如何讓直升機更聰明?知識圖譜與智慧航電

如何讓直升機更聰明?知識圖譜與智慧航電

圖1:一個簡單的知識圖譜示例

知識圖譜是什麼?為什麼有知識圖譜?

提起對知識的描述,我們並不會陌生。Wikipedia、百度百科等平臺已經將一條條知識以人類可以理解的方式進行描述,因此我們可以很方便地查詢某一個概念。

但是,這些對人類直觀的描述是基於人類對自然語言的理解,而自然語言是“非結構化”的,無法被計算機直接處理。舉例來說,幾乎所有的程式語言中都有“字串”資料型別,程式可以讀取字串並將其儲存。儘管以我們的視角來看,這一段字串傳達了資訊,但計算機並不能理解所儲存的字串到底代表了什麼、是什麼意思,從而無法“自主地”採取進一步的行動。

值得一提的是,HTML的發明是為了提供一種組織資訊的方式,用來描述釋出在網路上面的資訊。開發人員可以使用各種標籤(tag)來“告訴”瀏覽器一個網頁應該向使用者顯示什麼、怎麼顯示,透過在相對應的位置插入超連結,引導使用者根據既定的開發邏輯進行頁面跳轉。

可以看出,HTML從某種程度上實現了對資訊的“半結構化”描述,也就是說HTML為瀏覽器程式提供了“結構化”的展現資訊的邏輯基礎,但程式仍然無法“理解”HTML文件中使用自然語言所描述的資訊,程式僅可以根據HTML中的描述在既定的位置展現這一段資訊。這也是現今絕大多數資料的缺點,那就是資料被開發人員使用非結構化或半結構化的方式進行描述。

設想一下,當我們看到一句話:“直升機是一種旋翼飛行器”時,我們可以自主地將這段話轉變為有價值的資訊、甚至知識。那麼如何將這一句話讓計算機理解並以“結構化”、“形式化”的方式儲存呢?如何讓人工智慧程式同樣理解這一條知識呢?我們可以使用知識圖譜。

何為直升機圖譜

知識圖譜是一種抽象化表達和推理知識的工具,其本質是一種利用基於圖資料結構來整合、管理資料的知識庫。知識圖譜可以使用各種語義來描述實體(Entity),這裡的實體可以是一個任何被可以抽象化描述的物件(例如概念、事件、術語等),以及實體的屬性和實體間的關係。

結構化、形式化的描述使得機器可以從某種程度上“理解”人類的知識,從而使得計算機可以更好地組織、管理資料。海量的知識互相關聯,如圖 2所示,編織一張巨大的“網”,不同種類的資訊便可以由一個機器可解釋的、統一的、結構化的形式進行描述。

這樣的一條知識便可以成為知識圖譜的一部分。設想一下,當許多條直升機相關知識,互相交錯,形成了一張巨大的“網”,我們便有了一個直升機領域知識圖譜。

例如,我們通常使用三元組(Triple)來表示知識,即Subject-Predicate-Object模型。我們可以將其理解為我們學習到的語言的“主謂賓”結構。那麼我們回到上面提到的“直升機是一種旋翼飛行器”,使用三元組則可以表示為:

如何讓直升機更聰明?知識圖譜與智慧航電

圖2:不同圖譜互相關聯,形成了一張巨大的“網”

知識圖譜的廣闊應用場景

現如今,隨著自然語言處理、深度學習等眾多人工智慧技術的快速發展,知識圖譜獲得了廣泛的關注。

知識圖譜往往被認為是實現人工智慧“認知層”的重要技術之一,因此自動化知識抽取、知識表示與推理、圖資料探勘與分析等研究領域同樣取得了新的進展。

知識圖譜現今主要被應用於涉及自然語言處理、知識推理及大資料整合的相關任務中,例如搜尋、智慧助理、智慧問答、社交平臺使用者推薦、知識檢索、NLP應用支援、社交網路管理、信用評估等領域等。

舉例來說,透過解析知識圖譜對實體間關係的表述,結合對使用者行為偏好的分析,搜尋引擎可以返回更為精準的結果。假設一個使用者經常搜尋科技相關的諮詢,有一天,該使用者透過某搜尋引擎搜尋“Apple”,那麼結合他的行為偏好和知識圖譜中對概念“Apple”的描述,該搜尋引擎便可以得出該使用者大機率傾向於搜尋“蘋果公司”的相關資訊而非一種水果,從而提升使用者體驗。

可以看出,知識圖譜很好地解釋了“Apple”在不同語境中的含義,並輔助智慧助理為使用者提供了更優質的服務。另外諸如華為、蘋果等手機開發廠商,也在其智慧助理APP中應用了知識圖譜技術,為使用者帶來了更為順暢的人機互動體驗。常見的基於知識圖譜的問答流程如圖 3所示。

圖3:基於知識圖譜的問答流程

知識圖譜在直升機領域的應用

如何讓直升機更聰明?知識圖譜與智慧航電

圖4:米35直升機的座艙

像圖 4中的米35直升機的座艙,飛行員需要從數目眾多的儀表盤來獲取直升機當前的狀態,並予以評估,同時需要手動操作種類複雜、數量龐大的操作按鈕和開關。

飛行員在高壓狀態下的多工決策能力難免會受到影響,降低作戰效能。圖 5中展示了美軍直升機的通用電子系統架構帶來的優勢——傳統儀表盤已經逐漸被拋棄,轉而使用更數字化、更易讀、更整合化的航電系統。

如何讓直升機更聰明?知識圖譜與智慧航電

圖5:美軍通用電子系統為其智慧座艙的發展提供了架構基礎

高度整合的電子系統可以更好地呈現融合後的資料、展現當前態勢並輔助飛行員更快速地做出決策,結合人工智慧技術,我們有理由相信具備可理解直升機相關知識的智慧助理可以更進一步地幫助飛行員做出最合理的決策,所以智慧直升機平臺在近些年得到了極大的關注。

作為人工智慧技術的一部分,知識圖譜同樣可以在智慧直升機平臺中佔有一席之地。

舉例來說,我們可以想象一個科幻片中的場景——駕駛員詢問計算機一個問題或者提出一個請求,計算機經過處理後可以準確地回答駕駛員的問題或者採取相對應的行動;或者在緊急情況時,機載智慧助理根據圖譜中所描述的知識,輔助飛行員進行故障排查、緊急處置等操作流程,避免讓飛行員臨時查閱安全手冊,可以提高飛行安全。有了知識圖譜,這樣的場景可能不再僅僅存在於科幻電影中。

儘管知識圖譜技術在自然語言處理中所展現出的卓越能力是否可以為智慧座艙提供幫助仍然需要進一步的探索,但是我們有理由相信,隨著深度學習技術和知識圖譜的配套技術的發展,直升機可以變得更加智慧化、自主化。

頂部