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第一卷少年游 第八十三章变式

    训练营第六天上午,教室里没有试卷,桌上也没有实验器材,只有一只装着黑白塑料片的透明盒子。

    负责“计算模型”课的是个很年轻的老师,姓顾,进门以后先把盒子放在讲台上,从里面抓出十几枚塑料片,一字排开。黑的朝上,白的朝上,没有任何规律,看起来像小孩子随手摆出来的游戏。他没有介绍今天要学什么,只让助教关掉前排一盏灯,然后把投影切到一段很简单的动画:屏幕最上面是一排黑白小方格,下一秒出现第二排,再下一秒出现第三排。每一排都只由黑和白构成,新的方格只受上一排附近几个格子的影响。最初十几步还像杂乱的花纹,继续往下以后,却慢慢长出了三角形、斜线和一片片重复的结构。

    顾老师问:“如果我告诉你,每一个格子只会看自己和左右两个邻居,然后决定下一步变黑还是变白,你们觉得这样的系统会有多复杂?”

    前排有人说:“八种情况,规则表最多八行。”

    “所以应该很简单?”

    “局部很简单。”

    “整体呢?”

    没人马上答。

    顾老师把动画继续往下放。屏幕上的图案越来越大,某些区域像雪花,某些区域像织物,还有一些黑白交错的边缘不停移动,彼此撞上以后又产生新的形状。教室里开始有人往前倾。江遥最初只是觉得这些图案漂亮,看了一会儿,却渐渐忘了“八种情况”这件事。她知道每个小格子实际上什么都不会,它只是机械地按照一张极短的规则表变化,可几百行以后,人的眼睛已经很难从整体图案直接猜回那张表。

    顾老师暂停动画,在屏幕上圈住一个不断移动的小结构:“它是不是像个东西?”

    有人说像虫子,有人说像箭头,还有人说像一只斜着走的螃蟹。

    “它当然不是虫子。”顾老师说,“每一格都没有‘往右走’这个目标,也没有一个总指挥告诉它应该往哪里去。但是你们如果只看整体,会觉得这里确实有一个东西在移动。今天我们不急着给这种现象取名字,先问一个更朴素的问题:如果世界底下只有很简单的规则,上面为什么会长出我们没有直接写进去的东西?”

    江遥抬头看着那只“螃蟹”又往右走了几步。

    她突然想起昨天纸袋任务里那些黑点。单独一个点没有意义,相邻关系开始变化以后,整体才出现新的状态。区别在于,昨天的数据至少还像某种实验测量,今天屏幕上的东西甚至连物理材料是什么都没有,只剩最简单的局部规则。她第一次很清楚地感觉到,一个系统的“上面”和“下面”可以像两种不同语言:下面只有黑白、左右和下一步,上面却有移动、碰撞、稳定结构,甚至有人会忍不住说“那东西在找路”。

    顾老师没有继续解释。他发下一份材料,每组得到十二段动画和一张规则编号表,任务只有一句:**哪些系统在你看来属于同一种?**

    简宁看到问题以后皱眉:“什么叫同一种?规则一样?”

    “规则编号全不一样。”方禾把表翻过来确认了一遍,“不然这题就不用做了。”

    韩思遥说:“图案像?”

    沈策已经把十二段动画同时打开,很快发现其中两段肉眼看来非常相似,都有大片静止区域和少量移动的小结构。他说:“先按外观分吧。”

    江遥没有反对。五个人先做了一次最直观的分类:规则产生规则状条纹的放一起,大面积快速变黑或变白的放一起,长期保持杂乱的放一起,出现稳定移动结构的放一起。这个方法很快,十分钟就分完了,但江遥看着桌上的分组,总觉得哪里不对。两段被他们放在同一组的动画虽然都“很乱”,其中一段的局部花纹不断消失,另一段却总有一些小块能保存很久;而两段被分开的动画,一段黑白比例接近一半,另一段大部分时间是白的,可里面那些移动结构遇到障碍后的反应却异常相似。

    她把其中两段拖到一起,从头重新播放。

    “如果颜色换过来呢?”她问。

    简宁没听懂:“什么意思?”

