Dota2冠軍OG如何被AI碾壓？OpenAI累積三年的完整論文終于放出
本文經AI新媒體量子位（公眾號ID:QbitAI）授權轉載，轉載請聯系出處。
Team OG，Dota2世界冠軍戰隊。
在人工智能OpenAI Five面前，OG不堪一擊。五個人類組成的戰隊，此前全程毫無懸念地以0:2敗下陣來，兩局加在一起，OG只推掉了兩座外塔。
不過，這還不是AI的巔峰。
現在OpenAI又訓練出了一個全新的AI，名叫Rerun。面對碾壓OG的OpenAI Five，Rerun的勝率達到了……呃……98%。
聽到這個消息，一位推特網友發圖明志。
主要依靠自學，就能在Dota2這么復雜的游戲中稱雄，人工智能是怎么做到的？今天，有關于此的答案揭曉。
沒錯，OpenAI不單發布了Rerun，還把自己三年多來對于Dota2項目的研究，通過一篇論文，正式公布出來。
在這篇論文中，OpenAI解釋了整套系統的原理、架構、計算量、參數等等諸多方面的內容。OpenAI指出通過增加batch size和總訓練時間等方法，擴展了計算規模，進而表明當今的強化學習技術可以在復雜的電子競技游戲中，達到超越人類的水平。
這些研究，可以進一步應用于各種兩個對手持續的零和博弈中。
（可能是閱讀之后）OG戰隊發推：“Wow！這篇論文看起來太棒了！”
此情此景，有網友無深情的感嘆道：Wow！OG戰隊夸了一篇論文好看？真是活久見……
這篇論文到底說了什么？
我們總結了幾個要點。
要點一：Dota2比下圍棋更復雜
與棋類對弈相比，電子競技游戲要更復雜。
攻克這一難題的關鍵是，把現有的強化學習系統規模，擴展到前所未有的水平，這耗費了數千塊GPU和好幾個月的時間。OpenAI為此構建了一個分布式的訓練系統。
訓練中的一個挑戰是，環境和代碼會不斷變化。為了在每次更改后無需從頭開始，OpenAI開發了一套工具，可以在不損失性能的情況下恢復訓練，這套工具稱為：surgery。
每局Dota2比賽時長大約45分鐘，每秒鐘會生成30幀的游戲畫面。OpenAI Five每4幀做出一個動作。國際象棋一局下約80步，圍棋下一局約150步，作為對比，Dota2打一局，AI需要“下”大概20000步。
而且由于戰爭迷霧的存在，Dota2中對戰的雙方，只能看到全盤游戲中的局部情況，其他部分的信息都是隱藏狀態。
與下圍棋的AlphaGo相比，打Dota2的AI系統，batch size要大50-150倍，模型大20倍，訓練時間長25倍。
要點二：AI如何學會打Dota2
人類玩Dota2通過鍵盤鼠標等，實時作出決定。剛才提到，OpenAI Five每4幀做出一個動作，這被稱為一個timestep。每個timestep期間，OpenAI會接收血量、位置等數據。
同樣的信息，人類和OpenAI Five接收的方式完全不同。
人工智能系統發出動作指令時，大概可以想成這個樣子。
AI背后是一套神經網絡。policy (π) 被定義為從觀察數據到動作概率分布的函數，這是一個有1.59億個參數的RNN神經網絡。這個網絡主要由一個單層、4096-unit的LSTM構成。
結構如下圖所示：
LSTM貢獻了這個模型中84%的參數。
選手們的訓練，使用的是擴展版的近端策略優化（PPO）方法，這也是OpenAI現在默認的強化學習訓練方法。這些智能體的目標是最大化未來獎勵的指數衰減和。
在訓練策略的過程中，OpenAI Five沒有用到人類游戲數據，而是通過自我博弈。在圍棋、象棋等問題上，也應用了類似的方式訓練。
其中，80%的戰斗中對手是使用了最新參數的分身，而20%的對手是老參數的分身。每經過10次迭代之后，新訓練出的分身就被標為老前輩。如果當前正訓練的AI擊敗了新秀或者老前輩，系統就會根據學習率更新參數。
按照OpenAI CTO此前的說法，擊敗OG前OpenAI Five已經練習了相當于45000年Dota。AI每天的訓練量相當于人類打180年游戲。
要點三：計算量和超參數
訓練這么復雜的AI系統，肯定要耗費大量的資源。
