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人工智能與設(shè)計（2）：面向用戶的人工智能系統(tǒng)底層設(shè)計

薛志榮

2017-11-11

5 評論 12285 瀏覽 55 收藏

24 分鐘

上一篇文章《人工智能與設(shè)計（1）：人工智能的發(fā)展和定義》介紹了人工智能的歷史和基礎(chǔ)，身為設(shè)計師最關(guān)心的是人工智能如何落地以及如何與用戶打交道。由于網(wǎng)上相關(guān)資料較少，我嘗試帶著探索的心態(tài)去挖掘兩者的聯(lián)系。人工智能能怎么服務(wù)人類，關(guān)鍵還是要看它的底層設(shè)計和能力。所以在思考過程中，我首先考慮到了人工智能的底層問題-人工智能如何收集用戶數(shù)據(jù)？用戶數(shù)據(jù)如何才是完整的？以下內(nèi)容是對這兩個問題的分析與理解。

“去中心化”的互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)的前身叫做阿帕網(wǎng)，屬于美國國防部60年代部署的一個中央控制型網(wǎng)絡(luò)。阿帕網(wǎng)有一個明顯的弱點：如果中央控制系統(tǒng)受到攻擊，整個阿帕網(wǎng)就會癱瘓。為了解決這個問題，美國的Paul Baran開發(fā)了一套新型通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特色是：如果部分系統(tǒng)被摧毀，整個通信系統(tǒng)仍能夠保持運行。它的工作原理是這樣的：中央控制系統(tǒng)不再簡單地把數(shù)據(jù)直接傳送到目的地，而是在網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點之間傳送；如果其中某個節(jié)點損壞，則別的節(jié)點能夠馬上代替進來。阿帕網(wǎng)的相關(guān)實踐和研究，催生出現(xiàn)代意義上的互聯(lián)網(wǎng)。

互聯(lián)網(wǎng)的起源就是為了去中心化，可以使信息更安全、更高效地傳播?？上г诘谝淮位ヂ?lián)網(wǎng)泡沫之后，人們開始意識到在互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)造價值的捷徑是搭建中心化服務(wù)，收集信息并將之貨幣化?；ヂ?lián)網(wǎng)上逐漸出現(xiàn)了不同領(lǐng)域的巨頭，它們以中心化的形式影響著億萬用戶，例如社交網(wǎng)絡(luò)Facebook，搜索引擎Google等等。用戶使用他們的產(chǎn)品進行社交或者搜索，而作為服務(wù)提供商的巨頭們通過掌握和分析用戶數(shù)據(jù)進而優(yōu)化自己的產(chǎn)品并獲得利益。為了給用戶提供更好的服務(wù)，存儲和分析用戶數(shù)據(jù)本來無可厚非，但這也引起了一部分對自己的隱私安全敏感的用戶的不滿。但更重要的一點是，如果某個巨頭突然垮了停止了相關(guān)服務(wù)，會給人類的生活帶來極大的困擾。

貌似互聯(lián)網(wǎng)又回到了60年代。很多老一輩互聯(lián)網(wǎng)參與者重新開始討論去中心化的互聯(lián)網(wǎng)，他們認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)去中心化的核心概念是：服務(wù)的運行不再盲目依賴于單一的壟斷企業(yè)，而是將服務(wù)運營的責(zé)任分散承擔(dān)。

Tim Berners-Lee（萬維網(wǎng)的發(fā)明者）提出了自己的見解：“將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成去中心化的，每個人都可以參與進來，擁有自己的域名和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，只是目前還沒有實現(xiàn)。目前的個人數(shù)據(jù)被壟斷了。我們的想法是恢復(fù)去中心化網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)意”。

