在AlphaGo完勝後繼續頑強地分析其缺陷|陳經

在AlphaGo完勝後繼續頑強地分析其缺陷|陳經

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導讀：本文寫於李世石和AlphaGo第三盤對局後，發表於第四盤李世石取勝前6個小時。AlphaGo以3:0戰勝李世石後，圍棋界都絕望了，對機器產生了恐懼。陳經卻基於對演算法的了解，堅持分析AlphaGo的弱點，並精準地預測到了李世石在第四局獲勝的方式。

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2016年3月12日人機大戰第三局，AlphaGo執白176手中盤勝李世石，以3:0的比分提前取得了對人類的勝利。

這一局李世石敗得最慘，早早就被AlphaGo妙手擊潰，整盤毫無機會。最後李世石悲壯地造劫，在AlphaGo脫先之後終於造出了緊劫。但AlphaGo只靠本身劫就贏得了劫爭，粉碎了AlphaGo不會打劫的猜想。這一局AlphaGo表現出的水平是三局中最高的，幾乎沒有一手棋能被人置疑的，全是好招。三局過去，AlphaGo到底實力高到什麼程度，人們反而更不清楚了。

看完這三局，棋界終於差不多絕望了，原以為5:0的，都倒向0:5了。有些職業棋手在盤算讓先、讓二子是否頂得住。整個歷程可以和科幻小說《三體》中的黑暗戰役類比，人類開始對戰勝三體人信心滿滿，一心想旁觀5:0的大勝。一場戰鬥下來人類艦隊全滅，全體陷入了0:5的悲觀失望情緒中。

我也是糾結了一陣子，看著人類在圍棋上被機器碾壓的心情確實不好。但是承認機器的優勢後，迅速完成了心理建設，又開心地看待圍棋了。其實挺容易的，國際象棋界早就有這樣的事了。這個可以等五盤棋過後寫。

現在我的感覺是，棋界整體還是對AlphaGo的演算法以及風格很不適應。一開始輕視，一輸再輸，姿態越來越低，三盤過後已經降到一個很低迷沉鬱的心理狀態了。這也可以理解，我一個圍棋迷都抑鬱了一會，何況是視棋如生命的職業棋手。但是不管如何，還是應該從技術的角度平心靜氣地搞清楚，AlphaGo到底是怎麼下棋的，優勢到底在哪些，是不是就沒有一點弱點了？

現在有了三盤高水平的棋譜，質量遠高於之前和樊麾的五盤棋譜。還有谷歌2016年1月28號發表在《自然》上的論文，介紹了很多技術細節，還有一些流傳的消息，其實相關的信息並不少，可以作出一些技術分析了。

之前一篇文章提到，從研發的角度看，谷歌團隊把15-20個專家湊在了一起，又提供了巨量的高性能計算資源，建立起了整個AlphaGo演算法研究的「流水線」。這樣谷歌團隊就從改程序代碼的麻煩工作中解放出來，變成指揮機器幹活，開動流水線不斷學習進步，改善策略網路價值網路的係數。而且這個研發架構似乎沒有什麼嚴重的瓶頸，可以持續不斷地自我提升，有小瓶頸也可以想辦法再改訓練方法。就算它終於遇到了瓶頸，可能水平也遠遠超過人類了。

這些複雜而不斷變動的神經網路係數是AlphaGo的獨門絕技，要訓練這些網路，需要比分散式版本對局時1200多個CPU多得多的計算資源。AlphaGo演算法里還是有一些模塊代碼是需要人去寫的，這些代碼可不是機器訓練出來的，再怎麼訓練也改不了，谷歌團隊還不可能做到這麼厲害。例如蒙特卡洛搜索（MCTS）整個框架的代碼，例如快速走子網路的代碼。這裡其實有兩位論文共同第一作者David Silver和Aja Huang多年積累的貢獻。這些人寫的代碼，就會有內在的缺陷，不太可能是完美無缺的。這些缺陷不是「流水線」不眠不休瘋狂訓練能解決的，是AlphaGo真正的內在缺陷，是深度學習、self-play、進化、強化學習這些高級名詞解決不了的。谷歌再能堆硬體，也解決不了，還得人去改代碼。

