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首屆頂科協(xié)獎解讀|從喬丹獲獎看多學(xué)科交叉融合對機(jī)器學(xué)習(xí)重要性
·邁克爾·喬丹教授是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的先驅(qū),通過在機(jī)器學(xué)習(xí)、概率學(xué)、統(tǒng)計學(xué)以及圖模型這四者間建立聯(lián)系,為機(jī)器學(xué)習(xí)奠定了數(shù)學(xué)與計算基礎(chǔ)。他是真正將機(jī)器學(xué)習(xí)用于特定主題模型,如文本分析、圖像分析的開創(chuàng)者之一。過去十年里,機(jī)器學(xué)習(xí)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用得到爆炸式發(fā)展,如自動駕駛汽車、X光片分析、蛋白質(zhì)折疊預(yù)測等,都離不開基于喬丹研究所塑造的理論框架。
·喬丹說:“我們要學(xué)會跳出學(xué)術(shù)界,始終記得自己不僅僅是數(shù)學(xué)家,也是現(xiàn)實社會中涌現(xiàn)出的現(xiàn)實問題的解決者?!?/u>
9月29日,2022年第一屆世界頂尖科學(xué)家協(xié)會獎(以下簡稱“頂科協(xié)獎”,WLA Prize)在上海揭曉。其中“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”被授予美國計算機(jī)科學(xué)與統(tǒng)計學(xué)家邁克爾·I·喬丹(Michael I. Jordan),以表彰他“對機(jī)器學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用作出了根本性貢獻(xiàn)”。每位獲獎?wù)攉@得獎金1000萬元人民幣。

美國加州大學(xué)伯克利分校電子工程與計算機(jī)科學(xué)系、統(tǒng)計學(xué)系杰出冠名教授邁克爾·I·喬丹。
邁克爾·I·喬丹出生于1956年,是美國國家科學(xué)院院士、美國國家工程院院士和美國藝術(shù)與科學(xué)院院士,現(xiàn)任加州大學(xué)伯克利分校電子工程與計算機(jī)科學(xué)系、統(tǒng)計學(xué)系杰出冠名教授。主要研究方向為人工智能、生物系統(tǒng)與計算生物學(xué)、控制、智能系統(tǒng)和機(jī)器人、信號處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等。
“邁克爾·喬丹教授是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的先驅(qū),通過在機(jī)器學(xué)習(xí)、概率學(xué)、統(tǒng)計學(xué)以及圖模型這四者間建立聯(lián)系,為機(jī)器學(xué)習(xí)奠定了數(shù)學(xué)與計算基礎(chǔ)。這些領(lǐng)域的相互聯(lián)系,不僅有助于促進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究和發(fā)展,同時還提升了相關(guān)領(lǐng)域研究工作的質(zhì)量和數(shù)量?!表斂茀f(xié)獎“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”遴選委員主席、2017年圖靈獎得主約翰·軒尼詩(John Hennessy)教授介紹。
機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的基石,喬丹在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域工作了近30年,是真正將機(jī)器學(xué)習(xí)用于特定主題模型,如文本分析、圖像分析的開創(chuàng)者之一。過去的十年里,機(jī)器學(xué)習(xí)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用得到爆炸式發(fā)展,如自動駕駛汽車、X光片分析、蛋白質(zhì)折疊預(yù)測等,都離不開基于喬丹研究所塑造的理論框架。
