電腦科學家的把關工作
公佈於2021年01月13日

麥佩嬈是2017年裘槎獎學金得主,她參加香港科技大學舉辦的電腦編程暑期課程時只有15歲,當時的她對電腦編程認識有限,但還是決定放手一試。這次經驗使麥佩嬈對電腦科學產生興趣,奠定她未來的事業和研究工作方向,希望可以加深人們對機器學習的了解。

這個經驗當時曾經讓麥佩嬈感到氣餒,因為她覺得學校所教的數學是微不足道的,現年25歲的麥佩嬈回顧當時的想法:「你只需要把數學題輸入電腦,就能夠輕易得到答案。」麥佩嬈當時認為高中數學變得沉悶,如果電腦的運算能力比自己強,學習數學亦只是浪費時間,因此她決定轉讀電腦科學。

麥佩嬈高中生涯的最後兩年在英國威爾特郡的寄宿學校聖瑪麗卡恩女子中學(St Mary’s Calne)渡過,目前她在牛津大學進行博士研究。直至今天,她仍然非常感激當初寄宿學校老師的建議,那位老師說服麥佩嬈修讀雙學位,因此她在牛津大學選擇修讀為期4年的數學與電腦科碩士課程,並於2016年以一級榮譽畢業,麥佩嬈表示:「原來修讀數學真的有助我更理解電腦科學。」

「電腦科學從數學中藉鑑了很多概念,這或多或少就是我現在如何看待我的研究。」

麥佩嬈的研究目標是借用數學將資料編排成電腦能夠理解的格式,這樣程式設計師就不需要理解背後的數學概念,她說:「我的研究範疇一般被稱為電腦的語義學,著重研究電腦及電腦功能的意義。」

雖然麥佩嬈參加科技大學的暑期課程後,曾認為電腦處理數學的能力比她強,「但現在我才發現電腦根本不受數學限制。」這不禁讓人思考電腦為什麼可以理解編碼,以及電腦能否根據編碼人員的指令作出相應行為。

麥佩嬈表示,要了解電腦以及預測程式的運作效果一般有兩種方法,其中之一是評估每一行編碼所帶來的結果,另外一個方法就是利用數學把程式展開,以了解程式的有效度,「我們進行研究時,兩個方法都會嘗試使用,並留意兩者有何共通之處。」

為取得研究成果,她不但獨自進行相關研究項目,同時亦加入了由牛津大學電腦科學系教授兼研究生總監Luke Ong領導的項目團隊。英國因應新型冠狀病毒疫情而封城的時候,她留在與其他學生合租的房子裏,於自己的房間內繼續進行研究工作,並利用視訊軟體Zoom與團隊溝通。

麥佩嬈說她正嘗試了解機率(probabilistic)和可微分(differentiable)這兩種數學為程式語言。2020年2月,她與Luke Ong教授於arXiv網站共同發表了研究成果[2]。arXiv是一個公開的科學論文資料庫,由美國康奈爾大學資助和營運。2020年4月,她與指導教授和兩名同事,再一次於arXiv發表了研究結果[3],以數學與電腦科學概念中的遞歸(recursion)和制約(conditioning),展示高階統計機率程式的微
分特性。

她解釋,雖然程式設計師負責編寫程式,但是把程式轉譯成機器能夠理解的格式,則是編譯器的工作。現代的程式語言基本上都有屬於自己的編譯器,餘下的程式語言都在對程式理論毫無了解的情況下臨時編譯,因此即使是同一個程式,使用不同的編譯器都有可能帶來不同的結果,而程式設計師未必能夠察覺到這個情況。

麥佩嬈以「黑盒」形容機器學習,人們對它的認識不多,很多研究團隊都嘗試理解機器學習的性質以及機器表現優良的原因,她表示:「我們非常需要了解電腦及其能力——這是我對這個領域感興趣的原因之一。我們嘗試理解電腦能夠成功運作的原因,以及它運作的方法。雖然我們對可微分語言的研究成果有所保留,但我可以說我們研究機率語言的進展良好。」

她在學校的時候數學成績很好,「我尤其喜歡數學的準確度,相反人文學科成績就不是很好。我發現解答人文學科的方法有成千上萬種,但數學的解答方法通常只有一種。」

到目前為止,她仍然對純粹的研究工作和數學比較感興趣,但她承認各個領域的界線越來越模糊,機器學習的成功表示電腦科學家亦需要了解法律和哲學。麥佩嬈說:「機器學習是個跨學科的研究,非常有趣。」她在大學的電腦科學系和統計系的朋友和同事都在進行跨學科的工作,而牛津大學現在亦已提供法律和電腦科學的聯合學士課程。「數學家和研究人員在做純粹數學的研究時都比較容易脫離現實,如果要把研究成果應用至現實生活,研究就需要跟人類有某程度上的關聯。」

麥佩嬈距離牛津大學博士畢業還有一年,她認為自己畢業後的研究工作發展有兩大方向,她可能會申請其他大學的博士後學位以拓展視野:「我可能會嘗試更多應用性質的工作,看看編譯器怎樣利用理論去翻譯程式。」另一個選擇是嘗試開始做產業研究,「每個行業都有做研究,而且研究的質量都不錯,谷歌、微軟、臉書和優步都有在我的領域進行研究。」

麥佩嬈現時在牛津大學修讀電腦科學哲學博士課程,主要研究電腦語義學,包括利用數學去評估、了解和闡釋程式語言,以協助程式設計師達到他們想要的結果。在香港出生的麥佩嬈就讀瑪利諾修院學校,隨後到英國威爾特郡(Whiltshire)寄宿學校聖瑪麗卡恩女子中學(St Mary’s Calne)完成高中學業,並在牛津大學修讀數學和電腦科學的碩士課程,於2016年以一級榮譽畢業。

延伸閲讀:

  1. 麥佩嬈在裘槎基金會的個人專頁: https://scholars.croucher.org.hk/scholars/pui-yiu-carol-mak
  2. 麥佩嬈於2020年2月刊登在arXiv的學術論文(只提供英文版本): https://arxiv.org/abs/2002.08241
  3. 麥佩嬈於2020年4月刊登在arXiv的學術論文(只提供英文版本): https://arxiv.org/abs/2004.03924