第一局開局前，谷歌就說其實還在忙著換版本，最新版本不穩定，所以就用上一個固定版本了。這種開發工作，有可能就是人工改代碼消除bug的，可能測試沒完，不敢用。

總之，像AlphaGo這麼大一個軟體，從演算法角度看存在bug是非常可能的。在行棋時表現出來就是，它突然下出一些不好的招數，而且不是因為策略網路價值網路水平不夠高，而是MCTS框架相關的搜索代碼運行的結果。如果要找AlphaGo潛在的bug，需要去仔細研究它的「搜索 」。這可能是它唯一的命門所在，而且不好改進。

那麼MCTS的好處壞處到底是什麼？幸運的是，Zen和CrazyStone等上一代程序，以及facebook田淵棟博士開發的Darkforest都用了MCTS。它們和AlphaGo雖然棋力相差很遠，但是行棋思想其實很相似，相通之處遠比我們想像的高得多。

這是田淵棟貼的Darkforest對前兩局的局勢評分。可以看出，這個評分和棋局走向高度一致，完全說得通。而且谷歌也透露了AlphaGo對局勢的評分，雖然一直領先，但第二局也有接近的時候，能夠相互印證。如果到網上下載一個Zen，輸入AlphaGo和李世石的對局，選擇一個局面進行分析，也會有像模像樣的評分出來。這究竟是怎麼回事？

從技術上來說，所謂的局勢評分，就是程序的MCTS模塊，對模擬的合理局面的勝率估計。連AlphaGo也是這樣做的，所以幾個程序才能對同樣一個局面聊到一塊去。所有程序的MCTS，都是從當前局面，選擇一些分支節點搜索，一直分支下去到某層的「葉子」節點，比如深入20步。

這個分支策略，AlphaGo和Darkforest用的是「策略網路」提供的選點，選概率大的先試，又鼓勵沒試過的走走。到了葉子節點後，就改用一個「快速走子策略」一直下完，不分支了，你一步我一步往下推進，比如再下200步下完數子定出勝負。這個走子策略必須是快速的，谷歌論文中說AlphaGo的快速走子策略比策略網路快1000倍。如果用策略網路來走子，那就沒有時間下完了，和李世石對局時的2小時會遠遠不夠用。下完以後，將結果一路返回，作一些標記。最後統計所有合理的最終局面，看雙方勝利的各佔多少，就有一個勝率報出來，作為局勢的評分。一般到80%這類的勝率就沒意義了，必勝了，機器看自己低於20%就中盤認輸了。

AlphaGo的創新是有價值網路，評估葉子節點時不是只看下完的結果，而是一半一半，也考慮價值網路直接對葉子節點預測的勝負結果。走子選擇就簡單了，選獲勝概率最大的那個分支。機器也會隨機下，因為有時幾個分支勝率一樣。

MCTS這個框架對棋力最大的意義，我認為就是「大局觀」好。無論局部如何激烈戰鬥，所有的模擬都永遠下完，全盤運算元的個數。這樣對於自己有多少佔地盤的潛力，就比毛估估要清楚多了。以前的程序，就不下到終局，用一些棋塊形狀幅射之類的來算自己影響的地盤，估得很差，因為一些棋塊死沒死都不清楚。MCTS就不錯，下到終局死沒死一清二楚。MCTS也不會只盯著局部得失，而是整個盤面都去劃清楚邊界。這個特點讓幾個AI對局勢的評估經常很相似，大局觀都不錯。MCTS對於雙方交界的地方，以及虛虛實實的陣勢，通過打入之類的模擬，大致有個評估。當然這不是棋力的關鍵，大局觀再好，局部被對手殺死也沒有用，可能幾手下來，局勢評估就發生了突變。

AlphaGo的大局觀還特別好，特別準確，主要是它模擬的次數最多，模擬的質量最好。而且這個大局觀從原理上就超過了人類！比如人看到一塊陣勢，如果不是基本封閉的實空，到底價值多少評估起來其實是非常粗的。高手點目時經常這樣，先把能點的目算清楚，有一些小陣勢如無憂角就給個經驗目數，然後加上貼目算雙方精確目數的差值，然後說某方的某片陣勢能不能補回這個差值，需要扣除對方打入成的目數，孤棋薄棋減目數。這類估算有很多不精確的因素。