我們再看看去中心化網(wǎng)絡(luò)的三個核心優(yōu)勢：隱私性、數(shù)據(jù)可遷移性和安全性。

隱私性：去中心化對數(shù)據(jù)隱私性要求很高。數(shù)據(jù)分布在網(wǎng)絡(luò)中，端到端加密技術(shù)可以保證授權(quán)用戶的讀寫權(quán)限。數(shù)據(jù)獲取權(quán)限用算法控制，而中心化網(wǎng)絡(luò)則一般由網(wǎng)絡(luò)所有者控制，包括消費者描述和廣告定位。
數(shù)據(jù)可遷移性：在去中心化環(huán)境下，用戶擁有個人數(shù)據(jù)，可以選擇共享對象。而且不受服務(wù)供應(yīng)商的限制（如果還存在服務(wù)供應(yīng)商的概念）。這點很重要。如果你想換車，為什么不可以遷移自己的個人駕駛記錄呢？聊天平臺記錄和醫(yī)療記錄同此理。
安全性：最后我們的世界面臨著越來越大的安全威脅。在中心化環(huán)境下，越孤立的優(yōu)良環(huán)境越是吸引破壞者。去中心化環(huán)境的本質(zhì)決定了其安全性，可以抵御黑客攻擊、滲透、信息盜竊、系統(tǒng)奔潰等漏洞，因為從一開始它的設(shè)計就保證了公眾的監(jiān)督。

近幾年很火的HBO《硅谷》以“互聯(lián)網(wǎng)去中心化”這個理念開始了最新一季。怪人風(fēng)投家 Russ Hanneman 詢問陷入困境的 Pied Piper 創(chuàng)始人 Richard Hendricks，如果給予他無限的時間和資源，他想要構(gòu)建什么？ Hendricks 回答“一個全新的互聯(lián)網(wǎng)”，他隨后解釋說，現(xiàn)在每臺手機的運算能力都比人類登月時的手機要強大得多，如果你能用所有的幾十億臺手機構(gòu)建一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，使用壓縮算法將一切變得更小更高效，更方便的轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，那么我們將能構(gòu)建一個完全去中心化的互聯(lián)網(wǎng)，沒有防火墻，沒有過路費，沒有政府監(jiān)管，沒有監(jiān)視，信息將會完全的自由。

詳細(xì)可以看以下視頻：

在后面劇情中，Pied Piper在Hooli大會上將Dan Melcher的幾千TB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到25萬手機上。雖然期間發(fā)生了一系列問題，但最后Dan Melcher的數(shù)據(jù)“神奇”地備份到3萬臺智能冰箱的巨型網(wǎng)絡(luò)上。

互聯(lián)網(wǎng)檔案館的創(chuàng)始人Brewster Kahle曾表示，互聯(lián)網(wǎng)去中心化在實際中很難被執(zhí)行，仍有很漫長的路要走。雖然《硅谷》只是一部電視劇，里面有部分技術(shù)純屬虛構(gòu)，但是它也側(cè)面證實了一個事實，每一臺手機的運算能力和性能除了打打電話，聊聊天，玩玩游戲外，還能做到很多事情，例如成為新一代微型服務(wù)器和計算中心。

最合適的私人服務(wù)器

手機成為新一代微型服務(wù)器，這也符合Tim Berners-Lee“每個人都擁有自己的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器”的觀點。目前手機的性能和容量已經(jīng)可以媲美一臺臺式計算機，更重要的是，為了減少對CPU的壓力，手機擁有不同的協(xié)處理器。各協(xié)處理器各司其職，專門為手機提供不同的特色功能，例如iPhone從5s開始集成了運動協(xié)處理器，它能低功耗監(jiān)測并記錄用戶的運動數(shù)據(jù)；MotoX搭載的協(xié)處理器可以識別你的語音/處理運動信息，從而在未喚醒狀態(tài)下使用Google now功能。

