
🖼️ 图片来源:CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons
1928 年,弗兰克·罗森布拉特出生在美国。他既是心理学家,也是计算机科学家。小时候的他一定也好奇过:我们人是怎么认出东西、怎么学会新本领的呢?
答案就在脑子里。1943 年,麦卡洛克和皮茨第一次把「神经元」画成了一张可以计算的图;1949 年,心理学家赫布又发现:两个神经元如果总是一起点亮,它们之间的连接就会变粗——一起亮的,会连得更紧。罗森布拉特想:既然大脑是这么学的,能不能照着这张图纸,造一台会「学习」的机器?
1957 年,罗森布拉特在康奈尔航空实验室真的把它造了出来——「感知机」。这个名字来自 perception(感知),是他自己起的。
它个头不大,看上去也不算聪明,却做成了一件全新的事:会根据经验改变自己的判断。美国海军很快出钱支持这项研究——他们想知道,这台机器将来能不能自己认路、认东西。
第二年,也就是 1958 年,消息登了报,全世界都轰动了。《纽约时报》的标题写着「海军的新装置会通过实践学习」,文章里还说:它将来也许能走路、说话、看东西,甚至能自己复制自己。
报纸把它吹上了天。可它当时真正会的,其实很朴素:认出简单的几何图形——三角形、正方形、圆形;同一个「A」多看几遍,它就能稳稳认出来,位置挪一挪、写得不一样,也照样认得。
1960 年,他们真的把它造成了真机器——「Mark I 感知机」。
它有 400 只「眼睛」(排成 20×20 的光电池)、512 个中间单元,最后汇成 8 个输出。最特别的是它的「记忆」:一排排小马达带着电位器,真的在拧旋钮——这些旋钮,就是它的「权重」。
它是怎么学习的呢?先瞎猜一个答案;如果猜错了,就把自己内部的小旋钮「拧一点」——科学家把这个旋钮叫「权重」。
不用人把规则写给它,只要给它足够多的例子,它自己就越来越准。它不认识「规则」,只认识「例子」——这就是「学习」,今天所有 AI 的学习,都是从这样一圈一圈转出来的。
可是热情没有持续太久。1969 年,当年一起写提案的明斯基和帕佩特出了一本书,书名就叫《感知机》。他们用数学证明:单层感知机连「异或」这么简单的规则都学不会——用一条直线,永远画不出那个答案。书里还说,把感知机一层层叠起来也「没什么前途」。
这本书让全世界的热情迅速冷了下来:经费断了、论文没人看,AI 走进了第一次「寒冬」。更可惜的是,罗森布拉特没能等到它翻身——1971 年 7 月 11 日,他 43 岁生日那天,在划船时意外溺水去世了。
历史后来开了个大玩笑。1986 年,科学家发现:只要把感知机一层层叠起来,再用「反向传播」去训练它,异或根本不是问题(这个故事,第 6 课会细讲)。
从那以后,「一层叠一层」的神经网络越做越大:2012 年学会了认图,2022 年学会了聊天。今天的大模型有上千亿个「旋钮」——它们全都是罗森布拉特那个小旋钮的后代。
🖼️ 图片:罗森布拉特肖像、Mark I 真机照与操作手册部件图、新闻照、神经元图来自维基共享资源(经 kids.kiddle.co 镜像);其余四张示意图(它能认出什么 / 猜错了就拧旋钮 / 一盆冷水 / 一层不够就叠起来)均为本课自绘
点击卡片翻开,看看背后的知识~
罗森布拉特不只写了公式,还真的造出了一台机器 —— Mark I 感知机:用 400 个光电管当「眼睛」,512 个「关联单元」把光电管信号汇总成 512 个输入值,8 个「响应单元」给出答案。它的结构和下面的训练器一模一样,只是规模大了很多。
w ← w + η·(答案 − 预测)·x 一点点改权重 —— 干的是同一件事。每个样本 = 2 个开关输入 + 1 个正确答案。先选一个逻辑任务,再点训练。
先选一个逻辑任务(与 AND / 或 OR / 异或 XOR),点「🎬 开始可视化训练」看完整训练过程(每轮错误数 + 分界线变化);想看它「一次是怎么学会的」,就点「👣 单步」:会用 11 步走完一条样本(算加权求和 → 过「激活」这一关:把算出来的和数过一道门槛,超过了就答「是」、没超过就答「否」→ 比答案 → 拧旋钮)。想看得更大,点右上角 ⛶ 手动全屏。
四个点代表四种输入组合。绿点=答案 1,红点=答案 0。训练后,蓝色直线就是感知机学到的「分界线」——它能把绿点和红点分开吗?试试选「异或 XOR」你会发现……一条直线永远分不开!
x₁ = 0/1(横轴),x₂ = 0/1(纵轴)。感知机只能画一条直线, 所以它学得会「与 AND」「或 OR」(能分开), 却学不会「异或 XOR」(无论怎么画,总有两个点混在一起)——这就是单层感知机的局限!
感知机先用现在的权重算出「预测」,再和正确答案比一比。如果猜对了,什么都不用做;如果猜错了,就把权重往「正确答案」的方向推一点点,下次就更可能猜对。练得越多,分界线就越准。
输入 (1, 1),正确答案 = 1,当前权重 w₁=0.5,w₂=−0.5,b=−0.2,学习率 η=0.4:
下次再看 (1, 1):0.9 + (−0.1) + 0.2 = 1.0 > 0 → 预测 = 1 ✅ 猜对了!
这条法则只会画一条直线来分界,所以「与」「或」都学得会;但「异或 XOR」无论怎么调都有一条直线分不开——要学它,得等第 6 课「反向传播」把多层神经网络教会!
点选答案,答对会变绿、答错会变红(可重试)~
Q1. 感知机最重要的本领是什么?
Q2. 感知机的灵感来自哪里?
Q3. 感知机「学习」时,主要调整的是什么?
Q4. Mark I 感知机的「视网膜」,是由什么组成的?
Q5. 真机里「被权重乘」的,是哪一部分?
Q6. 训练器里的「激活」这一步,做的是什么?
Q7. 学习率 η 越大,改旋钮的步子会怎么样?
Q8. 「异或 XOR」为什么单层感知机学不会?
💭 思考一下:猜错一次没关系,调整一下再来,就越来越准。你在学习上,有没有「调整再试」的经历?
小小学员 完成了 本站《感知机:第一台会学习的机器》
学会:像一颗小小的神经元