张大妈

算法自我进化:谷歌探索AI自动设计新范式

源自小红薯:七七学姐

01-15 16:33

传统机器学习研究依赖专家手动设计算法,效率有限。谷歌团队提出了一种全新的方法,通过模拟生物进化,让算法自动“发明”和优化自身结构,不仅在经典任务上达到顶尖水平,还发现了人类未曾想到的新机制,为自动化算法设计开辟了新道路。

算法自我进化:谷歌探索AI自动设计新范式智能速览

  • “算法即基因”:将整套RL规则编码为可微分向量进行演化。

  • 双层演化框架:先廉价淘汰再精确评估,兼顾效率与性能。

  • 算法可自主“发明”:重现SAC、DrQ等经典技术,并发现新机制。

  • 计算成本显著降低:总计算量比蛮力搜索低两个数量级。

算法自我进化:谷歌探索AI自动设计新范式精华内容

传统AutoML局限于优化超参数,而谷歌的新方法直接让算法“公式”本身参与进化,开启了自动化设计AI的全新篇章。

算法即基因

这项研究的核心创新在于将整个强化学习算法的更新规则,打包成一个可微分的“伪代码向量”,并将其视为算法的“基因”进行演化。

这个基因包含了超过50个算子,如损失函数、超参数、梯度组合方式、目标网络和正则项等。与传统AutoML仅搜索超参数不同,此方法通过变异、重组与选择,直接在公式层面进行进化,实现了从“调参”到“创生”的跨越。

高效演化策略

为了在庞大的算法空间中高效搜索,研究设计了一个双层演化框架。

第一阶段是“胚胎淘汰”,利用Brax廉价物理引擎,在30万步内快速筛选掉大部分表现不佳的算法,将一万个候选基因缩减至一百个。第二阶段是“成体评估”,将幸存者放到完整的Atari 100k和DMControl基准上,用五千万步进行精确评估,最终选出最优算法。整个过程将计算成本控制在5k TPU-days,比蛮力搜索低了两个数量级。

惊人的创造力

从一个完全随机的初始基因池开始,经过几十代演化,算法不仅能自动拼凑出已知的有效技术,还展现了超越人类专家的创造力。

它重新发现了SAC算法中的温度调节、DrQ算法的数据增强以及DDPG算法的双网络结构。更令人惊讶的是,它还独立“发明”了人类从未提出过的新机制,例如双时间尺度Q-target平滑和熵门控停止梯度,验证了该方法探索未知解决方案的巨大潜力。

这项研究展示了AI在自动化科学发现中的巨大潜力,或许未来,我们能见证算法完全自主地设计出更强大的下一代AI。这为解决复杂问题开辟了哪些新路径?

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