“機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)的核心技術(shù)之一,計算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)優(yōu)化等多學(xué)科交叉融合為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了堅實的基礎(chǔ)。邁克爾·歐文·喬丹(Michael Irwin Jordan)指出了機(jī)器學(xué)習(xí)與統(tǒng)計學(xué)的深刻聯(lián)系,并長期致力于推動兩個學(xué)科的深度交叉融合?!鼻迦A大學(xué)長聘副教授龍明盛對澎湃新聞(m.dbgt.com.cn)表示。2014年,龍明盛在清華大學(xué)王建民教授的指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位后,即到加州大學(xué)伯克利分校師從喬丹院士從事博士后研究工作。
IEEE高級會員、河海大學(xué)教授、物聯(lián)網(wǎng)工程研究所所長韓光潔博士對澎湃新聞表示:“邁克爾·I·喬丹教授是人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的開創(chuàng)者與領(lǐng)路人,其在專業(yè)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)不言而喻,更培養(yǎng)出多位領(lǐng)域風(fēng)向標(biāo)級的專家學(xué)者。尤其值得尊敬和贊譽(yù)的是,相較于產(chǎn)業(yè)賦能帶來的資本收益,喬丹教授更為關(guān)注數(shù)據(jù)驅(qū)動方法對民生的改善?!?/p>
從心理學(xué)到統(tǒng)計學(xué)、認(rèn)知科學(xué)
1978年,喬丹完成路易斯安那州立大學(xué)心理學(xué)學(xué)士學(xué)位,決定努力成為一名數(shù)學(xué)心理學(xué)家,并開始在亞利桑那州立大學(xué)攻讀數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)碩士學(xué)位。然而,喬丹很快意識到他不想只是為了分析數(shù)據(jù)而學(xué)習(xí)統(tǒng)計學(xué),還想為了建立新模型并探索統(tǒng)計推斷與人類思維的關(guān)系。
碩士畢業(yè),喬丹與加州大學(xué)圣地亞哥分校的一些教師會面后發(fā)現(xiàn)了認(rèn)知科學(xué)的新興領(lǐng)域,“我有一種啊哈的體驗。在那個時代,這是一個新領(lǐng)域,它實際上是關(guān)于將數(shù)學(xué)和科學(xué)應(yīng)用于人類思考方式的問題,這啟發(fā)了我?!?/p>
此后不久,喬丹師從美國國家科學(xué)院院士、心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)教授大衛(wèi)·魯梅爾哈特(David E.Rumelhart),攻讀認(rèn)知科學(xué)博士學(xué)位。
那時候魯梅爾哈特正專注于兩個話題:一個是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新興領(lǐng)域,并涉及制作類腦計算的數(shù)學(xué)模型,以更好地理解人類的推理、決策、記憶和語言使用。另一個研究領(lǐng)域涉及制作人體運動模型,以更好地了解人類用來移動四肢的潛在神經(jīng)控制系統(tǒng)。
喬丹最初的重點是后一個主題,“我對控制理論很感興趣,因為我試圖了解人類如何做出動作,如果他們做出不正確的動作,他們將如何調(diào)整自己的動作,以及人類如何學(xué)習(xí)移動以操縱世界上的物體?!笨刂评碚摶跇?gòu)建被控制的動態(tài)系統(tǒng)的模型,使用喬丹已經(jīng)熟悉的統(tǒng)計建模思想。然后,他使用優(yōu)化理論從模型中提取實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)所需的適當(dāng)控制信號?!霸谖肄D(zhuǎn)向運動控制以外的其他主題很久之后,這種統(tǒng)計數(shù)據(jù)和優(yōu)化的結(jié)合繼續(xù)成為我工作的特點?!彼f。
在喬丹的博士生涯即將結(jié)束時,他開始覺得有必要回到推理和決策方面更廣泛的問題上,并感覺到他的統(tǒng)計和控制理論觀點需要通過計算機(jī)科學(xué)提供的算法觀點來增強(qiáng)。因此,在1985年完成認(rèn)知科學(xué)博士學(xué)位后,喬丹前往馬薩諸塞大學(xué)擔(dān)任人工智能領(lǐng)域的博士后研究員。
