个阶段。1950年图灵最早提出了人工智能的概念，他在论文中直截了当地提问，“机器是否可能具有人类智能?”开创了人工智能领域的先河。

1997年，IBM的超级计算机“深蓝”(Deep Blue)以2胜1负3平的成绩战胜了当时世界排名第一的国际象棋大师加里·卡斯帕罗夫，一时间轰动全球。但是，“深蓝”还算不上足够智能，因为它的算法核心是暴力搜索，换言之，它每走一步，都是在穷举后续所有可能的情况下再做出决策。再后来，机器学习算法如雨后春笋般涌现，包括线性回归法、逻辑回归法、决策树法、随机森林法、最近邻居法、贝叶斯法、支持向量机法、 k 平均法、强化学习法等，每一个新算法都是对旧算法的改进与提升。

艾伦·图灵与其论文

深蓝打败象棋大师加里·卡斯帕罗夫

机器学习的常见方法

最简单的方法是线性回归，如果对数据进行线性回归后发现依然有问题，那就在此基础上做逻辑回归；但选项也可能不止A、B两种，此时我们就构造决策树呈现出多种选择；但决策树是一门走过去，如果决策错了怎么办?于是就出现了随机森林算法，用多棵随机生成的决策树来生成最后的输出结果。

所以说每一个理论、算法都是研究人员在前人的基础上探索、摸索而来，是一代代人不断在已有的基础上创新、更新，思考下一步如何做得更好，而非一开始就设计、锚定了最终结果。

机器学习中主要有三类学习的方式，分别是监督式学习、非监督式学习和强化学习。监督学习是从外部监督者提供的带标注训练集中进行学习(任务驱动型)。非监督学习则是一个典型的寻找未标注数据中隐含结构的过程(数据驱动型)。强化学习则会告诉模型自身好不好，给予模型更大的探索自由，从而突破监督学习的天花板。

三者之间也是渐进式前进的关系，为了应对更多问题，人们总是基于一个已有的方法，想方设法找出一个更一般性的方法进行超越，超越完成后自然进入下一个阶段。

随着数据量的增加，传统的机器学习方法表现得不尽人意。在监督式学习下就出现了一个崭新的分支——深度学习。深度学习的基础是神经网络，即通过模拟人的神经元系统做出判断。神经网络有输入层、输出层和隐藏层，输入通过非线性函数的加权后得到了最终的输出，而我们要做的就是根据误差准则调整权重参数，不需要，也不可能完全知道这些参数选择的具体原因。

神经网络模型示意图

什么叫深度学习?神经网络的层数直接决定了它对现实的刻画能力，但是原来隐含层只有一层，对稍微复杂一些的函数都无能为力。为此，就可以多加一些隐含层，深度学习由此诞生。早期的深度学习又有两个常用的方法，即卷积神经网络(CNN)与循环神经网络(RNN)，前者专门解决图像问题，最大利用图像的局部信息，将局部特征拼接起来，从而得到整幅图的特征，类似于通过拼图来还原图像；后者则专门解决时间序列问题，用来提取时间序列信息，其最重要的特征是具有时间“记忆”的能力，就像人只有记住前面的对话内容，才能决定之后该说什么一样。

此外，生成模型也是深度学习领域内较为重要的一类模型。生成对抗网络(GAN)是一种让两个神经网络相互博弈从而完成学习的生成模型，其由一个生成器和一个判别器组成。比如说，生成器生成了一只虚拟狗，判别器需要将其与真实世界中的狗作对比，并判断虚拟狗是否“过关”，生成器和判别器相互对抗、不断学习，最终目的是使虚拟狗无限接近于真实的狗，让它通过判别器的检验。

自此，三大模型流派形成—— CNN，RNN和GAN，语言模型属于RNN模型之流。但RNN模型依旧有其缺陷，对于相隔越久的信息，它的记忆力就越差，那么对于过去很久但有用的信息，它就很容易遗漏。为了提高RNN的记忆力，人们又开发了Self-attention自注意力模型，运用抓大放小的思想，不管重要的东西在哪，都更注重对它的加权，强化对它的注意力，让模型牢牢将其印入“脑海”。

在上述各类模型的基础上，ChatGPT的核心结构——Transformer模型横空出世，中文翻译也很恰切，译为变形金刚。

那什么是变形金刚?简单来说，它就像是一个黑盒子，在做文本翻译任务时，我们输入一个中文，经过这个黑盒子，就得到了翻译后的英文。

如果我们探秘黑盒中的内容，可以看到黑盒由若干个编码器(Encoder)和解码器(Decoder)组成，同时盒子里还具备并行(Multi-headed)和自注意力(Self-attention)机制，自注意力机制负责挑选出重要的有用的信息，并行机制则负责对这些信息进行并发处理，有了这两大特性，变形金刚也就可以同成千上万人同时对话，奠定了商业化的基础与可能。