手機上各種傳感器可以從不同維度監(jiān)測用戶數(shù)據(jù)，如果手機成為下一代微型服務(wù)器，那么它需要承擔(dān)著存儲用戶數(shù)據(jù)的責(zé)任。同時人工智能助手需要每個用戶海量的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)才能更好地理解用戶并實時提供幫助，成為“千人千面”的個人助理，所以手機存儲和分析用戶數(shù)據(jù)是人工智能助手的基礎(chǔ)。

分析用戶的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)需要大量的計算，為了降低對CPU和電池的壓力，手機需要一塊低功耗專門分析用戶數(shù)據(jù)的協(xié)處理器。它能夠低功耗地進行深度學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等機器學(xué)習(xí)方法，對用戶的海量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行分析、建模和處理。

家庭也需要一個更大容量的服務(wù)器來減少手機容量的壓力，例如24小時長期工作的冰箱、路由器或者智能音箱是一個很好地承載數(shù)據(jù)的容器。用戶手機可以定期將時間較長遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)備份到家里服務(wù)器，這樣的方式有以下好處：

降低了手機里用戶數(shù)據(jù)的使用空間
家庭服務(wù)器可以24小時穩(wěn)定工作，可以承擔(dān)更多更復(fù)雜的計算，并將結(jié)果反饋給移動端
用戶手機等設(shè)備更換時，可以無縫使用現(xiàn)有功能

Google在2015年已經(jīng)開始使用自家研發(fā)的TPU，它在深度學(xué)習(xí)的運算速度上比當(dāng)前的CPU和GPU快15~30倍，性能功耗比高出約30~80倍。當(dāng)手機、智能音箱等設(shè)備擁有與TPU類似的協(xié)處理器時，個人人工智能助理會到達(dá)新的頂峰。在17年9月份，華為發(fā)布了全球第一款A(yù)I移動芯片麒麟970，其AI性能密度大幅優(yōu)于CPU和GPU。在處理同樣的AI應(yīng)用任務(wù)時，相較于四個Cortex-A73核心，麒麟970的新異構(gòu)計算架構(gòu)擁有大約50倍能效和25倍性能優(yōu)勢，這意味未來在手機上處理AI任務(wù)不再是難事。更厲害的是，iPhone X的A11仿生芯片擁有神經(jīng)引擎，每秒運算次數(shù)最高可達(dá) 6000 億次。它是專為機器學(xué)習(xí)而開發(fā)的硬件，它不僅能執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的高速運算，而且具有杰出的能效。

數(shù)據(jù)的進一步利用

人工智能的發(fā)展依賴于大數(shù)據(jù)、高性能的運算能力和實現(xiàn)框架，數(shù)據(jù)是人工智能的基礎(chǔ)。在過去30年里，人類數(shù)據(jù)經(jīng)歷了兩個階段，孤島階段和集體階段。

孤島階段

在沒有互聯(lián)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)前期，人類使用計算機基本處于單機狀態(tài)，數(shù)據(jù)也只能存儲在計算機本地。由于計算機性能較差，產(chǎn)品較為簡單以及技術(shù)的不成熟，人類在計算機上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)價值不大。

集體階段

在互聯(lián)網(wǎng)中后期和移動互聯(lián)網(wǎng)時代，計算機行業(yè)開始往互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展并衍生出更多領(lǐng)域，例如網(wǎng)上社交、搜索等等，視頻音樂等娛樂行業(yè)也開始互聯(lián)網(wǎng)化；到了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，巨頭們結(jié)合傳統(tǒng)行業(yè)產(chǎn)生出更多的玩法。人類每天的活動逐漸創(chuàng)造出龐大的數(shù)據(jù)。

由于數(shù)據(jù)的龐大以及技術(shù)有限，個人沒有能力對自己的數(shù)據(jù)進行存儲和分析，個人數(shù)據(jù)對個人來講仍然價值不大，但對于巨頭來說就不一樣了。巨頭們有的是資金和技術(shù)，即使個人數(shù)據(jù)擁有太多特征，但放在一起成為群體數(shù)據(jù)時，巨頭們可以通過數(shù)據(jù)清洗，建模等方法分析出相關(guān)群體的普遍特征，得出相關(guān)的用戶畫像，更了解自己的用戶是誰，從而設(shè)計出更有針對性的功能和服務(wù)，探索出新的用戶需求和衍生出新的產(chǎn)品。