    江遥把第一段动画截图,用软件把黑白全部反转。原先看起来差异很大的两段图忽然接近了许多。她又把其中一段左右镜像,几个原本朝不同方向运动的结构几乎重合。

    韩思遥说:“那你是在作弊。题里又没说可以翻。”

    “为什么不能翻?”江遥问,“如果一个规律只是因为我们把黑叫黑、白叫白,或者把左叫左、右叫右就看起来不同,那它们可能本来就是同一种。”

    这句话不难理解,连沈策都立刻拿出纸,把十二条规则中明显可以通过黑白互换和左右翻转得到的先圈起来。可做完以后仍然剩下七八条彼此差别很大的规则。江遥又看了一阵,把注意力从每个格子的颜色移到了黑白交界处。她在纸上画了几条短线,凡是相邻两个格子颜色不同,就在中间记一笔;颜色相同的地方什么都不记。原本密密麻麻的黑白图案这样一换,突然简化了很多:大片纯黑和纯白都消失,只剩下边界在移动、分裂、相撞。

    方禾看了几秒,立刻明白了:“你不看格子,看变化发生在哪里。”

    “嗯。因为大片一样的颜色有时候其实没信息,真正发生事的是边界。”

    她们把几段动画都这样重画。奇怪的事情很快出现了。原来外观差得很大的两条规则,在“边界语言”里表现得几乎一样:一对边界靠近会一起消失,单个边界会按固定方向移动,两个特定结构相遇以后又会产生第三种结构。反过来,那两条一开始被放进“都很乱”一组的规则,换成这种表示以后却彻底不同,一个像不断生成又消灭的小粒子群,另一个没有任何长期稳定的东西。

    江遥心里出现了一种熟悉的感觉。不是“我会做了”,而是问题忽然变薄了一层。她甚至有些兴奋地对韩思遥说:“也许我们不是在分规则,而是在分它们能长出什么。”

    顾老师走到他们这组时,没有看结果,先看了江遥桌上画满短线的草稿,问她们为什么把原图删掉那么多。

    江遥说:“因为我们怀疑每个格子的颜色不是最好的看法。如果只看边界,有些原来不同的规则会变得一样。”

    “‘一样’到什么程度?”

    这个问题让她停了一下。

    她差点说“行为一样”,可马上意识到这个词太大。两条规则可能在她目前关注的几个现象上相似,却不意味着所有情况下都相同。她重新组织了一下:“至少在我们现在测试过的初始条件里,它们的边界会用相似方式移动、相撞和消失。如果换初始条件,可能还会分开。”

    顾老师点了点头,没有表扬,也没有追问,只说:“那就去找一个能把它们分开的条件。如果找不到,再讨论‘同一种’。”

    江遥已经习惯了训练营老师这种近乎令人讨厌的回答。每次以为找到一个结构,对方很少告诉你对不对,第一反应往往是问它会在哪里坏。可她现在已经不像一年前那样把这种追问理解成否定。一个想法如果真的有力量,最值得知道的恰恰是它能够承受多少破坏。

    上午剩下的时间里,他们不断改变最初那一排黑白格子的状态。有时随机,有时全部白,只放一个黑点,有时周期性重复某个短片段。原先看起来属于同一类的两条规则,终于在一个很特殊的初始条件下分开了:其中一条会让边界彼此湮灭,最后归于平静;另一条却在碰撞以后留下一个新的移动结构,系统永远不会完全安静。

    韩思遥看到结果以后叹气:“所以我们昨天白高兴了?”

    “也没有。”江遥把两个动画来回切换,“至少知道什么情况下它们不一样了。”

    “那到底还算不算同一种?”

