前OpenAI科学家：走一步看一步，未定目标也有路？！
【CSDN 编者按】你小时候有没有玩没玩过下面的这个东西（Chinese Finger Trap 中国指铐）？当你把两手的食指同时插进管子的两头之后，手指就会被牢牢卡住，拔得越用力，卡得就越紧。如何逃脱？只要把手指继续往里推，管子就会变得松弛从而取出手指。
这么简单的玩具竟有如此大的欺骗性！如果目标是“将手指拔出管子获得自由”，那么把手指往内推这样的做法就和咱们的目标背道而驰。换句话说，通往自由的踏脚石，是变得更不自由。
什么是踏脚石？如何走上正确的踏脚石？前OpenAI、Uber AI的肯尼斯·斯坦利（Kenneth Stanley）和乔尔·雷曼（Joel Lehman）两位人工智能领域的前沿科学家，在他们的著作《为什么伟大不能被计划》引用了中国指铐的例子解释了“踏脚石”对探索发现的意义。直奔目标，使劲硬拔手指，看似离目标很近，但你永远也没法逃脱指铐；反而通过不同的策略和选择：旋转、往外拔、往里推，尝试不同的踏脚石，你才有会找到新方案，从而解决问题。如此简单的道理可以应用在不同的领域，甚至是计算机人工智能！
作者 | 肯尼斯·斯坦利，乔尔·雷曼
整理| 曾浩辰
一切的开始：图片孵化器
本书的故事真正始于我们研究小组的一个决定，即创建一个名为“图片孵化器”的网站——一次非常独特的科学实验。一开始，设计图片孵化器网站背后的想法与目标之间的关系并不明确。我们其实最初希望将其设计为一个让用户可以真正“繁育”图片的网站。你可能完全无法理解，但它实际上很简单。我们的计划就是让这个网站可以像动物一样繁殖，即网站上的图片能够像动物一样，繁衍出与父母一代略有不同的“孩子”（就像动物的幼崽那样，尽管与父母有着明显的相似之处，但仍具备自身的独特性）。我们希望，通过允许用户“繁育”他们认为最有趣的图片，随着时间的推移，用户们最终能够培育出令他们感到满意的艺术作品，哪怕他们不是专业的艺术家。
当然，一个繁育艺术的网站，乍听之下非常奇怪。艺术怎么可能被人工繁育呢？一幅毕加索的画总不能像动物一样吸引梵高画作的喜爱，然后结为夫妇，共同孕育后代吧！但事实上，我们已经找到了让艺术品繁育的方法。理解图片孵化器设计逻辑的关键在于，真实的动物在一起繁殖后代时，双方的基因会结合起来，共同形成后代的基因。事实证明，研究人工智能的科学家们已经找到了一种方法，为存储在计算机内部的图片创造了一种人工 DNA。这使我们可以将图片的基因，像动物那样整合到一起。这项技术由理查德·道金斯(Richard Dawkins)在其著作《盲眼钟表匠》中首次提出，有时候也被称为遗传艺术。自从道金斯首次展示这个想法以来，科学家们已经将其能力大大增强，这也是激发我们设计图片孵化网站的部分原因——让全世界的人都能参与到游戏中来，享受到它的乐趣。
图片“繁育”的过程是：屏幕上会显示一组图片（可能同时显示 10 张或 20 张图片），然后用户点击自己喜欢的图片，这些图片就成为下一代图片的“父母”。例如，大多数图片看起来都是圆形的，但用户点击了一张看起来更像方形的图片，那么下一代图片就可能包含许多类似方形的元素（见图 1）。换句话说，方形的图片会“繁育”出方形的图片，就像你的孩子可能有一双与你十分相似的眼睛。但就像自然界的生物繁育那样，后代不会长得与父母一模一样，尽管你能够看到父辈与子辈之间的明显相似之处，但后代的基因中，仍隐藏着轻微的变异。
图 1：亲代和子代图片群示例
注：在这个图片“繁育”的简单示例中，用户在“亲代”图片群中选择了一张类似正方形的图片，结果，下一代的图片（右图，“子代”图片群）就包含了不同类型的方形图片，因为每一张图片都是用户选择的方形图片的后代。
从圆形斑点到惊艳艺术
2006 年，我们开发了一种全新的人工图片 DNA，它能生成比以前更丰富、更有意义的图片（你将在下文看到）。更重要的是，这个全新的项目（也就是后来的图片孵化器网站）包含了使它变得尤为有趣的另一个因素，即任何一个互联网用户，都可以利用历史用户“繁育”的图片作为亲本，继续“繁育”下一代。这个功能对图片孵化器网站而言尤为重要，因为这种类型的系统的不足之处在于，用户可能玩了一小会儿之后，就会感到头昏眼花，不想继续了。毕竟，你能一口气盯着满屏的图片多长时间？事实证明，大多数玩家在“繁育”20 代图片（即连续选择 20 次图片）之后，就无法继续集中精力了。但是，只有经过多个代际的进化，才能取得最好的效果。这就意味着仅仅“繁育”20 次，很难产生真正有趣的图片。
