2018 ACM博士论文奖公布：伯克利博士获奖，清华姚班马腾宇荣誉提名

今日，ACM 公布最佳博士论文奖，来自 UC 伯克利的博士生 Chelsea Finn 凭借论文《Learning to Learn with Gradients》摘得桂冠。这篇论文介绍了一种基于梯度的新型元学习算法，帮助深度网络基于小型数据集解决新任务，该算法可用于计算机视觉、 强化学习 和机器人学等领域。

Chelsea Finn 也在社交平台上表达了自己获奖后的心情：

「很荣幸可以获得今年的 ACM 最佳博士论文奖。感谢我的导师和同事在我博士期间给予的支持和友谊，尤其是导师 Sergey Levine（UC 伯克利助理教授）和 Pieter Abbeel（UC 伯克利教授）。

2018 ACM 最佳博士论文

深度学习改变了人工智能领域，给语音识别、计算机视觉和机器人学带来了显著进步。但是，深度学习方法需要大量数据，而这在医疗成像、机器人学等领域中并不容易获取。

元学习 是目前机器学习领域一个令人振奋的研究趋势，它解决的是学习如何学习的问题，允许机器基于少量数据学习。元学习算法使用之前的数据学习如何快速适应新任务，从而「学习如何学习」。

但是，元学习方面最初的一些研究聚焦于设计复杂的神经网络架构。Chelsea Finn 在这篇博士论文中，介绍了一类新方法 —— 与模型无关的元学习（model-agnostic meta-learning，MAML），该方法使计算机科学家免除了手动设计复杂架构的工作。

BAIR 在 2017 年 7 月发布的一篇博客中介绍了 MAML 方法，参见： 与模型无关的元学习，UC Berkeley 提出一种可推广到各类任务的元学习方法，相关论文《Model-Agnostic Meta-Learning for Fast Adaptation of Deep Networks》被 ICML 2017 接收 。

ACM 在获奖通知中表示：「MAML 方法在该领域产生了巨大影响，并在强化学习、计算机视觉以及机器学习的其他领域中得到了广泛应用。」

获奖论文《Learning to Learn with Gradients》全文链接：https://www2.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2018/EECS-2018-105.pdf

为了研究「学习如何学习」这个问题，这篇论文首先对元学习问题及其术语、元学习算法的特性给出了清晰正式的定义。然后基于这些基础定义，展示了一种新方法 —— 与模型无关的元学习（MAML），该方法能够将基于梯度的优化潜入到学习器中。

与之前的元学习方法不同，该方法聚焦于获取可迁移表征，而不是好的学习规则。由于 MAML 方法学得的表征能够控制更新规则，因此该方法既继承了使用固定优化作为学习规则的优秀特性，同时还保留了完整的表达性（full expressivity）。

像其他元学习方法一样，MAML 需要在各种任务上进行训练。该方法需要学习训练一种可以很快适应新任务的方法，并且适应过程还只需要少量的梯度迭代步。元学习器希望寻求一个初始化，它不仅能适应多个问题，同时适应的过程还能做到快速（少量梯度迭代步）和高效（少量样本）。

这种方法十分简单，并且有很多优点。MAML 方法并不会对模型的形式作出任何假设。它十分高效，因为其没有为元学习引入其他参数，并且学习器的策略使用的是已知的优化过程（如梯度下降等）而不是从头开始构建一个。所以，该方法可以应用于许多领域，包括分类、回归和强化学习等。

下图展示了 MAML 方法的可视化图，即寻找一组具有高度适应性的参数θ 的过程。在元学习（黑色粗线）过程中，MAML 优化了一组参数，因此当我们对特定任务 i（灰线）进行梯度迭代时，参数将更接近任务 i 的最优参数φ_i。

MAML 方法图示。

该论文还展示了，通过将元学习元素和基于深度模型的强化学习、模拟学习和逆强化学习相结合，该方法可扩展至动作控制（motor control）应用。从而构建适应动态环境的模拟智能体，使得真实的机器人能够通过观看人类视频学习如何控制新物体，人类仅需几张图像即可向机器人传达目标。论文最后讨论了元学习的开放性问题和未来方向，指出现有方法的关键缺陷以及限制性假设。

Chelsea Finn 其人

Chelsea Finn 年纪轻轻就已成为机器人学习领域最知名的专家之一。她开发了很多教机器人控制和操纵物体的高效方法。例如，她在这篇获奖论文中使用 MAML 方法教机器人抓取和放置物体技能，该过程中仅仅用了一个人类演示视频中的原始像素。

Finn 现任谷歌大脑研究科学家，并在 BAIR 实验室进行博士后研究。2019 年秋，她将成为斯坦福大学全职助力教授。Finn 在加州大学伯克利分校获得电气工程与计算机科学博士学位，在 MIT 取得电气工程与计算机科学学士学位。

Chelsea Finn 有多篇论文发表在 ICML、ICLR、NeurIPS、ICRA、RSS、CoRL 等多个学术会议上，并在多个学术会议及 workshop 上进行受邀演讲。

Chelsea Finn 个人主页：https://people.eecs.berkeley.edu/~cbfinn/

2018 ACM 最佳博士论文荣誉提名奖

2018 ACM 最佳博士论文荣誉提名奖颁给了 Ryan Beckett 和马腾宇，他们都博士毕业于普林斯顿大学计算机科学系。

Ryan Beckett 在博士论文《Network Control Plane Synthesis and Verification》中提出了一种创建、验证网络控制平面配置的通用、高效算法。计算机网络连接着这个世界重要基础设施的关键组件。一旦网络配置出错，人类高度依赖的系统就会崩溃，出现飞机坠毁、银行崩溃等情况。Beckett 的博士论文介绍了一种全新的原则、算法与工具，能够大幅改善当前网络的可靠性。

论文链接：http://www.rbeckett.org/files/thesis.pdf

目前，Beckett 是微软研究院移动与网络组（the mobility and networking group）的研究员。他在普林斯顿大学取得计算机科学硕士和博士学位，在美国弗吉尼亚大学取得计算机科学和数学两个学士学位。

马腾宇在博士论文「Non-convex Optimization for Machine Learning: Design, Analysis, and Understanding」中，提出了一种支持机器学习新趋势的全新理论。他提出的理论推进了对机器学习非凸优化算法收敛性的证明，概述了使用这种方法训练的机器学习模型的特性。

论文链接：https://dataspace.princeton.edu/jspui/bitstream/88435/dsp01th83m199d/1/Ma_princeton_0181D_12361.pdf

在论文的第一部分，马腾宇首先研究了矩阵补全、稀疏编码、神经网络简化、学习线性动态系统等一系列问题，还构建了帮助设计可证明的准确、高效优化算法的条件。在第二部分，马腾宇展示了如何理解、解释使用非凸优化学得的自然语言嵌入模型。

现在，马腾宇是斯坦福大学计算机科学与统计学系助理教授，他博士毕业于普林斯顿大学计算机科学系。

值得一提的是，马腾宇本科毕业于清华姚班，曾获得 2007 年国际中学生数学奥赛银牌（与金牌差一分），2010 年获得美国普特南大学生数学竞赛第 8 名，2014 年获得理论计算机研究生 Simon 奖。

这些都是只能「仰望」的天才吧！

参考链接：https://awards.acm.org/about/2018-doctoral-dissertation