AlphaGo就不一樣了，它會真的打入到陣勢里，來回模擬個幾十萬次，每一次都是精確的！人絕對沒有能力像AlphaGo這麼想問題，一定是利用經驗去估算陣勢的價值，誤差就可能很大。極端情況下，一塊空有沒有棋，職業棋手根本判斷不清，AlphaGo卻可以通過實踐模擬清楚，沒棋和有棋相比，目數差別太大了。AlphaGo雖然不是嚴格證明，但通過概率性地多次打入模擬，能夠接近理論情況，比人類憑經驗要強太多了。我可以肯定，AlphaGo的大局觀會遠遠超過職業高手，算目也要准得多，所以布局好、中後盤收束也很強大。甚至Zen之類的程序大局觀都可能超過職業高手。

例如第二局這個局面：

李世石左下佔了便宜，本來局勢還可以。但是他70和72手吃了一子落了後手，被AlphaGo走到73，大局一下就落後了。這個在前面Darkforest對局勢的評估圖中都非常清楚，是局勢的轉折點。李世石要是手頭有個Zen輔助，試著下兩下都可能會知道70手不要去吃一子了。大局觀不太好的職業高手，比如李世石就是個典型，大局觀不如Zen真不一定是笑話。李世石比Zen強的是接觸戰全局戰的手段，要強太多了。MCTS實事求是不怕麻煩下完再運算元的風格，比起人類棋手對於陣勢價值的粗放估算，是思維上先天的優勢。

AlphaGo比其它程序強，甚至比職業高手還強的，是近身搏殺時的小手段。

第三局，李世石29和31是失著。29湊白30雙，雖然獲得了H17的先手，但是中間的頭更為重要。當黑31手飛出後，白32象步飛可以說直接將黑擊斃了。在盤面的左上中間焦點處，AlphaGo的快速走子網路會有一個7*7之類的小窗口，對這裡進行窮舉一樣的搜索，用人手寫的代碼加上策略網路。32這步妙招可能就是這樣找出來的，李世石肯定沒有算到。但是AlphaGo是不怕麻煩的，就一直對著這裡算，比人更容易看到黑三子的可憐結局。這個計算對人有些複雜，只有實力很強的才能想到算清楚，對AlphaGo就是小菜。李世石一招不慎就被技術性擊倒了。AlphaGo對這種封閉局部的計算，是它超過人類的強項。

但是AlphaGo的搜索是不是就天衣無縫了？並不是。來看第二局這個局面：

AlphaGo黑41手尖沖，43手接出作戰。最後下成這樣，這是三局中AlphaGo被眾多職業棋手一致認為最明顯的一次虧損失誤，如果它還有失誤的話。我們猜想它為什麼會失誤。關鍵在於，這裡是一個開放式的接觸戰，棋塊會發展到很遠的地方去。AlphaGo的小窗口封閉窮舉搜索就不管用了，就只有靠MCTS在那概率性地試。這裡分支很多，甚至有一個複雜的到達右上角的回頭征。我認為AlphaGo這裡就失去了可靠的技術手段，終於在這個人類一目了然的局面中迷失了。它是沒有概念推理的，不知道什麼叫「憑空生出一塊孤棋」。也不確定人會在50位斷然反擊，可能花了大量時間在算人妥協的美好局面。

再來看AlphaGo一個明確的虧損。第一局白AlphaGo第136手吃掉三子。這裡是一個封閉局面，是可以完全算清楚的。可以絕對地證明，136手吃在T15更好，這裡白虧了一目。但是為什麼AlphaGo下錯了？因為它沒有「虧一目」的這種概念。只有最終模擬收完數子，白是179還是180這種概念，它根本搞不清楚差的一個子，是因為哪一手下得不同產生的，反正都是勝，它不在乎勝多少。除非是176與177子的區別，一個勝一個負，那136就在勝率上劣於T15了，它可能就改下T15了。