隨著近幾年技術(shù)的成熟，巨頭們可以做到一些相對簡單的個人推薦。如亞馬遜，它可以根據(jù)你的購買記錄推薦相關(guān)商品給你，其背后的原理是通過分析大量的用戶購買數(shù)據(jù)后得到的商品推薦。

由于服務(wù)器的普遍昂貴以及普通用戶缺乏對數(shù)據(jù)處理的能力，而巨頭們有能力使用戶數(shù)據(jù)發(fā)揮更大價值，所以用戶數(shù)據(jù)一直“默許”被Google、Facebook、蘋果、騰訊、阿里、百度等巨頭收集著，這是可以理解的。每個用戶一天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)涵括了社交、健康、購物、地理信息等等，但是巨頭們的壟斷和相互競爭，導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)被各巨頭分割和收集使用，再加上巨頭們寧愿生產(chǎn)更多的產(chǎn)品進行競爭也不愿意使用戶數(shù)據(jù)互通，導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)發(fā)揮不出更大的價值。這也是人工智能發(fā)展道路上的一道很現(xiàn)實赤裸裸的門檻。

互通階段

若要使人工智能得到更快發(fā)展，需要分析和了解更多完整數(shù)據(jù)；加上互聯(lián)網(wǎng)去中心化的理念，應(yīng)用廠商把數(shù)據(jù)“還給”用戶將會是下一個趨勢。把數(shù)據(jù)“還給”用戶的意思不是指應(yīng)用廠商不應(yīng)該擁有該數(shù)據(jù)，而是指將數(shù)據(jù)共享出去，從而獲得更多有用的數(shù)據(jù)。

為了人工智能的發(fā)展讓各個應(yīng)用廠商之間共享數(shù)據(jù)是不符合競爭和現(xiàn)實的，但用戶有權(quán)把自己的數(shù)據(jù)給“拿”回來，因為這些本來就是用戶自己的。這時候用戶需要一個數(shù)據(jù)倉庫，它能存儲和整理不同應(yīng)用廠商的數(shù)據(jù)，而人工智能可以利用數(shù)據(jù)進行自我優(yōu)化和分析出該名用戶的特征。

例如我們手機里的淘寶和京東，用戶使用它們時的動機和場景不一樣，所以它們所得的用戶畫像僅是該名用戶的一部分，不能完全代表該名用戶。如果淘寶和京東將各自的數(shù)據(jù)保存到個人數(shù)據(jù)倉庫，人工智能將數(shù)據(jù)整理完后為淘寶和京東輸出已授權(quán)的完整用戶畫像，那么淘寶和京東可以為該名用戶提供更多的個性化服務(wù)，創(chuàng)造更多收益。這就是應(yīng)用廠商為人工智能提供數(shù)據(jù)，人工智能反哺各應(yīng)用廠商。

下一代人工智能助理

為了更了解你，人工智能需要了解更多數(shù)據(jù)。在日常生活中，一名用戶的主要信息歸納為：身份信息、健康數(shù)據(jù)、興趣愛好、工作信息、財產(chǎn)數(shù)據(jù)、信用度、消費信息、社交圈子、活動范圍9個大類。

身份信息：名字、性別、年齡、家鄉(xiāng)、身份證（身份證包含前4項）、賬號、現(xiàn)居住地址和家庭信息
健康數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)身體情況、醫(yī)療記錄和運動數(shù)據(jù)
興趣愛好：飲食、娛樂、運動等方面
工作信息：公司、職位、薪酬和同事通訊錄
財產(chǎn)數(shù)據(jù)：薪酬、存款、股票、汽車、不動產(chǎn)和貴重物品
信用度：由信用機構(gòu)提供的征信記錄
消費信息：消費記錄（含商品類型、購買時間、購買價格和收貨地址）、消費水平和瀏覽記錄
社交圈子：通訊錄（含好友、同事、同學(xué)和親戚）和社交動態(tài)（含線下和線上）
活動范圍：出行記錄、主要活動范圍和旅游