    江遥想了一会儿:“可能看你问什么。如果你只关心大部分随机状态,它们很像;如果你关心那个特殊结构,就不一样。”

    简宁说:“听起来像耍赖。”

    “我也觉得。”江遥笑了,“但可能世界本来就不给我们一个唯一分类。”

    午饭时,隔壁组的人跑过来问她们怎么想到看边界。江遥一开始想解释得完整一点,后来发现最简单的说法反而最好:“像看一群人排队。如果每个人都穿一样的衣服,你不用记住所有人的位置,先看哪里从红衣服变成蓝衣服。有时候真正移动的是那条分界线。”

    对方一听就懂,回去以后很快也做出了类似变换。

    下午顾老师才第一次把几个专业词写在黑板上。他说,人有时会给同一件事选择不同的“表示”,有的表示让问题复杂,有的表示会让真正重要的关系露出来;如果把许多微小差异忽略,只保留在更大尺度上稳定存在的东西,就可能发现原本不同的系统会表现出相似结构。黑板上出现了“表示”“尺度”“不变量”几个词,他没有展开定义,只让大家把上午自己做过的事和这些词对应起来。

    江遥抄到“不变量”三个字时,忽然想起原既白。

    原既白喜欢的也是这种东西,却和她今天的路径几乎相反。他往往先寻找一个足够高的结构,希望用它把下面的细节统起来;她今天却是从十二段乱七八糟的图案出发,先看见某些局部关系反复出现,然后才试着猜,也许这些东西可以被放进同一种语言里。两个人最后都可能走到抽象,但起点和路线完全不同。

    她没有立刻给他发消息,因为下午的第二道任务很快让她吃了亏。

    顾老师又放出一组动画,只给最后二十步,让他们推测前面的局部规则。江遥刚看几分钟,就注意到其中几类边界碰撞极有规律,于是沿用上午的方法,很快构造出一套规则。它能解释大部分现象,也能生成几乎一模一样的移动结构。她甚至在草稿上写出了一个更简洁的版本,只需要四种有效状态,比原来的黑白格子描述还短。

    第一次测试通过。

    第二次也通过。

    第三次,助教换了一组初始条件。

    她的模型崩了。

    不是差一点,而是几十步以后完全走向另一种图案。江遥最初以为是某一条碰撞规则遗漏了,补上以后又失败;再补一条,前一组测试反而坏掉。她盯着屏幕看了很久,终于发现上午那套“只看边界”的方法在这里丢掉了一个重要信息:两个看上去完全相同的边界,如果它们过去是由不同过程产生的,下一次碰撞的结果可能不一样。

    换句话说,系统不只在乎“现在长什么样”,还偷偷记着“它是怎么走到这里的”。

    这个发现让江遥有些懊恼。她上午刚刚因为找到更好的表示而兴奋,下午便亲手证明那个表示并不完整。更糟的是,她一开始还试图不断补规则,把失败塞回原来的框架,而不是尽快承认自己丢掉了信息。

    顾老师讲评时把她们这一组的错误模型也投了出来。

    “这个模型其实不错。”他说,“简单,能压缩现象,也能做预测。问题是为什么错?”

    有人回答:“状态太少。”

    “这是结果,不是原因。”

    江遥已经知道答案,却没有抢着说。顾老师等了几秒,才在屏幕上把两段当前图案完全相同、未来却不同的过程并排播放。前面的历史不同,到某一时刻它们恰好变成同一个局面,下一步却又分开。

    “如果你只看这一帧,”顾老师说,“你会认为它们是同一个状态。但是系统不这么认为。”

    他没有继续往专业概念上引,只问:“像什么?”

    后排有人说像两个人站在同一个路口,一个刚从东边来,一个刚从西边来,下一步可能往不同方向走。

    顾老师说:“差不多。现在一样,不代表过去没留下东西。”

    江遥看着屏幕,忽然想起训练营前纸袋任务里那个“路径”的问题,也想起省队实验里扫描方向不同导致曲线不重合。她以前把这些看成不同领域里的不同麻烦,现在第一次隐约觉得,它们可能共享某种更深的结构:有些系统不能只用此刻的一张照片描述,因为过去并没有真正消失。

    这个念头让她兴奋,但她没有急着替它取名字。

    晚上九点,她才给原既白发了一句:“今天发现一件很讨厌的事。”

    原既白正在县城机房里做第二轮模型分析,看见消息时刚把一整套聚类结果删掉。

    他这两天沿着江遥那句“不要先按人的分类去分扰动”往下做,把不同图像变化对模型内部表示造成的影响重新比较。结果最初漂亮得过分:几十种人工扰动似乎真的可以压进几个方向,某些在人眼看来毫无关系的变化,在模型内部造成几乎相同的响应。他甚至已经开始想,这些方向会不会就是模型自己的“敏感坐标”。

