深度學(xué)習(xí)只是機(jī)器學(xué)習(xí)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范式，更精確地說，是其中一個(gè)算法。深度學(xué)習(xí)在最大限度上依靠于人腦的概念以及神經(jīng)之間的相互溝通。在谷歌上搜索“什么是深度學(xué)習(xí)”，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的相關(guān)熱詞已經(jīng)與現(xiàn)在有很大不同。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么呢？實(shí)際上，“深度學(xué)習(xí)”這一術(shù)語最早出現(xiàn)在19世紀(jì)80年代，但直到2012年，人們才具備足夠的能力去運(yùn)用這項(xiàng)科技，并逐漸開始注意到它。

知名科學(xué)家們在科學(xué)期刊上發(fā)表一系列文章后，這項(xiàng)技術(shù)開始風(fēng)靡。如今，它有著各種各樣的應(yīng)用，其中人臉識別占據(jù)了重要的位置。首先，深度學(xué)習(xí)助力構(gòu)建識別生物特征軟件，該軟件能夠獨(dú)立識別或驗(yàn)證個(gè)體。所有這些都是因?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)方法能夠利用非常龐大的人臉數(shù)據(jù)集，認(rèn)識多種多樣的袖珍圖片，使現(xiàn)代模型能夠先運(yùn)行，隨后甚至超越人類的人臉識別能力。

深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)根據(jù)人腦新皮質(zhì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，在那里出現(xiàn)了更高層次的認(rèn)知。在大腦中，神經(jīng)元是一個(gè)傳遞電子或化學(xué)信息的細(xì)胞。神經(jīng)元與其他神經(jīng)元連接時(shí)會(huì)形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在機(jī)器中，神經(jīng)元是虛擬的——基本上是運(yùn)行統(tǒng)計(jì)回歸的代碼位。把足夠多的虛擬神經(jīng)元串在一起就得到了一個(gè)虛擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

雖然計(jì)算機(jī)有不同型號，但是它們經(jīng)歷的過程是一樣的。層次結(jié)構(gòu)中的每個(gè)算法對其輸入應(yīng)用非線性轉(zhuǎn)換，并使用所學(xué)內(nèi)容創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型作為輸出。迭代直至輸出達(dá)到可接受的精度水平才停止。數(shù)據(jù)必須通過的處理層的數(shù)量激發(fā)了標(biāo)簽的深度。

讓我們首先關(guān)注人類是如何識別人臉的。由于面部表情的識別需要人腦廣泛而多樣部位的參與，面部感知十分復(fù)雜。腦成像研究通常顯示顳葉的梭形回區(qū)域有大量的活動(dòng)，梭形回區(qū)域在受損時(shí)（尤其是兩側(cè)受損時(shí)）也會(huì)引起面容失認(rèn)癥。人們從出生起就學(xué)會(huì)辨認(rèn)面孔，四個(gè)月大的時(shí)候就能清楚地分辨出一個(gè)人和另一個(gè)人。

人們最關(guān)注的是眼睛、顴骨、鼻子、嘴、眉毛，以及皮膚的質(zhì)地和顏色。同時(shí)，我們的大腦將面部作為一個(gè)整體來處理，甚至可以通過半張臉來識別一個(gè)人。大腦將所得圖像與內(nèi)部平均模式進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)特征差異。

首先，人臉識別系統(tǒng)需要在圖像中找到人臉并突出顯示該區(qū)域。為此，軟件可以使用多種算法：例如，確定比例和膚色的相似性，選擇圖像中的輪廓及其與人臉輪廓的比較，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇對稱性。最有效的方法是可以實(shí)時(shí)使用Viola-Jones方法。有了此方法，即使人臉旋轉(zhuǎn)30度，系統(tǒng)也能識別臉孔。

該方法基于Haar符號。Haar符號是一組形狀各異的黑白矩形遮罩。遮罩疊加在圖像的不同部分，算法將遮罩的黑白部分下面的圖像的所有像素的亮度相加，然后計(jì)算這些值之間的差異。接下來，系統(tǒng)將結(jié)果與累積的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并在確定圖像中的人臉后，繼續(xù)跟蹤它以選擇最佳角度和圖像質(zhì)量。因此需使用運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測算法或相關(guān)算法。

系統(tǒng)在選擇了最成功的圖片后，繼續(xù)進(jìn)行人臉識別，并與現(xiàn)有的基礎(chǔ)進(jìn)行比較。它的工作原理與畫家畫肖像的原理相同，都是在人臉上找到構(gòu)成個(gè)人特征的參考點(diǎn)。通常，程序分配大約100個(gè)這樣的點(diǎn)。

面部識別程序最重要的測量是眼間距、鼻孔的寬度、鼻子的長度、顴骨的高度和形狀、下巴的寬度、前額的高度和其他參數(shù)。然后，程序?qū)@得的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的可用數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果參數(shù)一致，就可以識別與該人臉相一致的人了。人腦能即刻自動(dòng)完成這些步驟。事實(shí)上，人能很好識別人臉并從日常事物中區(qū)分人臉。至少目前看來，計(jì)算機(jī)不能進(jìn)行如此高程度的泛化，所以只能教授它們每一步該做的事情。

因此有必要構(gòu)建一個(gè)管道，在此能分別在人臉識別過程的每個(gè)步驟找到解決方案，并將當(dāng)前步驟的結(jié)果傳輸?shù)较乱粋€(gè)步驟。也就是說，需要將多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法組合到一條鏈中。事實(shí)上，對人類而言顯而易見的特征，如眼睛顏色，對計(jì)算機(jī)分析圖像中的單個(gè)像素沒有意義。研究人員發(fā)現(xiàn)，最合適的方法是使計(jì)算機(jī)能夠確定需要收集的特征。與此相反，深度學(xué)習(xí)可以更好更快地識別。

而最近，這個(gè)可能性出現(xiàn)了，或者說是被發(fā)現(xiàn)了。最開始每個(gè)人都不相信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)可以接近人類水平。但在2014年，一切都發(fā)生了變化?？茖W(xué)家們決定利用目前最好的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)——AlexNet、以及Matthew D.Zeiler和Rob Fergus開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)?？茖W(xué)家們將它們與猴子大腦不同區(qū)域的反應(yīng)進(jìn)行了比較。猴子大腦經(jīng)過訓(xùn)練可以識別對象。并且選取的物品都來自動(dòng)物世界，這樣猴子就不會(huì)混淆。

顯然我們不可能從猴子身上獲得反應(yīng)，因此我們植入了電極，并直接測量每個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正常情況下，腦細(xì)胞的反應(yīng)和當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的模型Matthew Zeiler網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)一致。但是，隨著展示物體的速度加快，圖像中的噪聲和物體數(shù)量增加，人類和靈長類動(dòng)物大腦的識別率和質(zhì)量顯著下降。而在這種情況下，即使最簡單的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也能更好地識別物體。也就是說，官方的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比人類大腦工作得更好。