当时还是在读博士生的吉米·塞克雷坦(Jimmy Secretan)参加了研究小组的会议，提出了一个聪明的解决方案：将图片孵化器网站变成一项在线服务。这样一来，用户可以将自己之前“繁育”的图片分享给其他用户，而其他用户可以在此基础上继续“繁育”。换句话说，如果你在图片孵化器网站上“繁育”了一个三角形，然后将其发到网上，其他人可以在此基础上继续“繁育”，最终可能会得到一架飞机的图片。在图片孵化器网站上，这种从一个用户转移到另一个用户的过程被称为“支化”(branching)。支化的好处在于，它可以使繁育的过程持续进行下去，远远超过单个用户 20 个代际的极限。玩累了的用户，可以不断地将自己繁育的图片分享给新用户，为其血统的延续再增加 20 个代际。最终，经过用户们的前后接力，图片就能完成数百代的进化。
但是，总会有一些用户不想使用从其他用户手上繁育出的已有图片，那么他们可以选择从头开始“繁育”，这也是图片孵化器网站上的每一个有趣的发现开启的方式。从零开始随机构建人造图片 DNA（从头开始“繁育”），最终会在你的电脑屏幕上生成一堆简单、随机的模糊斑点。你可以从这些圆形斑点中挑选出“亲代”，然后“繁育”下一代图片。图 2 展示了一位用户从零开始“繁育”的过程。你可以看到，该用户将一组扭曲模糊的斑块，进化成一组形状更圆的图片，里面包含类似嘴巴的弧形线条。这或许是一个有趣的结果，但也算不上什么惊天动地的发现。
图 2：图片孵化器网站上从零开始，并经三代选育后得到的图片序列
但如果你以这种方式一代又一代地挑选亲本图片，你觉得这些图片最终会变得多奇妙呢？事实证明，这些图片最终会超乎你的想象。不管你是否相信，图 3 中的每一张图片，都是在图片孵化器网站上以不停繁育迭代的方式培育出来的，所有的图片最初都只是类似图 3.2 的随机斑点。更重要的是，培育这些图片的人，并非接受过专业培训的艺术家，而是因好奇才点进网站的普通用户。事实上，他们中可能很少有人能够仅凭一己之力，独立画出最终在网站上培育出的图片。
图 3：图片孵化器网站生成的一些令人惊艳的图片
网站用户培育出的图片，激起了我们的好奇心，即使有了全新的人造 DNA，我们也还没有意识到，这些图片会变得如此生动且富有内涵。从某种意义上说，图 3.3 中的每一张图片，都是一项独特的发现。同样需重点记住的是，图片孵化器网站的用户经常会利用彼此的选育成果，继续“繁育”新一代图片。例如，图 3.3 中第二行中间的骷髅头图片，就是这样选育而来的。它实际上是网站的两个用户，以彼此发布的图像为亲本，“繁育”五次后得到的结果（从最初的随机圆形斑点开始，总共“繁育”了 74 代）。因此，即使最后演化出惊艳图片的用户并不是“白手起家”，但他前面的用户一定是从头开始的，这意味着最终所有的东西，都可以追溯到最初随机的圆形斑点图片。这也会让你感觉到，所有这些令人惊叹的发现，是多么难得。
只有无目标者才能成就图片孵化器上的奇迹？！
然后，故事开始变得有趣了。假设你想要在网站上“繁育”出一张类似法国埃菲尔铁塔的图片，你可能会觉得，只要登进图片孵化器网站，然后不断地选择越来越接近目标图片（埃菲尔铁塔）的图片来“繁育”，最终一定会得偿所愿。但有趣的是，最终的结果可能会令你大失所望，事实证明，以进化出一张特定图片为目标去“繁育”图片，是一个糟糕的想法。真相是，一旦你在图片孵化器网站上找到了一张图片，往往就不可能再从头开始“繁育”，并最终进化出同样的图片——哪怕我们知道，这张图片的确是网站繁育和进化出的结果！
为了验证图片孵化器网站这个矛盾的特质，我们启用了一项强大的计算机程序，并迭代了上千次。首先，我们从用户培育并发布在网站上的图片中，选择一张目标图片。然后，计算机程序根据这张目标图片，在每一次的“繁育”中，自动选择与目标图片越来越相似的亲本图片。有趣的是，最终得到的图片，与目标图片完全不同——实验彻底失败了。这就意味着，如果我们将某张图片设定为目标，就绝对不可能将其培育出来。网站上所有的图片，之所以被发现，是因为它们本身并不是繁育和迭代的目标。发现了这些图片的网站用户，无一例外都是那些一开始并没有将它们设定为自己寻找的目标的人。
