在南京咖啡馆撞见的机器学习,根本不是你想的那样

9月23号那天我在珠江路旁边的老咖啡馆躲秋老虎。空调风裹着隔壁桌飘来的桂花香,邻座穿南大通识课校服的小姑娘对着电脑皱成了包子脸。

凑过去瞟了一眼,她的屏幕上跑着个图像分类模型,输出结果把她刚拍的桂花乌龙照片,全标成了“发霉的全麦面包”。

她盯着屏幕翻了个巨大的白眼,说自己花了一下午标注的训练集,合着全白喂了。

你以为的机器学习,是会背题的好学生?

很多人对机器学习的第一印象,是那种过目不忘的天才,你教它什么,它就能精准复刻什么,永远不会出错。

根本不是。

你要是把模型当成那种考前一周熬大夜背题库的学生,就会觉得它的离谱错误是故意跟你作对——但本质上它根本不知道“面包”是什么,“桂花茶”是什么,它只是在数每张图里的像素颜色分布,找和你之前喂给它的标注最接近的匹配项。

小姑娘之前给模型喂的“发霉面包”样本,全是暗黄带灰绿霉斑的面包特写,光线偏暗,像素偏糊。她拍的桂花乌龙刚好是琥珀色的茶汤,杯沿撒了点刚从树上摘的干桂花,颜色暗黄,杯壁上沾了点细碎的金桂——像素分布跟她之前标注的发霉面包太像了。

换你你也错啊!

机器学习图像分类错误案例 茶汤被识别为发霉面包
机器学习图像分类错误案例 茶汤被识别为发霉面包

它没有“常识”。它不知道面包是吃的,茶是喝的,不知道霉斑是摸起来滑溜溜的,桂花是闻起来香的,对吧?它能做的只有一件事:对着你给的一堆带标签的样本,找像素层面的相似性。

我花一下午搞懂的,根本不是什么高大上算法

说实话我第一次接触机器学习概念的时候,以为这是什么必须靠超算中心才能跑起来的黑科技。要读厚厚的教材,背满页的公式,没有个计算机硕士学位根本摸不到门道。

直到去年秋天我在自己那台用了五年的旧笔记本上,跑了个识别南京梧桐叶的小模型。

我当时在南大校园里捡了两百多片不同形状、不同颜色的梧桐叶,拍了照标上“梧桐叶”,又拍了一百多片其他形状的树叶标上“不是梧桐叶”,跟着开源教程敲了几十行代码,10分钟就把模型跑起来了。

当时我端着冰美式准备等结果,看到模型第一次准确认出我举在镜头前的梧桐叶时,差点把咖啡洒键盘上。

本地笔记本运行梧桐叶识别机器学习模型界面
本地笔记本运行梧桐叶识别机器学习模型界面

这个过程其实和教小孩认东西没区别。你给小孩看100张猫的照片,告诉他这是猫,再给他看100张狗的照片,告诉他这不是,小孩慢慢就会自己总结:哦,猫的耳朵是尖的,有长长的胡子,爪子是收在肉垫里的。

机器做的事一模一样。只不过小孩靠的是大脑里神经元的连接强度,机器靠的是一层一层的数值权重调整——每错一次,就把权重往正确的方向挪一点点,挪到最后,它就能在一堆图片里准确找出你要它找的东西。

但它的bug也跟刚学认东西的小孩一模一样。我当时拿了张春天刚长出来的嫩梧桐叶去测,叶子是嫩绿色的,薄得透光,模型直接给我标成了“小巴掌形状的绿萝”。

它根本没见过春天的叶子。我给它的训练集全是秋天掉在地上的枯叶子,它自然认不出刚长出来的新叶。

那些被吹上天的功能,其实藏着没被注意的小bug

现在打开手机,到处都是机器学习的影子。相册自动分类,短视频给你推感兴趣的内容,输入法猜你下一句要打什么字。

但你有没有碰到过这种情况?

你昨天手滑点进了一个南京盐水鸭的做法视频,接下来三天不管你刷什么,首页全是不同师傅教你切鸭子、卤鸭子,甚至连你根本没点过的“盐水鸭和南京烤鸭的区别”,算法都要反复推到你眼前。

我就想知道个区别。我不想连着一周看30个不同师傅教我切鸭子啊!

这真的不是算法故意跟你作对。它的逻辑简单到离谱:你之前在这个内容上停留了30秒,说明你感兴趣,那就给你多推同类内容。它根本不知道你当时是手滑点错了,还是只是好奇看一眼,根本不想把所有相关内容都刷完。

上次我帮我妈调她的手机相册,她手机里存了几百张我家猫的照片,还有几十张在玄武湖拍的荷花。结果模型把所有带猫的照片全分到了“户外风景”文件夹,把荷花的照片全塞到了“宠物日常”里。我妈举着手机跟我说“这手机是不是傻了”,我对着那个分类结果笑到半杯咖啡都洒在了桌布上。

手机相册机器学习分类错误 荷花照片被归为宠物类
手机相册机器学习分类错误 荷花照片被归为宠物类

更有意思的是之前看到MIT媒体实验室公开的研究:他们测了几个用来识别皮肤病变的机器学习模型,发现这些模型只要看到深肤色的皮肤,不管有没有病变,都更容易判成“有问题”。原因特别简单——训练集里的健康皮肤样本,90%以上都是白种人的,深肤色的样本本来就少,带病变的深肤色样本更是少得可怜。模型学来学去,自然就把“深肤色”和“有病变”划上了等号。

问题从来不在机器本身。

问题是喂给它的数据是谁选的,标注的时候有没有带自己的偏见,有没有把本来就存在于现实里的偏见,原封不动甚至放大了塞给机器,最后让机器带着这些偏见去做判断。

那天在咖啡馆坐了快两个小时,邻座的小姑娘终于把模型调通了。她补了几十张不同光线、不同角度的桂花乌龙照片进去,重新跑了一遍,这次模型终于能准确把她的茶和发霉的面包分开。她当时拍了一下手,端起杯子喝了一口,刚好窗外的秋风吹进来,把梧桐叶吹得沙沙响。

风很凉。

其实我们之前总把机器学习捧得太高,好像它是个无所不能的魔法师,能解决所有问题,能听懂所有的话。但那天看着小姑娘对着电脑一点点调整标注的样子,我突然反应过来,它根本不是什么魔法。

它就是个刚进公司的实习生,你让他干啥,他就照着你给的规则干。你没说清楚的,他绝对不会主动问。你给的资料有偏差,他做出来的结果就全是偏差。

哪有什么黑科技啊。都是人一点点喂出来的,跟教刚会走路的小孩认世界,没什么区别。

作者|科技

排版|科技

审核|满满

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