這個局面白已經勝定了所以無所謂。但是我們可以推想，如果在對局早期，局部發生了白要吃子的選擇，一種是A位吃，一種是B位吃，有目數差別，選哪種吃法？這就說不清了。AlphaGo的小窗口窮舉，是為了保證對殺的勝利，不殺就輸了。但是都能吃的情況下，這種一兩目的區別，它還真不好編程說明。說不定就會下錯虧目了。

經過以上的分析，AlphaGo相對人類的優勢和潛在缺陷就清楚多了。它的大局觀天生比人強得多，因為有強大的計算資源保證模擬的終局數量足夠，策略網路和價值網路剪枝又保證了模擬的質量。它在封閉局部的對殺會用一個小窗口去窮舉，絕對不會輸，還能找到妙手。它布局好，中盤戰鬥控制力強，都是大局觀好的表現。它中後盤收束差不多都是封閉局面了，基本是窮舉了，算目非常精確，幾百萬次模擬下來什麼都算清了。想要收官中撈點目回去不是問題，它勝了就行；但是想收官逆轉是不可能的，影響了勝率它立刻就窮舉把你堵回去。

但是封閉式局面的小手段中，AlphaGo可能存在不精確虧目的可能性，不知道怎麼推理。在開放式接觸戰中，如果戰鬥會搞到很遠去，它也可能手數太多算不清，露出破綻。但不會是崩潰性的破綻，要崩潰了它就肯定能知道這裡虧了，不崩吃點暗虧它就可能糊塗著。目前來看，就是這麼兩個小毛病。

另外還有打劫的問題。如果是終局打劫，那是沒有用的，它就窮舉了，你沒有辦法。如果是在開局或者中局封閉式局部有了劫爭，由於要找劫，等於強制變成了殺到全盤的開放度最大的開放式局面了。這是AlphaGo不喜歡的，它的小窗口搜索就用不上了。而用MCTS搜索，打劫步數過多，就會超過它的葉子節點擴展深度，比如20步就不行了，必須「快速走子」收完了。這時它就胡亂終局了，不知道如何處理劫爭，模擬質量迅速下降。所以，這三局中，AlphaGo都顯得「不喜歡打劫」。但是，這不是說它不會打劫，真要逼得它不打劫必輸了，那它也就被MCTS逼得去打了。如果劫爭發生在早中期手數很多，在打劫過程中它就可能發生失誤。

當然這只是一個猜想。它利用強大的大局觀與局部手段，可以做到「我不喜歡打劫，打劫的變化我繞過」，想吃就給你，我到別的地方撈回來。當然如果對手足夠強大，是可以逼得它走上打劫的道路的，它就只好打了，說不定對手就有機會了。第三局李世石就逼得它打起了劫，但是變化簡單它不怕，只用本身劫就打爆了對手。

如果要戰勝AlphaGo，根據本文的分析，應該用這樣的策略：大局觀要頂得住，不能早早被它控制住了。局部手段小心，不要中招。頂住以後，在開放式的接觸戰中等它自己犯昏。或者在局部定型中看它自己虧目。在接觸戰中，要利用它「不喜歡打劫」的特性，利用一些劫爭的分枝虛張聲勢逼它讓步，但又不能太過分把它逼入對人類不利的劫爭中。這麼看，這個難度還真挺高的。但也不是不可想像了，柯潔大局觀好，比較合適。李世石大局觀差，不是好的人類代表。

本文進行了大膽的猜測，可能是一家之言。但我也是有根據的，並不是狂想。如果這篇文章能幫助人類消除對AlphaGo的恐懼，那就起到了作用。

作者簡介：筆名陳經，香港科技大學計算機科學碩士，科技與戰略風雲學會會員, 微博@風雲學會陳經，棋力新浪圍棋6D。二十一世紀初開始有獨特原創性的經濟研究，啟發了大批讀者。2003年的《經濟版圖中的發展中國家》預言中國將不斷產業升級，挑戰發達國家。2016年8月出版新書《陳經說：中國的官辦經濟》。

【本文2016年3月13日以《在AlphaGo完勝後繼續分析其演算法巨大優勢與可能的缺陷》為題發表於觀察者網（陳經：在AlphaGo完勝後繼續分析其演算法巨大優勢與可能的缺陷）。】

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