城市免疫力與“AI營養(yǎng)液”：聯(lián)邦學(xué)習(xí)的價值與場景

原標(biāo)題：城市免疫力與“AI營養(yǎng)液”：聯(lián)邦學(xué)習(xí)的價值與場景

當(dāng)抗疫戰(zhàn)場上的好消息不斷傳來，關(guān)于“城市免疫力”的話題也不斷升溫。除了公共醫(yī)療與我們自身健康上的免疫能力，一座城市如何提高自己的免疫能力，更好應(yīng)對相關(guān)危險，成為了公共話語討論的焦點(diǎn)。

我們在相關(guān)討論中，看到了預(yù)警機(jī)制建設(shè)、供應(yīng)鏈體系完善、城市數(shù)字化升級、信息透明制度等等的話題，可以說益處良多。在這里我們從自身視角出發(fā)，貢獻(xiàn)一點(diǎn)話題：城市免疫力的提高，還與一些新銳技術(shù)的應(yīng)用息息相關(guān)。

比如說，在AI領(lǐng)域這幾年有一個“明星技術(shù)”，被各種頂會熱捧，被無數(shù)開發(fā)者關(guān)注，它叫做聯(lián)邦學(xué)習(xí)。而這個大眾可能依舊陌生的技術(shù)，其實就與城市免疫力話題息息相關(guān)。

從這次抗疫過程里，不難看出城市各領(lǐng)域、各部門之間的數(shù)據(jù)不打通、不協(xié)同是一個巨大問題。比如說，基層人員要把寶貴時間浪費(fèi)在無窮無盡的填表上；居民進(jìn)出小區(qū)、醫(yī)院、車站等公共場所，要一處一掃碼一處一填表；相關(guān)部門想要獲悉和應(yīng)用其他領(lǐng)域的最新動態(tài)數(shù)據(jù)，更是難上加難。

這個顯著暴露的問題，被稱為“城市數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象”。每個部門都可能建設(shè)一套自己的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，沿用不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，積累下來就會造成層層疊疊的孤立數(shù)據(jù)。然而要實現(xiàn)城市數(shù)據(jù)的全面打通，全面共享，雖然理論上聽起來簡單，但實際操作又是不可能的。每個部門的日常工作方式、數(shù)據(jù)需求和數(shù)據(jù)保密等級不同，徹底打通既缺乏操作性，也不利于真實工作的開展。

那么有沒有既尊重城市數(shù)據(jù)歸屬權(quán)，又能讓AI來全盤洞察城市數(shù)據(jù)的方案呢？

聯(lián)邦學(xué)習(xí)就是一種有效的方案。比如，北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)上線了數(shù)字化防疫系統(tǒng)——戰(zhàn)疫金盾，能夠?qū)崟r監(jiān)控返城人員流向分布，還能動態(tài)掌握園區(qū)企業(yè)運(yùn)行情況，幫助地方政府科學(xué)決策。業(yè)內(nèi)首創(chuàng)異步聯(lián)邦學(xué)習(xí)的京東數(shù)科，就參與了戰(zhàn)疫金盾的開發(fā)，很可能聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)也在其中發(fā)揮了作用。

聯(lián)邦學(xué)習(xí)的火爆，原因在于它并不致力于改變機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)存儲的基本實現(xiàn)方式，而是改變了不同AI模型之間的協(xié)作模式。

在聯(lián)邦學(xué)習(xí)模式下，數(shù)據(jù)依舊保存在“島“中，但AI模型可以跨越島嶼來架起橋梁，實現(xiàn)特定需求和整體智能的機(jī)器學(xué)習(xí)目標(biāo)。這種模式被產(chǎn)學(xué)研各界認(rèn)為是未來數(shù)據(jù)協(xié)同和智能協(xié)同的基本實現(xiàn)方式，聯(lián)邦學(xué)習(xí)也成為了AI技術(shù)發(fā)展到今天的幾大主要趨勢之一。

給城市免疫力注入一支“AI營養(yǎng)液”——聯(lián)邦學(xué)習(xí)的進(jìn)化，也許在未來某天將成為新的城市之盾。

聯(lián)邦學(xué)習(xí)：打破數(shù)據(jù)孤島的AI明星

2016年，谷歌團(tuán)隊提出了聯(lián)邦學(xué)習(xí)的概念，隨后引起了整個AI學(xué)術(shù)界的共同關(guān)注。

聯(lián)邦學(xué)習(xí)為過往AI技術(shù)邏輯帶來的最大改變在于，它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以在參與各方不披露底層數(shù)據(jù)的前提下，完成共建模型的搭建，之后利用整個數(shù)據(jù)聯(lián)邦內(nèi)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行訓(xùn)練，使每個參與方都將獲得能力提升。

