引发围棋革命的AlphaGo
本文来源：知乎 作者：不会功夫的潘达
在2017年10月19日DeepMind发布了其最新成果AlphaGo zero， 该算法不再需要学习人类棋手的下法，而直接采用自对弈进行训练。AlphaGo zero在训练效率与最终表现上相比之前都有了非常大的进步……
我读着新论文，对比前一个版本的论文（即AlphaGo Fan版本）。直观感受如下：
旧版AlphaGo：
AlphaGo Zero： 如果我对围棋一无所知，读初代AlphaGo的论文，可能会有以下疑问： 策略网络和价值网络，结构和功能很接近啊，为什么不合并成一个呢？
为什么要用专家的棋谱作为初始训练样本？从一张白纸开始训练岂不是更具有普遍性？
快速走子是什么鬼？只用价值网络评估不是更有效率吗？
为什么要输入围棋知识？AlphaGo的强化学习过程难道学不到这些知识吗？
旧版的AlphaGo，虽然神功小成，但斧凿痕迹显著。好似一只机器人女友，虽有绝色容颜，却长着机械手、声音冷如谷歌娘（误）。理想的围棋人工智能，应该是简洁、优雅、浑然天成，就像死宅们的老婆新垣结衣一样（大雾）。
而新版的AlphaGo，真的造出了栩栩如生的Gakki（误）。
具体地说，AlphaGo Zero相比于初代AlphaGo，有以下几点改进：
1、将策略网络和价值网络合并，组成一个可以同时输出策略p和价值v的新网络。
1.1、简化了新网络的结构。新策略·价值网络的输入特征平面由48个减少到了17个。其中，涉及围棋知识的输入特征（气（liberty）、征子（ladder））被删去。
2、新策略·价值网络只需通过强化学习来训练，无需监督学习。即无需输入人类高手棋谱作为初始训练样本，只需用随机落子作为初始训练样本。
3、优化了蒙特卡洛搜索树，主要是省去了快速走子（rollout policy），节约大量实战计算成本。
3.1、 快速走子策略也需要输入大量人类已知的围棋知识，比如如何点死大眼（Nakade， 如点死直三、丁四、刀把五等棋型的唯一招法）。省去快速走子，也就省去了输入这些知识的麻烦。
4、改卷积网络为残差网络，提高训练效率。
留下的，是一个从零开始训练的神经网络，以及用简单到不能再简单的MCTS算法行棋的AlphaGo Zero。
知易行难。这些改进貌似不难想到，是因为AlphaGo Zero本来就是研究者理想中的女神。而初版AlphaGo不够女神，不是因为研究者不想，而是暂时做不到。举个例子，AlphaGo Fan版本中，神经网络的输入由48个特征平面构成。其中两个平面分别表示，某一步棋是否是成功的征子，和某一步棋是否是成功的逃征子。
这是征子的基本图。白1逃跑，黑2、4以下分别从两侧叫吃白棋，使白方始终只有一口气。一直追到棋盘尽头，白方最终无路可逃。黑棋大获全胜。
而如果征子路上有对方的小伙伴接应，比如上图右上角的黑棋。那么征子就会失败，并且白棋满盘皆输。 征子是围棋的基本知识，初学者在前两三节课就会学到。但实战的征子可以非常复杂，甚至搞晕职业棋手。
这张图来自职业棋谱，赵善津胜王铭琬。注意，白棋中央一大坨已经被征死了。白方看错了引征，招致全盘皆输。
白棋硬跑的后果如图。。全军覆没 征子也能搞晕神经网络。我刚才在某计算机围棋的讨论区看到Joona Kiiski网友的观点，和大家分享一下：
- The learning was based on self-play。 Understanding ladders is perhaps not so important if your opponent doesn‘t understand them either。。。 Every time a decisive ladder appears on the board， the result is practically a coin toss。- And as others have pointed out， unlike almost all other go features， ladders are not at all a local feature。 The features need to build up through a huge number of convolution layers， before it works。 And it’s difficult to build this understanding incrementally （unlike e.g。 life & death where you can start with simple cases and then move to more difficult cases）， so we lack bias to direct the learning to the right direction。
大意如下：