    然后他换了模型。

    同一批数据,同样的任务,只把网络结构和训练初始化改掉,那几个原本非常稳定的方向便开始旋转、分裂,有的甚至消失。两个模型都能达到差不多的识别准确率,却像用完全不同的内部语言做同一件事。

    原既白第一次看到结果时以为代码错了,重跑了三遍。

    没有错。

    他坐在电脑前很久,才明白自己刚才犯了一个很符合自己的错误:因为在一个模型里看见了高层结构,便下意识希望它比实际更加普遍。他太喜欢“统一”这件事,以至于统一一旦出现,第一反应不是问它依赖什么,而是继续往上搭。

    宋弈在旁边看他把图删掉,问:“不是昨天还挺漂亮?”

    “太漂亮了。”

    “漂亮也有错?”

    “有时候就是因为漂亮,所以应该先怀疑。”

    宋弈看了他一眼:“你最近跟江遥聊天是不是被传染了?”

    原既白没有理他。

    他重新把两个模型的响应放在一起比较,没有再问“哪个方向是模型真正使用的”,而是改成另一个问题:如果内部坐标不同,那么有没有什么关系是换了模型以后仍然存在的?例如某几类扰动虽然在不同模型里落到不同方向,但它们彼此之间的远近关系是否保持?又或者,在最终决策附近,哪些变化最容易让两个模型同时犯错?

    问题一改,原来那几张漂亮图立刻不够用了。

    他却松了一点。

    过去他遇到这种情况,会觉得框架被破坏,现在开始慢慢接受一种不那么舒服的可能:也许高层结构不是先在那里等着他发现,而是必须一层一层验证,甚至不同层次需要不同结构。所谓统一,不一定是用一个公式把所有差异抹掉,也可能只是知道哪些差异在什么时候可以忽略。

    手机又震了一下。

    江遥把下午失败的事情简单说了一遍:“我把系统压成只看边界,上午很好用,下午发现同样的边界如果历史不一样,后面会走不一样。等于我把过去删掉了。”

    原既白看完以后,没有马上回。

    他在自己屏幕上正好看见两个准确率几乎相同的模型,因为训练路径不同,内部形成了完全不一样的表示。两个问题当然不是一回事,一个是小小的规则系统,一个是机器学习模型,不能为了好看硬说它们相同,但那种“现在的结果无法完全告诉你它怎么来的”的感觉确实有某种相似。

    他最后只发:“我们这边也有一点像。但我现在不确定像到哪一层。”

    江遥很快回:“这句话现在比较像你。”

    “以前不像?”

    “以前你会先告诉我它们本质一样。”

    原既白盯着屏幕笑了一下。他没有反驳,因为这大概是真的。

    高三的生活却不会因为他开始怀疑统一框架便自动给他更多时间。第二天月考分析会上,秦老师把他的总排名单独叫出来谈。原既白仍在年级最前面,但语文和英语把总分往下拖得很明显。秦老师并不担心他考不上清大,真正提醒的是另一件事:“你不要觉得自己未来要做计算、做人工智能,所以现在有些课就只是门票。高考不是考你最喜欢什么,是看你能不能在一个已经给定的规则里把该做的事做好。”

    原既白说:“我知道。”

    秦老师看了他几秒:“你每次说‘我知道’,通常只是脑子知道。”

    这句话让他无从反驳。

    当天晚自习,他没有去机房,把整整两个小时留给语文和英语。现代文阅读里有一道题问人物为什么没有立即解释自己的行为,他第一遍仍然觉得答案显而易见,准备写三行便结束,笔落下以后却想起秦老师说的“阅卷老师不能读你的脑子”,于是重新把人物处境、前文信息和动作结果一层层写全。写到最后,他突然觉得这件事和程序接口有点像:系统内部知道什么不重要,重要的是有没有把必要的信息以别人能接收的方式传出去。

    这个联想冒出来时,他自己都有些嫌烦。

    他开始发现,一个人一旦习惯从某种角度理解世界,连语文卷子都可能逃不掉。

    训练营那边,江遥的第一次阶段复测在三天后举行。理论依旧是一百六十分,实验仍是一百分。她知道自己最近开放任务表现得不错,也知道下午那个错误模型让老师印象很深,可真正考试时,这些都不会直接换成分数。