如何看待人工智能的應(yīng)用
“當(dāng)我開始從事人工智能工作時,似乎有很多關(guān)于推理的工作,但沒有太多關(guān)于學(xué)習(xí)的工作?!眴痰せ貞浀?,“我的一個想法是推理和學(xué)習(xí)可以互相幫助,所以你不必學(xué)習(xí)你能推理的東西,學(xué)習(xí)可以避免做復(fù)雜的推理。這是減少不確定性的同一枚硬幣的兩面。因此,隨著時間的推移,我試圖越來越多地關(guān)注學(xué)習(xí)算法,而不僅僅是人類如何學(xué)習(xí),還有機(jī)器如何學(xué)習(xí)?!?/p>
博士后的研究工作結(jié)束后,喬丹在麻省理工學(xué)院工作了十年,從助理教授晉升到麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)知科學(xué)系的終身職位。1998年,他加入加州大學(xué)伯克利分校任教,擔(dān)任電子工程與計算機(jī)系和統(tǒng)計學(xué)系教授、實時智能決策計算平臺實驗室(RISELab)共同主任、統(tǒng)計人工智能實驗室(SAIL)主任、統(tǒng)計系系主任。
喬丹自稱是位統(tǒng)計學(xué)家,對于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究,他曾在一次采訪中表示,“他們認(rèn)為統(tǒng)計學(xué)過時了,無關(guān)緊要。但我投入了數(shù)十年的時間研究缺失變量模型、因果推斷、不確定性量化、高維回歸和稀疏等問題。這些課題后來都流行了起來,由機(jī)器學(xué)習(xí)研究者發(fā)揚(yáng)光大。”
對于人工智能技術(shù)落地應(yīng)用的問題,喬丹曾直言,人工智能技術(shù)并不是放之四海皆準(zhǔn)的,需要針對不同的場景、約束條件、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)類型、目標(biāo)等情況進(jìn)行設(shè)計。我們不能簡單粗暴地應(yīng)用技術(shù),需要更加了解要解決的問題本身,有的放矢。
“我們要學(xué)會跳出學(xué)術(shù)界,始終記得自己不僅僅是數(shù)學(xué)家,也是現(xiàn)實社會中涌現(xiàn)出的現(xiàn)實問題的解決者。我們可能要構(gòu)建預(yù)測、分配、經(jīng)濟(jì)、交通、商業(yè)、法律、娛樂等領(lǐng)域的系統(tǒng),解決其中的優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、計算、平臺等問題?!眴痰ふf。
喬丹認(rèn)為,研究者們需要考慮自己終生追求的事業(yè),但也需要明白:你不可能只做一件事情。“在我的生涯中,至少花費了30%的時間學(xué)習(xí)新事物,它們可能在未來與我有關(guān)。我看過很多視頻,甚至讀過一些有趣的本科生水平的書籍。我并不期望它們能立刻讓我產(chǎn)生研究思路??赡苓^了5年、10年,我才會看到它們與我現(xiàn)在思考問題的聯(lián)系?!?/p>
北大斯坦福校友、現(xiàn)賓夕法尼亞大學(xué)的蘇煒杰教授對喬丹印象最深刻的是他學(xué)習(xí)新領(lǐng)域新思想的巨大熱忱。今年66歲的喬丹,還保持著睡前閱讀其他學(xué)科專著的習(xí)慣,近幾年的重點是經(jīng)濟(jì)學(xué)專著。蘇煒杰對澎湃新聞表示,機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展離不開來自應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科方法和思想的注入。喬丹對這些傳統(tǒng)學(xué)科和新興交叉領(lǐng)域有著多年的思想積累和沉淀,這就不難解釋為什么他能長期引領(lǐng)著機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展。
混合專家模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)
回顧喬丹的職業(yè)生涯,他的突出貢獻(xiàn)在于成功連接了計算機(jī)科學(xué)和統(tǒng)計學(xué)這兩個學(xué)科,包括統(tǒng)計推理和學(xué)習(xí)的變分方法、基于圖模型和貝葉斯非參數(shù)化的推理方法,以及統(tǒng)計風(fēng)險和計算復(fù)雜性之間的權(quán)衡特征。
