南非威特沃特斯兰德大学的新研究,对理解人类语言发展以及大规模人工智能语言模型的行为,意义重大。
文化是关键,理解“迭代学习”也同样重要,该理论认为,语言(无论人类还是计算机)会随着世代更迭而演变,变得越来越结构化。
“我们打造了一个类似儿童大脑的计算机大脑,并将其与儿童大脑中的行为进行对比。然后,我们给它输入了与人类语言特性相似的数据,观察计算机大脑的每一代(版本)是如何学习的。”
“事实证明,计算机大脑发现数据中的结构,和儿童在学习中偏好某些语言特性的方式是一样的。这也表明,数据集(语言)在世代更迭中变得更结构化,因为这样学起来更容易,”主要作者德文·贾维斯博士说,他是计算机科学与应用数学学院(CSAM)的讲师,也是威特沃特斯兰德机器智能与神经发现(MIND)研究所的研究员。
他们的研究成果发表在《深度线性网络中迭代学习涌现的组合性与系统性》这篇论文里,论文登在《美国国家科学院院刊》上。
一切始于童年
贾维斯解释说,小孩在小时候学语言特别快,能力超强。他们是一层一层认识世界的:从基本概念开始,慢慢搞懂更复杂的东西。
“一开始,他们知道植物和动物不一样。接着,他们发现动物还分好多种。但有时候,他们对世界的理解还没到那个深度,”贾维斯说。
以企鹅为例。小孩知道鸟有翅膀,所以会飞。啊哈!但他们就纳闷了,企鹅怎么不会飞。这时候,他们想过头了,搞错了,但这反而帮他们学到新东西:企鹅不会飞,但它们会游泳,啊哈!慢慢地,他们对世界的理解就越来越清楚,越来越有条理。
“虽然这种知识的逐步积累有其益处,但这项研究关注的是对几代学习者的影响。孩子从父母那里学到一些语言,最终又会将其传给自己的孩子。由于语言的复杂性,这种传递过程难免会出现错误。”
“就像企鹅的例子一样,这些错误并非随意产生,而是知识过度归纳的结果。最终的结果是,语言中容易学习的部分被记住并重复使用,而结构较为松散的部分则被遗忘。本质上,个体擅长学习,但只有在交流的压力下,我们才能真正看到他们智慧的深度,”贾维斯解释道。
并非所有神经网络都一样
研究人员使用深度线性神经网络(模仿大脑处理信息的数学模型)来研究这一过程的神经基础。
他们发现,迭代学习只有在网络具有足够的深度、多层处理能力以及足够复杂的语言时才能有效运作。层数较少的浅层网络则无法捕捉到使语言易于学习的结构规律。
这表明,学习系统的架构——无论是生物的还是人工的——以及其环境的丰富性,对语言结构能否被有效吸收和传承,起着决定性作用。这一点在生成式AI模型的最新进展中也得到了印证,这些模型主要靠庞大的规模才展现出这些新能力。
贾维斯继续说道:“这项研究的各个部分,其实在各类文献里已经存在好一阵子了。深层线性网络早已是研究儿童发展的成熟模型,而迭代学习对语言学家来说也已众所周知多年。”
“但把这两种视角结合起来,似乎才真正点出了关键:语言之所以能变得容易学习,是因为儿童学习时有个很特别的特点:他们分阶段学,而且更喜欢重复用已知信息,而不是去学新东西。”
“而且,这个发现是在一个非常简单的技术版本上验证出来的,而这个技术正是现代AI工具火爆的基础,这本身就挺让人振奋的。也说明,多个领域交叉的地方,往往藏着认知科学的基本原理。”
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