以上方面都有相關(guān)產(chǎn)品提供服務(wù)和數(shù)據(jù)記錄，例如社交應(yīng)用微信和陌陌、購物應(yīng)用京東和淘寶、運動健康Keep等等。如果各方面數(shù)據(jù)打通并提供給人工智能，人工智能擁有用戶更多的數(shù)據(jù)和特征，更多應(yīng)用和智能硬件可以通過連接人工智能了解用戶信息，從而進行自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化?？傮w來說，人工智能能代表你，它也是最懂你的個人助理。

人工智能數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計

2015年堪稱智能家居元年，但最后大眾還是被忽悠了。通俗理解的話，智能家居的重點是智能，而人工智能沒有發(fā)展起來，智能家居如何智能？

現(xiàn)在大部分智能電器就像一個孤島，只能通過手機里的不同APP操控，相互之間沒有任何聯(lián)動，根本體現(xiàn)不出智能家居的概念，直至小米打破了現(xiàn)有狀況。

小米通過MIUI、路由器和小米生態(tài)鏈布局智能家居生態(tài)，前期通過路由器掌控聯(lián)網(wǎng)大權(quán)，小米電視占據(jù)家庭娛樂中心、Wifi插座使基礎(chǔ)家電智能化、各種傳感器使建筑智能化；中期通過與科技企業(yè)如美的的合作，以及小米生態(tài)鏈的各種產(chǎn)品如掃地機器人、空氣凈化器、電飯煲等，由小米控制的智能家居不斷滲透到用戶家里；近期推出299元的小米AI音箱使小米智能家居達(dá)到一個新的高潮，控制智能家居變得更為簡單，用戶可以通過AI音箱對各產(chǎn)品下達(dá)指令和操控。至今為止，在國內(nèi)智能家居布局最出色的是小米。

目前小米的智能家居布局仍處于初期階段，只是把不同電器互聯(lián)化并連接一個終端。家居的智能不只是簡簡單單地通過命令操作就行，更多在于智能家居之間的聯(lián)動以及更懂主人，這靠的是對用戶數(shù)據(jù)的積累、理解和分享；但也帶來隱私問題，用戶會擔(dān)心更多產(chǎn)品和人工智能接觸到更多數(shù)據(jù)時，自己的生活被24小時監(jiān)控著。人工智能將會是科學(xué)與倫理博弈中最激烈的一環(huán)，所以如何實現(xiàn)底層的數(shù)據(jù)倉庫是關(guān)鍵。

未來的人工智能和數(shù)據(jù)倉庫應(yīng)該是一個平臺，就像現(xiàn)在的操作系統(tǒng)Windows，iOS和Android，但數(shù)據(jù)倉庫不應(yīng)該被巨頭們和政府掌控，因為它比現(xiàn)在的操作系統(tǒng)存儲更多用戶的隱私數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)倉庫需要定制更多的隱私規(guī)則防止用戶數(shù)據(jù)泄露，以及定制開放協(xié)議實現(xiàn)多元創(chuàng)新，避免被巨頭壟斷。