喬丹也涉獵優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)的交叉領(lǐng)域,因開發(fā)了基于梯度的優(yōu)化和抽樣的連續(xù)時間模型,以及用于優(yōu)化的分布式系統(tǒng)上的工作而聞名。
喬丹還構(gòu)建了機(jī)器學(xué)習(xí)和控制理論間的關(guān)聯(lián)研究,為強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論、基于學(xué)習(xí)的模型預(yù)測控制和人類運動控制的最優(yōu)化原理做出了貢獻(xiàn)。
喬丹還率先將微觀經(jīng)濟(jì)概念與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合,開發(fā)了激勵學(xué)習(xí)者分享數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)方法,并展示了如何將契約理論用于統(tǒng)計推理,為基于學(xué)習(xí)的匹配市場研究做出卓越貢獻(xiàn)。他同時致力于推動機(jī)器學(xué)習(xí)在單分子成像、蛋白質(zhì)建模、基因重組建模和自然語言處理等高影響力領(lǐng)域的應(yīng)用。
“喬丹的研究有一個很大的特點,即具備非常嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。”龍明盛對澎湃新聞(m.dbgt.com.cn)說到。他早期將循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為一個認(rèn)知模型,還提出了混合專家模型,后者迄今已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計。但統(tǒng)計學(xué)風(fēng)格占據(jù)了他后來研究工作的主導(dǎo)。他推動了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、概率圖模型和期望最大化算法在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的流行,形式化了概率近似推理的變分方法并構(gòu)建其理論基礎(chǔ)。
“近年來,他的研究轉(zhuǎn)移到一些公眾知曉度不高,但是卻非常重要的方向,比如數(shù)學(xué)優(yōu)化中的主要理論問題,為當(dāng)前主流優(yōu)化算法奠定了基礎(chǔ)?!饼埫魇⒄f。
同時,喬丹對計算機(jī)科學(xué)的貢獻(xiàn)也體現(xiàn)在教育方面。他指導(dǎo)了80多名博士生和60多名博士后研究人員,這一群體目前活躍在世界領(lǐng)先的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),帶領(lǐng)行業(yè)向前發(fā)展。
對于喬丹的指導(dǎo)風(fēng)格,龍明盛的第一印象就是高屋建瓴?!皢痰嶒炇业难杏憰莿e具一格的,可能聽懂都不容易。他們不會去討論一些現(xiàn)在流行和時髦的東西,而是會去深入探討一些很基本的問題,這些問題的價值可能會在多年后才被證明。比如當(dāng)時我在喬丹實驗室的時候,大家一個學(xué)期學(xué)習(xí)了4本經(jīng)典著作,包括高維統(tǒng)計學(xué)、大規(guī)模因果推斷等,這無疑為實驗室同學(xué)們打下了非常重要的理論基礎(chǔ)。”
第二點是入木三分,對我們討論起來的任何一個問題他都能迅速抓住其關(guān)鍵點,讓人不免好奇他腦袋中的知識海洋的寬度和深度。
第三點是親力親為,在科研的關(guān)鍵環(huán)節(jié)喬丹從不會缺位,比如一個研究工作的概念論證、基本數(shù)學(xué)模型建立等?!拔以诓死l(fā)表的第一篇論文是關(guān)于遷移學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)算法,在實驗室前往圣克魯茲開展Summer Retreat的兩天時間里,喬丹在LaTeX源文上非常細(xì)致地修改,大到基本概念,小到遣詞造句,在Chaminade Resort海邊的上千處改動至今仍讓人記憶猶新。”
獲得頂科協(xié)獎的意義