而聯(lián)邦學(xué)習(xí)最大的價值，就是改變了AI時代每個數(shù)據(jù)擁有方單打獨(dú)斗的“常識”，將數(shù)據(jù)資源以可行的方式聯(lián)合在了一起。將聯(lián)邦學(xué)習(xí)投向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，最直接的目標(biāo)是可以改變重度數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域，尤其是金融產(chǎn)業(yè)的智能化效率；向長遠(yuǎn)看，聯(lián)邦學(xué)習(xí)可能改變每一家企業(yè)獲取AI、打造自身AI體系的方式與門檻，對智能社會有著舉足輕重的價值。

肩負(fù)著打破數(shù)據(jù)孤島的重任，聯(lián)邦學(xué)習(xí)很快成為了AI世界中的未來之星。在歐美流行的AI民主化議題里，聯(lián)邦學(xué)習(xí)今天占據(jù)著舉足輕重的地位。

但在從理論架構(gòu)向現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)進(jìn)化的過程里，聯(lián)邦學(xué)習(xí)可能還有很長的路要走。而從它保護(hù)數(shù)據(jù)隱私，確保數(shù)據(jù)安全的基本能力上來看，科技金融毫無疑問是聯(lián)邦學(xué)習(xí)落地的第一站。

在中國，聯(lián)邦學(xué)習(xí)走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的步伐正在逐步加快。京東數(shù)科、微眾銀行等企業(yè)對聯(lián)邦學(xué)習(xí)，從技術(shù)向產(chǎn)業(yè)的一系列探索，正在向各行業(yè)展現(xiàn)這一技術(shù)滲透到現(xiàn)實的種種可能。

異步計算與產(chǎn)業(yè)化：京東數(shù)科破解的“聯(lián)邦學(xué)習(xí)密碼”

聯(lián)邦學(xué)習(xí)走向產(chǎn)業(yè)化，是近兩年全球AI產(chǎn)學(xué)各界普遍關(guān)注的議題。在歐美，聯(lián)邦學(xué)習(xí)的提出者谷歌，以及亞馬遜、IBM等公司都大力發(fā)展聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)。而在國內(nèi)BAT、華為等科技公司也都在參與聯(lián)邦學(xué)習(xí)的產(chǎn)業(yè)化過程。

同時，聯(lián)邦學(xué)習(xí)也在成為AI頂會的熱門話題。比如去年12月舉行的NeurIPS 2019中，就有大量論文集中討論聯(lián)邦學(xué)習(xí)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。剛剛召開的AAAI 2020中，由微眾銀行、新加坡南洋理工大學(xué)、極視角合著的論文《FedVision: An Online Visual Object Detection Platform powered by Federated Learning》被授予“人工智能創(chuàng)新應(yīng)用獎”。

同時，聯(lián)邦學(xué)習(xí)的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程也在推進(jìn)當(dāng)中。2018年，IEEE聯(lián)邦學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)項目宣布成立，這是國際首個針對AI協(xié)同技術(shù)框架訂立標(biāo)準(zhǔn)的IEEE項目，至2019年已經(jīng)舉行了第三次會議。

而在更具體的產(chǎn)業(yè)化落地進(jìn)程里，不能不提到京東數(shù)科。有媒體認(rèn)為，在金融科技產(chǎn)業(yè)中，微眾銀行由聯(lián)邦學(xué)習(xí)的學(xué)術(shù)探索而廣為人知，京東數(shù)科則將聯(lián)邦學(xué)習(xí)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用做到了更前沿的維度。

比如說，聯(lián)邦學(xué)習(xí)走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最大的問題之一，在于最早提出的聯(lián)邦學(xué)習(xí)模型，學(xué)習(xí)進(jìn)程都是同步的。但在現(xiàn)實中，不同企業(yè)和機(jī)構(gòu)所處的計算環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境各不相同。同步計算的聯(lián)邦學(xué)習(xí)，在很多情況下無法應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化的多方聯(lián)合建模。

京東數(shù)科發(fā)現(xiàn)，破解這一問題的關(guān)鍵在于異步計算能力，于是率先提出了異步聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)，在底層技術(shù)邏輯上改變了聯(lián)邦學(xué)習(xí)的工作方式，讓它更好進(jìn)化到產(chǎn)業(yè)級需求當(dāng)中。

以異步聯(lián)邦學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，京東數(shù)科已經(jīng)打造了一系列聯(lián)邦學(xué)習(xí)走向開放和應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。比如基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)推出 AI開放平臺；積極參與推進(jìn)IEEE聯(lián)邦學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)，助力建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；基于自研聯(lián)邦學(xué)習(xí)算法，保證聯(lián)邦森林算法的模型效果的一致性；借助京東數(shù)科的多種技術(shù)優(yōu)勢，將聯(lián)邦學(xué)習(xí)與安全加密、多方安全計算和同態(tài)加密等多項技術(shù)并用，構(gòu)建完善的聯(lián)邦學(xué)習(xí)產(chǎn)業(yè)體系。

