科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種自動(dòng)生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法 使得深度學(xué)習(xí)進(jìn)一步助力科學(xué)發(fā)現(xiàn)

自動(dòng)駕駛、語(yǔ)音識(shí)別、音樂(lè)創(chuàng)作等一系列的奇跡正在由深度學(xué)習(xí)創(chuàng)造。如今，美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (ORNL) 的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了一款新軟件，使得深度學(xué)習(xí)能夠進(jìn)一步助力科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

Fermi國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室MiniBooNE中微子探測(cè)器內(nèi)部

ORNL的團(tuán)隊(duì)致力于研究GPU加速的Titan超級(jí)計(jì)算機(jī)，并開(kāi)發(fā)出了一種可以自動(dòng)生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法。這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以人腦中的連接為模型自由構(gòu)建，并以深度學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行“學(xué)習(xí)”。

MENNDL（全稱Multi-node Evolutionary Neural Networks for Deep Learning，深度學(xué)習(xí)多節(jié)點(diǎn)進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），用于評(píng)估和測(cè)試科學(xué)家收集的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)集等類別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并為其提供建議。借助GPU的加速，其速度變得非常之快，可將之前需要幾個(gè)月才能完成的工作縮短到幾周。

“MENNDL可以節(jié)省人們的時(shí)間，提高科學(xué)發(fā)現(xiàn)的速度，”O(jiān)RNL 自然啟發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)（Nature Inspired Machine Learning）團(tuán)隊(duì)研究科學(xué)家Steven Young說(shuō)道。

面向科學(xué)家的AI

盡管ORNL團(tuán)隊(duì)是為科學(xué)家創(chuàng)建的MENNDL，但AI的范圍由此可能得到更廣泛的拓展。通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究人員創(chuàng)建了一款執(zhí)行特定任務(wù)的軟件。ORNL的軟件自身可以創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，因此，取消了一般情況下配置網(wǎng)絡(luò)時(shí)所需的試驗(yàn)和糾錯(cuò)流程。

該算法可以在Titan的18,688個(gè)NVIDIA Tesla GPU中進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)幾千個(gè)潛在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試和訓(xùn)練，從而預(yù)測(cè)更適合相應(yīng)工作的網(wǎng)絡(luò)。

在許多領(lǐng)域，研究人員使用現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)集作為其進(jìn)行深度學(xué)習(xí)研究的平臺(tái)。但是，這種方式并不適用于科學(xué)家，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)來(lái)自科學(xué)儀器，并且與用來(lái)教計(jì)算機(jī)進(jìn)行面部識(shí)別或語(yǔ)音識(shí)別的數(shù)據(jù)有很大不同。

“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室使用的數(shù)據(jù)提取自中微子探測(cè)器、電子顯微鏡或一些其他科學(xué)儀器，”Young說(shuō)，“這與貓貓狗狗的圖片有很大的區(qū)別。”

Fermi國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的MINERvA中微子探測(cè)器

將工作周期縮短至24小時(shí)

MENNDL已經(jīng)加快了中微子物理的研究速度。中微子是亞原子微粒，科學(xué)家認(rèn)為它們可以揭開(kāi)宇宙起源和物質(zhì)本質(zhì)的未解之謎。

由于中微子探測(cè)起來(lái)極其困難，美國(guó)能源部Fermi國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室(Fermilab) 使用高強(qiáng)度光束來(lái)研究它們與普通物質(zhì)的相互作用的方式。這將生成海量數(shù)據(jù)，研究人員必須對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能精確識(shí)別發(fā)生相互作用的位置。

Young指出，過(guò)去，F(xiàn)ermilab團(tuán)隊(duì)需要花費(fèi)好幾個(gè)月時(shí)間來(lái)測(cè)試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，才能找出有助于解決問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)，而MENNDL只需24小時(shí)即可完成。

“有了MENNDL，科學(xué)家不再需要花費(fèi)幾個(gè)月時(shí)間來(lái)尋找合適的深度學(xué)習(xí)框架，只需一天時(shí)間即可找出有助于處理數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，”Young說(shuō)道。

因此，研究人員將能夠在更短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行更多的試驗(yàn)，更快地推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步。