回溯人工智能的历史，可以发现模型的成功归根结底来源于试错。一开始是简单的人工神经网络，后来是卷积神经网络、递归神经网络，每一步都使我们对模型的理解愈发深入。而在用其解决问题的过程中，一旦发现现有方法的不足，研究人员就会想方设法在原有基础上改进，从而开发出新的模型。

虽然我们看到了成功的CNN、RNN模型，但在我们的视野之外，可能还会有别的模型沉寂于历史长河中。但是，看不到不意味着不重要。如果没有那些失败的尝试帮助我们排除了错误的技术路线，就不会有CNN、RNN的成功，变形金刚的成功和ChatGPT的出现更无从谈起。

所以创新、创造都是在不断试错、迭代中出现，不可能预先设计好路线，一蹴而就。因此，若想有创新，就必须有配套机制，允许科研人员大量试错，尽快改进。只要有成熟的机制，能快速迭代、改进，科研人员就不怕犯错，不怕冒险，不怕没有成果，也就不怕再接再厉、不停尝试。因此，要鼓励大胆思考，大胆试验，即便失败了也要表扬、肯定。否则就会形成“丧事当喜事办的坏习惯”，创新也就没戏唱。

创新与机制密不可分 失败也是创新成功的基础

ChatGPT是初创公司的产物，不是大公司，更不是国企，这其中有一定的必然性。大公司激励机制的依据是职工的KPI，但小公司是创业公司，一旦做出了大的成果，公司就可以上市或者收到巨大的市场效益，这种激励举足轻重。如果激励机制不合适，比如所有人都是低工资，那么人们的积极性就会降低;所有人都是高工资，也无法激发进取心与积极性。只有科研人员的投入、兴趣与其回报成正比才能激励人们全力以赴。

德国、日本的工业很发达，但是德国、日本的创新程度依旧不及美国，这是因为它们的激励机制不同。美国的产业是高度市场化的，资金筹集来自于风险投资，而德国、日本依旧依靠大银行资助。

真正的颠覆性的创新，一定来自于市场驱动的机制。风险投资一百个公司，可能九十几个都失败了，成功的只有一两个，但只要有一个成功了，回报就是成千上百倍的。虽然德国、日本也可以做一些辅助性的创新，但是它们的创造很难具有完全的革命性，因为在它们的激励机制下，投资方对成果、回报有要求，创造者就要为错误负责，那么人们就会害怕犯错，小心翼翼不敢轻举妄动，只敢在“安全区”内做一些小成果。而这也再次证明，创新是一种可能，带有必然的风险，如果要求资金投入一定有相应成果，那么一定会扼杀创新的空间。

此外，很多人没有意识到的是，当我们发现一个东西错了，错误本身就是一个非常大的成果，虽然投入的成本泡汤了，但是这个路子不用蹚了，错误选择被排除了，那么我们离最终的成功一定是更近了。

我曾有个机会去美国国家科学基金会(NSF)，那里的人给我看了他们之前资助过的项目，其中一些项目好像还有些道理，但是有的看上去就天马行空，似乎是胡说八道。他们却表示，美国NSF资助的项目只会成功不会失败，这是为什么呢?

NSF的人给出了两条解释：第一，真正的创新项目可能看上去就是胡说八道，如果都是自圆其说、在我们理解范围内的东西，那就说明还不够新，所以我们必须要容忍看上去胡说八道或不靠谱的项目，说不定它们就是大成果的孵化器；第二，此类项目一般是由教授和他们指导的研究生去承担。实际上，一个研究生完成了一个失败项目，他本人的收获和对于社会进步的贡献一定比做一个成功的项目更大。而且在美国，即使项目没有正向成果，对失败原因进行有效总结后也可以拿到学位。

这两条解释可以说意味深长、引人深思，尤其是第二条。第二条正是在说明，我们必须要允许人失败、犯错，因为犯错之后，就会收获相应的教训、经验，将来就不会再犯相同的错误，后来者也不会再犯同样的错误，因此犯错也是一种贡献，甚至可能比成功的贡献更大。创新正是在千千万万次尝试与犯错后修正路线、逼近成功，这是个人成长和创新出现的必然且科学的过程，这也是为什么我们必须要有允许犯错的体制机制。

ChatGPT后，教育何为?

ChatGPT可以把海量的信息和数据汇集起来，非常全面，在这一层面上，人类难以望其项背。既然ChatGPT能回答各式各样稀奇古怪、刁钻、偏僻的问题，那我们就要思考，人的价值是什么?如果我们的教育最终让人回答出了与ChatGPT同样的答案，那么教育还有何意义?如果要我回答，教育的价值就应当是培养学生想出不同于ChatGPT的答案的能力，未来教育的目标也应当如此。

因此，未来的教育，应当注意培养批判性思维、逻辑能力，并且允许年轻人畅所欲言、自由思想，再给予他们充分的试错空间。

首先，要培养孩子的批判性思维。有些国家对孩子的教育是，谁说的话都可以被挑战、质疑。而且孩子必须讲不同于老师的话，而不是对老师的观点全盘接受、信以为真。在这种教育理念下，孩子们更倾向于拥有自己的判断，相信自己的判断，勇于质疑。