OpenAI預估了用于優化的GPU消耗量，最后的結論，OpenAI Five的GPU計算用量在770±50~820±50 PFlops/s·days左右，而今天新提到的、更強的Rerun，在隨后兩個月的訓練中，GPU計算量消耗大概是150 ± 5 PFlops/s·days。
再說一下，OpenAI公布的只是用于優化的計算量，只是訓練中所有開銷的一小部分，大約占30%。
此前，OpenAI也曾透露過OpenAI Five的日常訓練，需要256塊P100 GPU和12.8萬個CPU核心。
至于整個神經網絡的超參數，在論文中，OpenAI表示在訓練Rerun的時候，已經根據經驗進一步簡化了超參數。最后，他們只更改了四個關鍵的超參數：
• Learning Rate
• Entropy penalty coefficient
• Team Spirit
• GAE time horizon
當然，OpenAI也表示這些超參數還有進一步的優化空間。
要點四：并不全是自學
最后，還有一點需要強調。
OpenAI在論文中明確指出，AI系統在學習Dota2的過程中，并非完全依靠強化學習自學，啟示也使用了一些人類的知識。這跟后來的AlphaGo Zero有所區別。
有一些游戲機制是腳本編寫好的程序。比方，英雄購買裝備和學習技能的順序，信使的控制等等。OpenAI在論文中表示，使用這些腳本有一些歷史原因，也有成本和時間方面的考慮。不過論文也指出，這些最終也可以通過自學完成。
論文全文
在這篇名為Dota 2 with Large Scale Deep Reinforcement Learning的論文中，OpenAI公布了更多的詳細信息，如果你感興趣，下面是傳送門：
https://cdn.openai.com/dota-2.pdf
對戰回顧
最后，我們回顧一下OpenAI Five連下兩局擊敗OG的比賽全程吧。
第一局
AI（天輝）：火槍、飛機、冰女、死亡先知、斯溫
人類（夜魘）：小牛、巫醫、毒龍、隱刺、影魔
選完陣容，OpenAI Five認為自己有67.6%的勝率。
剛剛開局，OpenAI Five拿下一血，而人類軍團也很快殺掉了AI方的冰女。之后，雙方前期在人頭數上一直不相上下。AI一直在經濟上保持總體領先，但最富有的英雄，卻一直是人類的大哥影魔。
這也能看出雙方策略上的明顯區別：OG是3核心+2輔助的傳統人類打法，而AI的5個英雄經濟分配相對平均，比較“大鍋飯”。
經過幾番激烈的推進和團戰，游戲進行到19分鐘左右，AI對自身勝率的預測已經超過了90%。自信心爆棚的AI一鼓作氣攻上了人類的高地。
OG緊接著選擇了分路推進，幾位解說推測，這是為了盡可能分散AI，防止它們抱團推進，然而并沒有奏效太長時間。
然而，堅持到38分鐘，人類方的小牛剛剛買活，AI的最后一波總攻已經推掉了人類的基地。
OpenAI Five贏下第一局。現場，也是一片掌聲。
這場比賽中，AI展現了清奇的思路：出門裝就選擇兩個大藥，后續的裝備也更傾向于買補給品，而不是提高自身屬性。
另外，我們前邊提到的“大鍋飯”政策，以及在比賽前期就頻繁買活，都和人類職業選手的習慣大不相同。
第二局
AI（天輝）：冰女、飛機、斯溫、巫醫、毒龍
人類（夜魘）：火槍、小牛、死亡先知、小魚人、萊恩
選完英雄，AI對自身勝率的預測是60.8%，略低于上一局的陣容。
比賽前兩分鐘，雙方都在一片祥和中各自帶線，然而沒想到，人類中單Topson很快就送出了一血。
之后，人類代表們以驚人的速度潰敗。
5分鐘時，AI的信心就已經大幅上升，預測自己有80%的勝率；7分鐘，AI推掉了上路一塔；10分鐘，AI就已經領先人類4000金幣，多推了兩座塔，還為自己預估了95%的勝率。
11分鐘，AI已經攻上了OG的高地。
僅僅21分鐘，OG的基地被推掉，OpenAI Five輕松拿下第二局。直到比賽結束，OG拿下人頭還是個位數，被AI打成了46:6。
雖然這一局贏得異常輕松，不過對局過程中還是能看出AI在細節上有一些不足。比如說面對在復雜樹林中繞來繞去的人類，AI就無能為力。今天的比賽中，Ceb就靠繞樹林救了自己一命。