和绝大部分围棋的特征（比如死活、官子、定式等）不同，征子完全不是局部特征，而是全局特征。这就意味着，在神经网络能正确处理征子之前，征子的特征需要通过大量卷积层来慢慢建立。这会给神经网络的训练带来潜在的麻烦。
更要命的是，在征子上一旦出现失误，大胜的棋局会直接变成大败。
据此可以推测，征子的这些麻烦特性，使得初代AlphaGo不得不把征子作为输入神经网络的特征之一。（另一个软件Zen，即使和初代AlphaGo做了类似的处理，实战的征子依然会偶尔出错，被人类棋手逆袭了好多盘。）
AlphaGo Zero的神经网络，大胆省去了征子特征的输入。细细品味训练过程，略微吃惊：神经网络直到训练的（相对）后期才学会征子。
如果对局双方（黑AlphaGo-白AlphaGo）都不懂征子，那么总体结果也不会差太多吧。每个征子的结果就好像投硬币一样随机，总的胜负加起来差不多是零（大误）。
或许是开发团队好运，更有可能是反复尝试以后才成功。总之，在征子上，AlphaGo Zero涉险过关。
同理，分拆策略、价值网络，以及采用快速走子，是旧版AlphaGo的暂时妥协，而在新版终于得以解决。
DeepMind，及其母公司谷歌的终极目标不是破解围棋，而是造出通用人工智能。通用智能不需要额外专业知识。AlphaGo Zero在无围棋知识输入的前提下达到如此高度，可以说离通用智能又近了一步。
大道至简。对于AlphaGo，最简洁的，就是最美的。
说棋。
摒弃人类棋谱输入，从零（Zero因此得名）开始训练阿尔法狗。去年谷李大战以来，棋迷翘首以盼的“纯净版”阿尔法狗终于问世。
更恐怖的是，Zero经过三天训练就达到AlphaGo Lee的水平 （即去年战胜李世乭的版本，ELO ~3750。对比今日柯洁ELO ~3660。），节约了90%+的时间。见下图。
四十天之后，Zero甚至超越了姐妹版本Master，对Master实现90%胜率。Master和Zero的主要区别是，Master有人类棋谱输入，经历监督学习（SL）而非强化学习（RL）。
我在论文中学到了一句拉丁语，starting tabula rasa， 从一张白纸开始。看Zero的训练过程，就像看一个婴儿成长，妙趣横生。
第三个小时，如同幼儿堆石子。第二十小时，有板有眼。第70小时，复杂局面处理自如，已是顶尖高手。
看AlphaGo学会的定式，更是有趣。A行是AlphaGo在训练过程中学会的人类定式。B行则是在训练的不同阶段，AlphaGo最喜欢的定式。
B行第一个，黑棋下在1，1，显然是卖萌，此时大概是第10个小时。B行第二个，黑星位，白棋外靠（！），黑退，白扳粘的变化。此变化不在人类课本当中，白2略惊悚，直观看也是白棋稍亏。果然，在40小时以后，本定式被无情淘汰（见下图）。
第三变，点三三！千呼万唤始出来。 20小时以后此变化出现频率猛增，并一度达到3%，此后缓慢回落，最终稳定在0.5%。这是我曾经最喜欢的定式之一，也是定式书上必介绍的一个基本型。黑地白势，各得其所。
作为对比，点三三的另一变如下：
在五十小时后，黑5飞的频率大增。至70小时，此变频率达0.2%。从最终的自战对弈来看，此变的频率似乎超过了黑5扳（有待查证）。很有意思，AlphaGo对此定式的认识过程和人类有些相似。长久以来，黑5扳都是点三三的标准变化。直到最近十年左右，黑5飞才开始变得频繁起来。由于Master的影响，人类棋手开始频繁点三三，并且把黑5飞作为标准变化。上图的后续只是此定式的一变，在Zero自战谱中还看到了一些微小的改动。
下一个“定式”最有意思。
1-5正常。白6奇思妙想！人类绝少在开局阶段往二路下。白10贴以后，黑棋需要补断，白棋活角。局部尚未定型，得失不明。可惜此变昙花一现，不知AlphaGo是否发现了局部更好的手段。
欣赏一局完全体Zero的棋谱
37-41，潇洒、放肆、不拘一格。状态爆表的一流棋手偶尔也有如此表演，而这对于AlphaGo只是正常操作。
白130。 官子同样滴水不漏。（黑只能在A位接。若在B位吃，白O17即可出棋。白棋点完以后，T17有先手味道。）
Zero的Elo等级分是5000分，人间已无敌手。但其左右互搏仍互有胜负，可见离围棋上帝尚有距离。Zero当为近阶段围棋人工智能的高峰，但尚不是围棋的终点。
于我，AlphaGo Zero还有以下几个悬念：
1、Zero的策略·价值网络是否对所有贴目值都生效，还是只针对7.5目。（论文中未指明）再进一步，AlphaGo Zero心目中的最佳贴目是多少。
2、Zero的官子，特别是小官子阶段，是否会犯错。重点是，有无因为官子失误而被翻盘的棋局。
3、以大贴目为前提，Zero会如何应对白方的模仿棋。
希望明天能在Reddit上得到解答。
三千年的围棋，AlphaGo只用三天走过。谨以《贺新郎·读史》结束本文：
人猿相揖别。只几个石头磨过，小儿时节。铜铁炉中翻火焰，为问何时猜得？不过几千寒热。人世难逢开口笑，上疆场彼此弯弓月。流遍了，郊原血。
一篇读罢头飞雪，但记得斑斑点点，几行陈迹。五帝三皇神圣事，骗了无涯过客。有多少风流人物？盗跖庄屩流誉后，更陈王奋起挥黄钺。歌未竟，东方白。