該倉庫具有以下特性和功能：

數(shù)據(jù)倉庫擁有該名用戶的完整特征和數(shù)據(jù)，它可以代表該用戶。
數(shù)據(jù)倉庫最少包含身份信息、健康數(shù)據(jù)、興趣愛好、工作信息、財產(chǎn)數(shù)據(jù)、信用度、消費信息、社交圈子、活動范圍9個模塊。每個模塊相互獨立，不耦合。
數(shù)據(jù)倉庫包括用戶特征、產(chǎn)品私有數(shù)據(jù)和共享數(shù)據(jù)。用戶特征只有輸出行為；私有數(shù)據(jù)只有輸入行為；共享數(shù)據(jù)具有輸入和輸出行為。
模塊間可以交換數(shù)據(jù)，模塊具有規(guī)定的輸入和輸出接口格式。
每個模塊內(nèi)的機器學(xué)習(xí)算法可自行升級或替換成其他廠商提供的算法。
每個模塊具有封閉性，算法不能向外發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。
每個模塊擁有必選和非必須的固定數(shù)據(jù)字段。
產(chǎn)品可以向不同模塊輸入私有和共享數(shù)據(jù)。
產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)必須符合該模塊的必選數(shù)據(jù)字段，可以額外提供非必選數(shù)據(jù)字段。
由模塊內(nèi)部的算法對該模塊的共享、私有數(shù)據(jù)進行標(biāo)注和建模，產(chǎn)出相關(guān)用戶特征。
算法可以申請授權(quán)獲取其他模塊共享數(shù)據(jù)和用戶特征。
在授權(quán)范圍內(nèi)，產(chǎn)品可以獲取相關(guān)模塊的用戶特征和共享數(shù)據(jù)部分，無法訪問私有數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)倉庫定期將數(shù)據(jù)加密備份至個人服務(wù)器。
數(shù)據(jù)倉庫定期清理過期數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)倉庫容量不足時自動提醒用戶備份數(shù)據(jù)并清理空間。
數(shù)據(jù)倉庫自動加密用戶數(shù)據(jù)，防止泄露。

不同廠商的數(shù)據(jù)倉庫產(chǎn)品應(yīng)該遵循以下協(xié)議：

不同數(shù)據(jù)倉庫相同模塊的必選數(shù)據(jù)字段需要一致。
數(shù)據(jù)倉庫內(nèi)部算法和數(shù)據(jù)倉應(yīng)相互獨立。
數(shù)據(jù)倉庫可以沿用以往數(shù)據(jù)和用戶特征。
數(shù)據(jù)倉庫之間傳輸數(shù)據(jù)需要加密。
不允許設(shè)置后門。

數(shù)據(jù)倉庫制定協(xié)議的好處：

企業(yè)可以根據(jù)規(guī)范制定數(shù)據(jù)倉庫，降低被巨頭控制的風(fēng)險。
數(shù)據(jù)倉庫內(nèi)不同模塊的機器學(xué)習(xí)算法可以由不同企業(yè)制定和替換。
有利于進行不同企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫之間的數(shù)據(jù)遷移和升級。
該用戶名下的數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)同步時是加密的，降低隱私的曝光和風(fēng)險。

人工智能需要考慮運算性能、電量、發(fā)熱量、數(shù)據(jù)采集和人機交互等問題。在移動端，手機依然是人工智能助理的最好載體，可穿戴式設(shè)備更多成為輔助；在家或辦公室里，最好的人工智能助手載體應(yīng)該一分為二，一是可與用戶對話交互的電器，例如現(xiàn)在流行的智能音箱，還有具有大屏展示的電視，甚至是24小時供電的路由器；另外一個是具有天生優(yōu)勢的冰箱：它也是24小時供電，它的自動降溫能力能更好地解決復(fù)雜運算時所產(chǎn)生的熱量問題，它的龐大體積可以容納更多存儲數(shù)據(jù)的硬盤和計算機部件。

可推測，冰箱將成為個人人工智能的運算中心，就像一臺服務(wù)器；手機和智能音箱等將成為與用戶打交道的人工智能助理。當(dāng)運算中心處理完數(shù)據(jù)后，將結(jié)果同步至相關(guān)人工智能助理，數(shù)據(jù)倉庫將成為連接它們的橋梁。只有完善底層的數(shù)據(jù)共享，人工智能才能發(fā)揮出最大價值。