其次，要培养孩子们的逻辑能力，ChatGPT的回答基本符合人类逻辑，一言一语都有因果关联，都是由前推后、由此及彼，所以它的回答有意义，也能解决我们提出的问题。而我们培养孩子的思考能力、逻辑能力，就是培养他们真正解决现实问题的能力。

第三，要有探索的空间，否则无法创新。为什么 ChatGPT 由初创公司而非大公司创造而成?除激励机制外，还因为社会对它们的容忍度更高，所以初创公司的自由度更高，即便发表了错误、出格的内容大家也并不在意。但对于微软、谷歌等大公司来说，“小心驶得万年船”才是值得恪守的原则，万一出现错误，就难免对名誉造成巨大影响，公司效益也会因而受损。因此，做 AI、 前沿科技的一定是小公司，小公司的自由度更高，不怕犯错，探索空间就更大，而这也证明只有言论自由、思想自由后，探索才能自由，探索自由后，创新才能生根发芽。

未来教育的目标

未来教育的目标是，年轻人会提出正确的问题，并且判断答案是否合理，中间的过程就是人和机器的交互，让机器、人工智能帮助我们去完成很多工作。但这并不代表人与人之间无需再有交流，相反，人和人的交互依然需要，而且更加重要。

知名组织理论家罗素·艾可夫曾提出由数据、信息、知识、智慧组成的知识金字塔。在知识金字塔中，每一层都比下一层多拥有一些特质。数据来源于我们的原始观察与度量，信息来源于我们对数据的筛选、整理与分析，知识则来源于我们对信息的加工、提取与评价，而智慧作为我们独有的能力，意味着我们可以收集、加工、应用、传播知识，以及预测事物的发展与未来走向。

ChatGPT之后，甚至在其出现以前，计算机对于数据处理、信息处理以及知识处理都已经非常在行。虽然机器和人工智能并不“懂”知识，但是它可以存储、调用知识，可以在特定的情境里与人交互，给出的答案也合乎情理。因此，未来的教育应当是教人拥有智慧，而不仅仅是拥有知识、信息与技能。智慧是设计体系结构的能力，而技能仅仅是依照设计搬砖添瓦的能力，智慧与思维是创新真正的来源，而知识与技能则相当次要。

知识金字塔

有些大学为防止学生作弊而禁止其使用ChatGPT，我觉得此举值得商榷。ChatGPT是个工具，是种技术，而技术是道德中立的，关键在于老师应改变传统的考核方式以适应它的出现。斯坦福大学曾统计，50% 的学生做学期论文时都用到了ChatGPT。因此在这种趋势下，老师必须学会如何考核。

一个可用的考核方式是：学生用ChatGPT完成一道题后，必须能给别人讲清楚答案中哪些是对的，又有哪些是错的。可能学生又会把这个问题抛回给ChatGPT，再采用它的答案，但关键是，如果你问得太深入，ChatGPT自己就会“崩溃”，答案也会漏洞百出。在这种情况下，学生就必须要动脑子，要靠自己找到最初答案的漏洞。而老师正可以对这一点做考察，看学生能否找到ChatGPT的漏洞，能找到，就说明学生已将知识掌握透彻。

我们这一代人是“数字移民”，新一代的孩子是“数字原住民”，所以我们一定要为他们创造自由的空间，而不是让他们因循守旧、依照传统行事。

科研的层次与大学的包容

科研必须要区分层次。大型项目是国家发展、社会前进的根本，例如美国NASA牵头的各类航天、物理项目，中国举国体制支持的各种重大项目，这些目的明确、规模投入巨大的项目是不可或缺的。

但与此同时，小型的、看上去“没用”的项目也必须存在。因为科研是一种探索未知的活动，未来哪个项目能开花结果，哪个能“冒泡”，我们当下都是雾里看花，看不真切。所以我们必须要包容一些人，去做一些可能毫无用处的东西，或者是有点出格、方向冷僻的东西，我们必须要让这些人生存，让一些可能存在。

如果大学的考核制度过于严苛，青年教师们只能为了保住自己的工作去做“短平快”、功利性的研究，那么优秀的人无法静心思考真正的问题，只能为科研而科研，只做实用性强的科研，这对于科研是一种实质性的损害。

所以我也有个理论：大学，要培养精神境界高的、有教养的人，还要包容一些特立独行的看似是在胡思乱想的“无用的人”的存在。有些研究当下看似没有一点用处，但可能百年之后就有了大用，这都是我们预料之外的事。

有些全球顶尖大学就会保留不同类型的人才，把一些聪明、能干但怪异、另类的人养在大学里。未来，我们也可以尝试包容各式各样的人才，让他们做些有意思的、胡思乱想的、短期内没有结果甚至没用的东西，或许现在的无心插柳，在未来就变成了夏日炎炎里茂密浓郁的柳荫。

本文根据CERNET网络中心副主任、清华大学电子工程系李星教授报告、访谈整理。