大數(shù)據(jù)變美味，很好吃_數(shù)據(jù)分析師

計(jì)算機(jī)正在不斷變得更加聰明?？伤鼈儠?huì)擁有創(chuàng)造力嗎？國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）的一群研究人員認(rèn)為會(huì)。他們已經(jīng)開發(fā)出一套軟件，能夠利用數(shù)學(xué)、化學(xué)和海量數(shù)據(jù)，炮制出前所未有而又不同尋常的食譜。

為了構(gòu)建他們的算法，研究者們將我們開發(fā)創(chuàng)意時(shí)可能會(huì)采取的步驟建立了模型。首先，你需要理解你打算解決的問題；然后，圍繞該問題盡可能地多學(xué)習(xí)，從而構(gòu)筑起專門的知識(shí)，并在這套知識(shí)的武裝下，生成一些新的想法，甚至把不同類型的想法結(jié)合起來(lái)；接下來(lái)從這一大堆想法中挑選出最具創(chuàng)意的；最后，實(shí)現(xiàn)你的想法。盡管這些步驟中有很多以前就曾經(jīng)由計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，但I(xiàn)BM團(tuán)隊(duì)的過人之處在于他們找到了量化一份食譜創(chuàng)造性的辦法，并且能把所有不同的部分結(jié)合在一起。

“我一直用這套系統(tǒng)生成的食譜做飯?！鳖I(lǐng)導(dǎo)IBM團(tuán)隊(duì)開發(fā)這種新型食譜生成引擎的拉夫·瓦什內(nèi)（Lav Varshney）說，“我們自己創(chuàng)造的食譜中有一些確實(shí)非常好吃，比如奶油烤肯尼亞球芽甘藍(lán)、開曼車前草甜點(diǎn)和瑞士-泰國(guó)混合式蘆筍乳蛋餅。還有一些是與合作伙伴烹飪教育學(xué)院合作創(chuàng)造的，那可就是世界級(jí)的了，比如西班牙扁桃牛角面包和厄瓜多爾草莓甜點(diǎn)?！?/span>

厄瓜多爾草莓甜點(diǎn)：IBM的計(jì)算機(jī)大廚呈上的一盤美食。圖片來(lái)源：IBM研究院

就讓我們看一下IBM的計(jì)算機(jī)大廚是如何獲得創(chuàng)造力的:

定義問題

啟動(dòng)程序時(shí)，你會(huì)被要求選定一種關(guān)鍵食材，以及你想要瀏覽哪個(gè)地區(qū)的菜系，然后決定你感興趣的餐食類型（湯或者蛋餅等等。）

程序要求你定義食譜的約束條件。左上角：菜系選擇；右上角：菜式選擇；下部：食材。

拼命學(xué)習(xí)

所有的數(shù)據(jù)都是在這一步被系統(tǒng)吸納的。研究者們利用自然語(yǔ)言處理算法掃描并分析幾百萬(wàn)份不同食譜的文本。利用這些數(shù)據(jù)，他們將成文的食譜轉(zhuǎn)化為關(guān)系網(wǎng)，包括不同食材的用量和將這些食材做成食物的過程；他們掃描維基百科，了解在各個(gè)地區(qū)菜系中通常會(huì)用到哪些食材；他們考察了調(diào)味品的說明書，了解不同調(diào)味品中含有哪些分子，并獲取了這些分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)方面的信息；他們還收錄了人們對(duì)70種不同化學(xué)成分的“好感度”評(píng)分……

最終，研究者們積累了巨量計(jì)算機(jī)可讀的知識(shí)體系，其中包括人類的口味偏好、地區(qū)食譜和這些食譜化學(xué)構(gòu)成方面的信息。程序就這樣做好了掌勺的準(zhǔn)備。

形成創(chuàng)意

軟件從某種菜系的傳統(tǒng)食譜開始，產(chǎn)生出幾百萬(wàn)條符合用戶要求的新食譜。這些食譜并非被隨機(jī)拋出，而是根據(jù)一種叫做食物搭配律（the Food Pairing Principle）的經(jīng)驗(yàn)法則生成的。該法則是說，在食譜中能夠良好搭配的食材有著相同的呈味分子。

新食譜的生成方式是：“異化”現(xiàn)有食譜中的食材，然后將其與其他食譜融合，產(chǎn)生各種各樣前所未見的混合食譜。（這種方法被稱為遺傳算法，是在模仿遺傳變化的過程。）

這真不是個(gè)優(yōu)良的選擇算法。圖片來(lái)源：Randall Munroe / XKCD

正如漫畫所表現(xiàn)的，愿意品嘗幾百萬(wàn)種奇特的新食譜的朋友實(shí)在是不好找（油炸彩虹糖，有誰(shuí)想嘗嘗？）。因此，程序把這一步自動(dòng)化了——這可是真正高明的地方。

挑選最優(yōu)

據(jù)瓦什內(nèi)說：“先前很多計(jì)算機(jī)創(chuàng)造力的嘗試都擅于生成創(chuàng)意，但不善挑選。我認(rèn)為我們的主要貢獻(xiàn)是，證明了大數(shù)據(jù)模型不僅能用于產(chǎn)生億萬(wàn)條新想法，還能夠從中指出，比如說，10條最佳的來(lái)?！?/span>