在獲得頂科協(xié)獎之前,喬丹曾獲IEEE約翰· 馮·諾依曼獎?wù)拢?020)、國際人工智能聯(lián)合會議卓越研究獎(IJCAI)(2016)、魯梅爾哈特(David E.Rumelhart)獎(2015),以及ACM/AAAI艾倫·紐厄爾獎(2009)等。2016年,他被Semantic Scholar評為計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域最具影響力學(xué)者,同年《科學(xué)》的報道稱他是世界上最有影響力的計算機(jī)科學(xué)家之一。
喬丹此次獲頒的頂科協(xié)獎“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”,旨在盡力挖掘那些尚未獲得圖靈獎或阿貝爾獎等最高獎項的候選人。
“與一些歷史悠久的傳統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域相比,計算機(jī)科學(xué)是一個相對新興的領(lǐng)域,還沒有得到國際最高獎項的認(rèn)可,因為這些大獎本身的歷史比計算機(jī)科學(xué)技術(shù)要久遠(yuǎn)得多。”約翰·軒尼詩教授表示,頂科協(xié)獎“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”的設(shè)立旨在宣傳一系列對我們的未來至關(guān)重要但可能還沒有得到大獎?wù)J可的科技領(lǐng)域,以此促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,同時希望更多年輕人了解這個領(lǐng)域有多么廣泛,并且有很多人正在這個領(lǐng)域從事著偉大的工作。
頂科協(xié)獎是由世界頂尖科學(xué)家協(xié)會發(fā)起,世界頂尖科學(xué)家發(fā)展基金會承辦,紅杉中國獨家捐贈的國際性科學(xué)大獎,于2021年11月1日在第四屆世界頂尖科學(xué)家論壇上正式宣布創(chuàng)設(shè)。
頂科協(xié)獎每年頒發(fā)一次,目前設(shè)立了“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”“生命科學(xué)或醫(yī)學(xué)獎”兩個單項獎,單項獎金金額為1000萬元人民幣,躋身全球獎勵金額最高的科學(xué)獎項之列,同個獎項最多可由4名獲獎?wù)吖餐@獎并分享。
首屆頂科協(xié)獎獲得者邁克爾·I·喬丹(Michael I. Jordan)簡介:
教育經(jīng)歷:
1978年 路易斯安那州立大學(xué) 心理學(xué)學(xué)士
1980年 亞利桑那州立大學(xué) 數(shù)學(xué)碩士
1985年 加州大學(xué)圣地亞哥分校 認(rèn)知科學(xué)博士
工作經(jīng)歷:
1986-1988年,馬薩諸塞大學(xué)計算機(jī)和信息科學(xué)系 博士后研究員
1988-1998年,麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)知科學(xué)系 助理教授、副教授、教授
1998年至今,加州大學(xué)伯克利分校電子工程和計算機(jī)科學(xué)系、統(tǒng)計系 教授
2015-2017年,加州大學(xué)伯克利分校統(tǒng)計系 主任
2017年至今,加州大學(xué)工業(yè)工程與運籌學(xué)系 教授
2018年至今,北京大學(xué) 名譽(yù)教授
2019年至今,清華大學(xué) 名譽(yù)教授
主要獎項和榮譽(yù):
2004年,國際數(shù)理統(tǒng)計學(xué)會勛章講座講師
2009年,ACM/AAAI艾倫·紐厄爾獎(美國計算機(jī)協(xié)會ACM、美國人工智能促進(jìn)會AAAI )
2010年,美國國家科學(xué)院院士
2010年,美國國家工程院院士
2011年,美國藝術(shù)與科學(xué)院院士
2011年,國際數(shù)理統(tǒng)計學(xué)會奈曼講座
2015年,魯梅爾哈特獎(國際認(rèn)知科學(xué)學(xué)會CSS)
2016年,國際人工智能聯(lián)合會議卓越研究獎(IJCAI)
2020年,約翰·馮·諾依曼獎(電氣與電子工程師協(xié)會IEEE)
2021年,米切爾獎(國際貝葉斯分析學(xué)會,ISBA)
2021年,烏爾夫·格林納德隨機(jī)理論與建模獎(美國數(shù)學(xué)會, AMS)
2022年,國際數(shù)理統(tǒng)計學(xué)會首屆格雷絲·沃赫拜講座講師





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