    理论第一题她做得很顺,第二题属于简宁最擅长的传统类型,她明显慢了一截。第三题却很陌生,题目没有给出熟悉的坐标选择,几个条件看起来彼此独立。江遥先按常规方法推了十多分钟,式子越来越多,最后停下来,把草稿纸翻了一页。

    她没有问“该用哪个公式”,而是先问:如果把题目里的三个量都忘掉名字,只看它们之间什么关系不会因为换单位、换方向而改变,还剩下什么?

    半小时以后,原本三页才能写完的关系被压成了两个无量纲组合。

    剩下的推导突然变得很短。

    她并不知道自己是不是全场第一个找到这种表示的人,也不知道这道题最后会给她多少分。真正不同的是,她已经能够辨认出那种时刻:什么时候继续算只是往错误的语言里堆更多句子,什么时候应该停下来换一种语言。

    实验成绩仍然稳定。她做完以后自己估计不会特别高,也不会低。第二项里一个测量结果偏离预期,她检查了两次,确认不是接触问题,便直接保留,没有像一年前那样因为数据“不好看”而不舒服很久。

    成绩第二天下午才公布。

    江遥没有挤在最前面,等人少一些才过去。理论121.5,比第一次多了5.5分,名次从第20升到第11;实验75分,几乎没变,仍在第14附近;综合因为几名实验更强的选手理论发挥不同,来到第10。

    韩思遥看到以后比她先叫出来:“你理论十一了。”

    江遥把整行看了一遍。

    她真正停留最久的是121.5,不是11。

    第一次116,这一次121.5,差距并没有大到足以证明她突然变成了另一个人。第四题她还是丢了不少分,第二题也明显不如简宁。所谓“理论开始起来了”,如果只看名次其实很容易被夸大。五十个人分数很密,一道大题的十几分就能让名次跳很多。

    她把这一点记住了。

    晚上讲评时,顾老师果然没有谈排名,只把第三题几种不同做法放在一起。其中一种计算极快,是简宁那类熟练型选手最容易想到的路径;另一种推导很长但稳;第三种先重新组合变量,再做后续分析。

    江遥看到第三份答案的第一行,就知道是自己的。

    顾老师没有说“最好”。

    他只说:“这个做法值得看,因为它先改变了问题的形状。”

    接着翻到最后一页。

    “但是前提检查得还不够。这里如果参数进入另一个区间,这个表示会失去优势。”

    教室里有人回头看她。

    江遥没躲,也没笑。

    她低头在自己的卷子边上补了一行小字:**什么时候不值得这样表示?**

    这一次,她比以前更快明白,天赋如果真的存在,也不会替她把后半句话写完。

    那天晚上训练中心又下雪。雪比上一场大,宿舍楼前的台阶不到半小时便白了。韩思遥和简宁下楼买水,回来时鞋底全湿,把地面踩出一串深色脚印。江遥坐在桌前,打开绿色燕子本,发现只剩最后三页。

    她翻了很久。

    前面有县城的公式,有第一次省队落选时乱写的四分,有原既白画得很难看的燕子,有公交站那场雨,有全国决选前记下的实验器材型号,也有很多已经看不懂为什么当时要写下来的句子。一本本子快写完以后,最奇怪的不是东西太多,而是那些当时觉得无比重要的东西,如今有些已经只剩半页纸上的一道笔痕。

    她没有在最后三页写理论第十一,也没有写综合第十。

    她只记了今天那道题,写到一半,又在旁边加了一句:“换一种看法,会让一些东西消失,也会让另一些东西第一次出现。”

    写完以后,她盯了一会儿,觉得有点像一句故意写出来的话,便拿笔划掉了。

    最后只留下两组变量和一个问号。

    窗外有人把雪球砸在玻璃上,啪的一声,宿舍里几个人同时抬头。韩思遥跑去开窗骂人,冷风一下灌进来,把桌角几张草稿吹到了地上。

    江遥弯腰去捡。

    最上面那张,正好是下午那道第三题。

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