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第 1 課

電腦學會寫字的秘密

本課講 2015 年的一篇文章。科學家 Karpathy 教電腦玩一個猜字遊戲,結果電腦自己學會了寫文章。

適合 10 歲左右約 40 分鐘需要:鉛筆、一位同伴

1熱身:接下一個字

先玩個遊戲。讀前面的字,在橫線上寫出下一個字。

床前明月
祝你生日快
一二三四
小白兔,白又

是不是很容易?因為這些話你聽過很多遍,記住了哪個字後面常常跟著哪個字。

再試一句:「我今天吃了一個大」。這次答案不止一個。可能是「蘋」,可能是「西」,也可能是「包」。要猜對,得知道前面在講什麼。

2電腦怎麼學猜字

Karpathy 讓電腦玩的,就是這個遊戲。規則只有 4 步:

1給電腦看一個字
2電腦猜下一個字
3告訴它正確答案
4猜錯了,它就悄悄調整自己

↻ 換下一個字,重複幾百萬次

一開始,電腦完全是瞎猜。練得越多,它猜得越準。下面是一臺電腦練習寫故事時的樣子(示意):

剛開始啊k哦%%的的的 呢呢x 了了
練了一會兒小的 貓在 了 走去 天天 我
練了很久小貓在院子裡跑來跑去,它很開心。

這個過程叫訓練。就像你練鋼琴,一開始彈得亂七八糟,練多了就順了。

3電腦的小本子

只看前一個字,是猜不準的。剛才「吃了一個大____」就是例子。

所以這個電腦程序帶著一個小本子。它每讀一個字,就在本子上記一筆,比如:

· 「現在在講吃的東西。」
· 「前面打開了一個引號,還沒關上。」

讀下一個字時,它先翻翻小本子,再去猜。這種帶著小本子、一個字一個字往下讀的程序,有個大名字,叫循環神經網絡。「循環」的意思是:讀一個字,記一筆,再讀一個字,再記一筆,一圈一圈地重複。

4它學會了什麼

Karpathy 給電腦讀了不同的東西,每次都從頭練。結果是這樣:

給它讀什麼它學會寫什麼
莎士比亞寫的劇本像模像樣的劇本,有人物名字,有臺詞
維基百科(網上的大百科)帶標題、帶鏈接的「百科文章」
數學書看起來很專業的數學公式
電腦程序格式整齊的「程序代碼」

可是,它常常一本正經地胡說八道

它寫出來的東西,樣子很像,意思不通。比如,學了劇本的電腦可能會寫出這樣一句臺詞(我們編的例子):

國王:我的馬在月亮裡喝茶,因為明天是星期紅色。

格式對,語氣也像國王,可是意思完全亂了。就像小朋友學大人打電話,語氣學得很像,說的話卻沒有意義。

5最神奇的地方:沒人教它語法

沒有人告訴電腦「引號要成對」「句子末尾要加句號」。它只是一直練習猜下一個字。為了猜得準,它自己摸索出了這些規矩。

科學家打開電腦的「大腦」看了看,發現裡面有些小零件給自己找了專門的工作。有一個零件專門盯著引號:引號一打開,它就亮;引號一關上,它就滅。

他說:「今天下雨了。」然後走了。

示意圖:黃色小燈就是那個「引號零件」。引號裡面的字,它都亮著。

還有零件專門數一行寫了多長,快寫到頭了就提醒「該換行了」。這些工作誰也沒分配,是它們自己學會的。

6這和今天有什麼關係

2015 · 猜字小程序 更大的程序 今天的聊天 AI

你聽說過 ChatGPT、Claude 這些會聊天的 AI 嗎?它們做的還是同一件事:猜下一個字。

區別有兩個:它們的「大腦」大了很多很多倍,讀過的書也多了很多很多倍。所以,這篇 2015 年的文章就像一顆種子。10 年後,它長成了今天的聊天 AI。

7動手:兩人猜字機

玩法(2 個人,約 10 分鐘)

1. A 偷偷在紙上寫一句話,8 到 12 個字。用別的紙蓋住。

2. A 露出第 1 個字。B 猜第 2 個字。

3. 猜對了,在下面畫一個 ✓;猜錯了,畫一個 ✗。然後 A 露出正確的字。

4. B 接著猜下一個字,直到整句揭開。換人再玩一輪。

第幾個字23456789101112
第 1 輪
第 2 輪

你會發現:越往後,猜對的越多。因為前面揭開的字越多,你的「小本子」裡記的線索就越多。電腦也是這樣。

8動手:數一數,當一回電腦

電腦靠「讀得多」學會猜字。我們也來讀一小段,數一數「小」字後面跟著什麼字。

小明有一隻小狗。小狗喜歡跟著小明去小河邊。小河裡有小魚,小狗看見小魚就叫。小明說:「小狗,別叫啦!」

「小」後面的字出現了幾次(畫正字)
明
狗
河
魚

數完了,回答:下次再看到「小」字,你會先猜哪個字?

電腦做的事情很像這個,只是它一次讀的不是一段話,而是幾百萬段話,而且它會同時看前面很多個字。

9詞語小卡片

猜下一個字看著前面的字,猜後面會出現哪個字。今天的聊天 AI 就是靠它練出來的。
訓練讓電腦一遍一遍地練習、改正,越練越好。
小本子(記憶)電腦邊讀邊記下的線索,幫它猜得更準。
循環神經網絡帶著小本子,一個字一個字往下讀、往下猜的電腦程序。

10想一想

  1. 電腦寫的劇本「樣子很像,意思不通」。你覺得為什麼會這樣?
  2. 如果只給電腦讀童話故事,它會學會寫什麼?會不會寫數學題?
  3. 聊天 AI 有時也會「一本正經地胡說八道」。用 AI 查資料時,你打算怎麼檢查它說得對不對?
一句話記住:只要一直練習猜下一個字,電腦就能自己學會寫字、寫詩、寫代碼。

給家長和老師:本課講的是 Andrej Karpathy 2015 年的博文 The Unreasonable Effectiveness of Recurrent Neural Networks。文章用字符級循環神經網絡(char-RNN)生成莎士比亞劇本、維基百科、LaTeX 和 Linux 代碼,並發現了能追蹤引號、行長的可解釋神經元。

講義中的「練習過程」「國王臺詞」「引號小燈」都是示意,不是原文內容。想深入可看本站的 第 1 天中文導讀,代碼見開源項目 30u30 第 1 天目錄(英文)。

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