計(jì)算機(jī)如何確定哪些想法最有創(chuàng)造性呢？你首先要對(duì)創(chuàng)造性有一個(gè)可操作的定義。肯·羅賓遜（Ken Robinson）將創(chuàng)造性定義為“擁有有價(jià)值的原創(chuàng)想法的過程”。IBM的研究者們采納了與此類似的衡量標(biāo)準(zhǔn)。他們聲稱，一條有創(chuàng)造性的想法應(yīng)當(dāng)既是新穎的，又是高質(zhì)量的。

我們首先談?wù)勑路f。你或許認(rèn)可花生醬和果凍可以一起吃，往熱狗上抹點(diǎn)芥末醬也許也無(wú)妨。這是因?yàn)槟銓?duì)于各種食譜的可行性有著自己的一套信念。這些信念的基礎(chǔ)是你認(rèn)為什么食物好吃，不過你曾經(jīng)享用過的食物也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生巨大影響。可是，你也許從未想過把花生醬抹到熱狗上。這種食譜與你對(duì)食物的信念沖突，因而使其出乎了你的意料。相反，抹芥末的熱狗對(duì)于你對(duì)食譜的信念絕對(duì)沒有影響。那是一種全然無(wú)趣的食譜。

IBM的科學(xué)家們采用了一種非常近似的想法——通過量化一份食譜更改一個(gè)人現(xiàn)有食譜世界觀的程度來(lái)衡量其新穎程度。他們借助了一種叫做“貝葉斯驚奇度”的數(shù)學(xué)工具（以前這種工具被用來(lái)識(shí)別一段視頻的哪些部分最吸引人們的注意）。瓦什內(nèi)是這樣向我解釋這一概念的：“貝葉斯驚奇算法基本上就是在引入新創(chuàng)造的食譜之后，比較先前對(duì)食物的信念與新的信念。信念的改變?cè)酱?，驚奇度越高?！?/span>

西班牙扁桃仁牛角面包——一種計(jì)算機(jī)生成的食譜。圖片來(lái)源：IBM研究院

然后要考慮質(zhì)量。味道是個(gè)復(fù)雜的東西。我們的舌頭能夠品嘗出幾種基本的味道：甜、咸、酸、苦和鮮。但我們對(duì)食物的體驗(yàn)還受到很多其他因素的影響：食物是不是溫?zé)?；奶香四溢還是甜膩如糖；粗澀抑或黏滑；它覆于你舌背的方式；你咬它時(shí)它發(fā)出的聲音；你的饑餓程度；以及一種味道所勾起的記憶等等。

研究者們提出，雖有凡此種種，味道的關(guān)鍵其實(shí)是氣味。“神經(jīng)美食學(xué)領(lǐng)域的研究工作得出了強(qiáng)有力的論點(diǎn)：氣味是味覺的主要構(gòu)成部分。”瓦什內(nèi)說。如果這聽起來(lái)違反直覺，想一下當(dāng)你得了重感冒時(shí)，食物吃起來(lái)有多么沒滋味吧——你的味覺感受器工作正常，但是你聞不到氣味。

但程序又如何知道一盤菜聞起來(lái)什么味道？這個(gè)問題的答案要到化學(xué)中去找。軟件會(huì)考察一份食譜中所有不同的口味分子，查詢它們的化學(xué)性質(zhì)——這個(gè)過程會(huì)用到很多技術(shù)名詞，諸如“拓?fù)錁O曲面面積、重原子數(shù)、復(fù)雜度、可旋鍵數(shù)量，以及氫鍵受體數(shù)量。”通過將這些化學(xué)性質(zhì)與其他70種氣味分子做比較，研究者們可以預(yù)測(cè)特定的某種分子會(huì)有多么“好聞”。接下來(lái)他們?cè)谟?jì)算機(jī)中混合不同分子的氣味，得出每種食物氣味的總“怡人度”。想想看，這有多么驚人——他們利用食物中味道分子的化學(xué)性質(zhì)預(yù)測(cè)它能有多好聞。

我詢問瓦什內(nèi)對(duì)我的這一驚人發(fā)現(xiàn)有何想法，他答道：“我也覺得很吃驚：通過諸如重原子數(shù)量那樣的分子性質(zhì)竟然能夠預(yù)測(cè)愉悅之類的快感認(rèn)知，不過享樂心理物理學(xué)的研究正在蓬勃發(fā)展，該領(lǐng)域的結(jié)論正與我們的發(fā)現(xiàn)不謀而合。下一步，我們希望能將對(duì)人類味覺的更精確認(rèn)知納入我們的模型?！?/span>

實(shí)現(xiàn)構(gòu)想

最終，軟件產(chǎn)生了一系列食譜，并以三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)排序：新奇程度、氣味怡人度和口味搭配。

最終輸出的食譜列表以新奇度（Surprise）、怡人度（Pleasantness）和搭配（Pairing）排出名次。

至此，終于到了放下筆記本，前往廚房的時(shí)候。

至于拉夫·瓦什內(nèi)，他還沒有試遍系統(tǒng)的全套本事。他說：“上個(gè)周末我在柏林，我們與當(dāng)?shù)匾幻鲝N合作，承辦了一場(chǎng)宴會(huì)的所有膳食，結(jié)果確實(shí)不錯(cuò)。我尤其喜歡一份藏紅花味烤面包丁配烤番茄，還有一道低脂奶油飴糖伴紅梅香菜冰淇淋?！痹诓痪玫膶?lái)，你甚至可能會(huì)看到附近一家店里正由計(jì)算機(jī)烹制食物。瓦什內(nèi)補(bǔ)充說：“我們正在與數(shù)家大型食品生產(chǎn)商、食品供應(yīng)商和香料/香精工坊討論這項(xiàng)技術(shù)?！?/span>