從平臺化、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)一致性，到技術(shù)融合，京東數(shù)科圍繞聯(lián)邦學(xué)習(xí)的產(chǎn)業(yè)化，完成了從基礎(chǔ)技術(shù)到技術(shù)應(yīng)用的多層次進(jìn)化，將聯(lián)邦學(xué)習(xí)的技術(shù)原點(diǎn)與產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行對接，通過異步聯(lián)邦學(xué)習(xí)構(gòu)筑了完善的數(shù)據(jù)協(xié)同產(chǎn)業(yè)應(yīng)用生態(tài)，實現(xiàn)了聯(lián)邦學(xué)習(xí)領(lǐng)域的多項領(lǐng)先。

基于異步聯(lián)邦學(xué)習(xí)的技術(shù)優(yōu)勢，以及多種安全加密技術(shù)的融合，京東數(shù)科推出了聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)。聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)保證了數(shù)據(jù)不需要離開儲存位置也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的融合利用，在不同機(jī)構(gòu)之間搭建起安全、智能、高效的連接，并保證數(shù)據(jù)接入安全、建模安全、數(shù)據(jù)交互安全，最終形成數(shù)據(jù)聯(lián)盟，實現(xiàn)合作共贏的目標(biāo)。

基于這一系列聯(lián)邦學(xué)習(xí)的產(chǎn)業(yè)實踐，京東數(shù)科在聯(lián)邦學(xué)習(xí)領(lǐng)域，實現(xiàn)了商業(yè)化和應(yīng)用場景落地方面的領(lǐng)先。而其領(lǐng)先探索也為我們展示了這樣一副圖畫：未來，聯(lián)邦學(xué)習(xí)究竟如何影響和改變我們的生活。

金融風(fēng)控與城市智能：聯(lián)邦學(xué)習(xí)的應(yīng)用進(jìn)化紀(jì)

在聯(lián)邦學(xué)習(xí)的綜合場景應(yīng)用中，金融科技領(lǐng)域毫無疑問是落地第一站。因為金融智能和智能風(fēng)控領(lǐng)域，涉及大量的數(shù)據(jù)智能化和數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，但同時數(shù)據(jù)的保密等級高、安全要求嚴(yán)格。而聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)剛好同時滿足了這兩種需求，在金融數(shù)據(jù)安全與金融產(chǎn)業(yè)智能化升級之間取得了重要平衡。

京東數(shù)科的聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)，已經(jīng)在金融風(fēng)控領(lǐng)域基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)進(jìn)行了持續(xù)落地。通過聯(lián)邦算法、安全加密算法，在個人信用評分、企業(yè)信用評分、精準(zhǔn)營銷、精準(zhǔn)放貸、精準(zhǔn)風(fēng)控、地塊洞察和醫(yī)療診斷等場景下實現(xiàn)了跨域?qū)W習(xí)聯(lián)合建模和安全可靠的知識共享服務(wù)。

而在金融產(chǎn)業(yè)之外，下一個最有聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用潛力和落地需求的場景，是近兩年如火如荼發(fā)展中的智慧城市。

一座城市，是由無數(shù)個政務(wù)、企業(yè)、公共服務(wù)系統(tǒng)所構(gòu)成的。隨著數(shù)字化城市升級的加快，各個系統(tǒng)都在構(gòu)建自己的數(shù)據(jù)體系與智能化系統(tǒng)。然而這些系統(tǒng)大多數(shù)時候都是獨(dú)立存在的，交通不知道物流，水利不了解氣象。這就導(dǎo)致城市的整體智能化很難發(fā)展起來，智慧城市變成了千百根聳立的數(shù)據(jù)煙筒。

然而各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)權(quán)責(zé)等客觀需求，又讓數(shù)據(jù)打通并不那么現(xiàn)實。這種情況下，聯(lián)邦學(xué)習(xí)體系可以成為關(guān)鍵的破解方案，在確保數(shù)據(jù)各有的同時，構(gòu)建城市整體智能進(jìn)化方案。京東數(shù)科的智能城市體系中，已經(jīng)大量應(yīng)用了聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)與聯(lián)邦數(shù)字網(wǎng)關(guān)，構(gòu)成了京東數(shù)科在智慧城市領(lǐng)域的明星技術(shù)。

而從金融風(fēng)控到城市智能化，可以看到聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)在大量差異化行業(yè)場景中，都有著基礎(chǔ)應(yīng)用價值。各行各業(yè)都將可能自聯(lián)邦學(xué)習(xí)模式中獲益，實現(xiàn)智能協(xié)同、消弭數(shù)據(jù)壁壘。

聯(lián)邦學(xué)習(xí)帶來的改變將是社會化和底層化的，而從理論架構(gòu)到產(chǎn)業(yè)實踐、商業(yè)落地這關(guān)鍵一步，已經(jīng)被京東數(shù)科探索出了扎實的可能。

一座數(shù)據(jù)與智能之間、無數(shù)數(shù)據(jù)架構(gòu)之間、智能社會之間的橋梁正在建設(shè)進(jìn)行時。

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