我们还可以提供一个更具体的案例。肯选择了以前用户培育的酷似外星人脸的图片作为亲代，并在此基础上进行了支化操作。肯一开始的计划是，培育更多外星人脸的图片，但接下来发生的事情却出人意料——在图片孵化器网站上的所有重大发现，在最终出现之前，几乎都充满了偶然性。随机的突变使外星人的眼睛，在几次迭代之后逐渐下调了位置，乍一看就像是汽车的车轮（见图 4）！这就是偶然性！谁能想到，一张外星人脸的图片，最终能演变为一张汽车的图片呢？但事实证明，前者的确是后者的踏脚石。
图 4：外星人的眼睛，是汽车车轮的亲本图片
如果不是因为图片孵化器网站上几乎每张有吸引力的图片，都遵循了同样的偶然性轨迹，这个故事不过是一个有趣的轶事罢了。总会有那么一块意想不到的踏脚石，最终能带来出乎意料的发现。举个例子，请观察图 5 中所有怪异的图片，它们都可被视为一块块踏脚石。当我们开始注意到这个奇怪的趋势时，就难以忽视其背后的怪异现象，以及令人惊讶的寓意：如果你想在图片孵化器网站上通过图片培育找到一张有意义的图片，最好不要将其作为你的目标。
图 5：最终的图片很少与作为踏脚石的图片相似
注：左边的图片是催生右边图片的踏脚石，尽管它们的外观不尽相同。
疯狂的（踏脚）石头，目标不一定是终点！
事实上，网站上的这些图片，之所以能被意外发掘出来，是因为用户每次在网站上发布的新图片，都在不知不觉中成了其他人的踏脚石。演化出外星人脸图片的用户，从未想过它有一天会变成一辆汽车，而最终演化出汽车图片的用户（本书的作者肯）也没有预料到这一点。没有人预测到汽车图片的出现。因此，有人进化出外星人脸图片，并将其分享到网站上是一件好事。如果没有这张图片作为踏脚石，也就不会有之后的汽车图片，甚至也就没有这本书了！这个软件系统作为一个整体，得以运作的前提便是它没有统一的目标，每个人都在遵循自己的本能。而最能玩出花样的用户，就是秉持开放心态的人，他们没有刻意地专注于只寻找某一张特定的图片。
换句话说，整个网站上最成功的用户，是没有设定目标的那些人。通过研究网站上的图片并最终得出这个结论后，我们的确感到出乎意料。按照最初的设想，那些最好的图片培育者，应该是先构思了一个目标形象（即他们想要演化出的图片），然后朝着这个目标不断前进的人。但事实证明，情况恰恰相反——图片孵化器网站上最令人惊叹的发现，往往出自那些无任何事先规划者之手。而这个初步的观察结果，被证明不仅仅适用于图片生成，还适用于生活的其他领域。
归根结底，图片孵化器网站上的实验过程，与生活中其他事情的演变过程并无本质的不同。你或许有一些想要创造或实现的东西，于是你开始努力寻找能够达成目标的踏脚石，但你又如何能够确定，这些踏脚石真的能够通往设定的目标呢？如果它们最终变得像上文的外星人脸图片那样充满了潜力，但与最终生成的目标图片（汽车图片）完全不同，又该怎么办？在这种情况下，如果我们过于专注希望实现的目标，最终反而可能忽略了实现目标的最关键步骤。我们不禁会想，这个从不起眼的图片孵化网站上分析出的原理，是否真的会影响到生活中与实现目标有关的方方面面？如果是这样，那么这个原理一定很重要，因为目标在生活中无处不在。正如你在上一章看到的所有例子，同样的故事似乎无时无刻地在生活的许多领域反复上演。
敬请期待稍后上线的 CSDN 与本书作者之一乔尔·雷曼的专访文章及视频，从《伟大》、人工智能，聊到机器之爱和人工智能未来。
声明：本文摘自《为什么伟大不能被计划》一书，第三章：繁育艺术的艺术，版权归中译出版社所有，未经允许，禁止转载。
封面简介：
两位作者持续多年扎根人工智能前沿领域，这本书是他们在科学研究的过程中蹦出的意外火花。因为这一全新发现并不是直接回馈于他们本身所处的人工智能领域，而是“无心插柳”收获了对人类约定俗成的思维方式的全新颠覆。这一研究打破了人类世界延续多年、难以撼动的、依靠目标和计划成事的文化基因，真正开启了人类伟大创新的惊喜之旅。
他们在学校、TED、科研论坛等场合公开演讲，让这一新思维方式影响并激励了许多人。他们自身也凭借写入本书的“寻宝者思维”“踏脚石模型”“新奇性探索"等具体思维方法，在人工智能研发领域取得了飞跃式的突破和进展，产生了一系列惠及人类的伟大创造。
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