聊聊本屆世界杯里的新玩意兒、新科技
2018-07-01 來源：raincent
把這些世界杯上的新科技?xì)w為兩類：視覺輔助一類，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)一類。我們先聊視覺輔助、再聊數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，最后再看看在大數(shù)據(jù)喂養(yǎng)下的機(jī)器學(xué)習(xí)“神算子”，算出的本次世界杯冠軍到底是誰?
視覺助理裁判
視頻助理裁判(Video Assisted Referees，簡稱 VAR)可能是今年世界杯最令人興奮的部分了!VAR 將在今年的比賽中首次作為裁判的附加助手使用。VAR 技術(shù)由一組位于遠(yuǎn)程視頻室的助理人員組成，他們將利用視頻技術(shù)幫主裁判做決定。
說起這些視頻助理裁判，還真是挺 “大牌”，他們只用在可能會(huì)決定一場球賽勝負(fù)的關(guān)鍵時(shí)刻，比如進(jìn)沒進(jìn)球、要不要紅牌罰下之類的。
首先由裁判決定需不需要用 VAR，如果裁判覺得有用 VAR 的必要，VAR 遠(yuǎn)程協(xié)助小組會(huì)在場外幕后播放錄像，然后會(huì)把結(jié)果通過裁判戴的耳麥傳給裁判。此時(shí)裁判有兩種選擇：如果選擇全盤相信 VAR，裁判就直接做決定;如果裁判仍然存疑，則可以自己在球場邊再看一遍錄像，然后再做決定。
在場邊看 VAR 裁判發(fā)來的錄像
本屆世界杯上 VAR 出盡風(fēng)頭、屢屢發(fā)威，尤其 6月 22 號(hào)巴西對(duì)哥斯達(dá)黎加的那場比賽，VAR 更是對(duì)比賽得分造成了決定性的影響：在主裁判判罰點(diǎn)球后，根據(jù)觀看 VAR 回放，主裁判又將點(diǎn)球取消—— 這在世界杯可是史無前例!
巴西名將內(nèi)馬爾當(dāng)時(shí)正在嘗試踩球過人，遇到哥斯達(dá)黎加中衛(wèi)岡薩雷斯的防守后，兩人發(fā)生身體接觸，內(nèi)馬爾慘叫一聲，四腳朝天倒在禁區(qū)內(nèi)動(dòng)不了了，主裁判因此第一時(shí)間判罰點(diǎn)球。
沒想到哥斯達(dá)黎加球員強(qiáng)烈抗議，主裁判只好走到場邊看視頻回放。然后沒想到的一幕發(fā)生了：回到場內(nèi)后，裁判宣布取消此前的點(diǎn)球判罰!
這是遠(yuǎn)鏡頭，的確看不太清：
喏，這是正面鏡頭，你自己判斷到底哥斯達(dá)黎加球員的手到底碰沒碰到內(nèi)馬爾的球衣、內(nèi)馬爾有沒有必要慘叫倒下。
放錯(cuò)了，這個(gè)才是：
這可真是人在做，VAR 在看。如果早幾十年有 VAR，不知道 1986 年阿根廷對(duì)陣英格蘭的 “上帝之手”、2002 年韓國世界杯韓國對(duì)陣西班牙等比賽的歷史，是否會(huì)被改寫。
那么，VAR 是怎么得到這些圖像的呢?這要得益于分布全場的33個(gè)攝像頭：
圖自 FIFA 官網(wǎng)
VAR 的鷹眼系統(tǒng)由英國 Roke Manor Research Limited 研發(fā)。33 臺(tái)廣播攝像機(jī)里，有 8 臺(tái)是慢動(dòng)作攝像機(jī)，還有 4 臺(tái)是超慢動(dòng)作攝像機(jī)。但其實(shí)我們看的球賽直播只是 33 臺(tái)攝像機(jī)里的 31 臺(tái)播的畫面，剩下 2 臺(tái)是 VAR 的專屬攝像機(jī)，只有 VAR 能看到里面的內(nèi)容。在淘汰賽階段，每個(gè)球門的后面會(huì)再安裝兩個(gè)超慢動(dòng)作攝像機(jī)，這也是只有 VAR 團(tuán)隊(duì)才能看的。
有意思的是，根據(jù)國際足聯(lián)規(guī)定，慢動(dòng)作攝像機(jī)主要用于關(guān)于客觀的事實(shí)情況的糾紛，比如到底手打到哪兒了;而主觀判斷—— 比如一個(gè)動(dòng)作到底有多犯規(guī)、或者一個(gè)手球是不是故意的 ——則只能用正常速度的攝像機(jī)。
說完了視覺助理，我們現(xiàn)在來說說本屆世界杯的另一個(gè)新趨勢：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。
電子體能跟蹤器
電子體能跟蹤器，又叫 EPTS(Electronic Performance and Tracking Systems)。它能跟蹤每名球員的位置、足球的位置，還能和加速度計(jì)、心跳監(jiān)控器等微機(jī)電設(shè)備一起，盡可能全方位地收集每位球員的體能信息。收集到的信息通過專門的渠道和設(shè)備，發(fā)給每支球隊(duì)的技術(shù)人員和隊(duì)醫(yī)，用以做決策。
這個(gè)跟蹤器放在什么位置比較好呢?有三種選擇，各有利弊：
裝在球場高處| 好處是能縱觀全局、不會(huì)影響球員，而且收集的數(shù)據(jù)很全面;壞處是有時(shí)容易被遮擋物擋住視線，而且組裝時(shí)間略長;
裝在緊鄰球場的周圍| 比如裝在球門附近、球場邊沿的白線附近。這種方法收集的數(shù)據(jù)更全面、更精確，但缺陷是它位置固定，比較死板。
圖自 FIFA 官網(wǎng)
裝在球員身上| 或者也可以把 GPS 芯片裝附著在球衣上。這么做的好處是安裝時(shí)間短、而且不像前兩種需要專人操作，很方便，GPS 芯片把收集到的數(shù)據(jù)發(fā)到衛(wèi)星上即可。壞處是比賽時(shí)其可能對(duì)球員產(chǎn)生干擾。
收集這些數(shù)據(jù)，主要是為了分析球員的表現(xiàn)和體能。有了這兩個(gè)數(shù)據(jù)，教練和隊(duì)醫(yī)在做 “要不要改變陣型” 或 “要不要把誰換下來、讓替補(bǔ)隊(duì)員上” 之類的重要決定時(shí)就不用靠猜的了。不僅如此，電子體能追蹤器還能提高效率、減少球員因體力不支而可能產(chǎn)生的傷病。
雖然美國國家隊(duì)今年沒有資格參加本次比賽，但美國足球聯(lián)合會(huì)已經(jīng)著手為 2022 年卡塔爾世界杯做準(zhǔn)備了(巧了!我們中國男足也在為 2022 年卡塔爾世界杯做準(zhǔn)備)。
美國足球最近與 GPS 跟蹤設(shè)備公司 STATSports 簽署了價(jià)值 15 億美元的協(xié)議，以監(jiān)測其 400 萬注冊足球運(yùn)動(dòng)員。從青年聯(lián)賽到國家隊(duì)，這些球員將用 APEX 運(yùn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，這個(gè)設(shè)備能追蹤一名球員的各種數(shù)據(jù)：跑步距離、速度、加速度、減速度、負(fù)荷和心率等等。
梅西身穿 STATSports 設(shè)備
美國能在訓(xùn)練時(shí)用這些設(shè)備，但不知道這對(duì)那些在貧困地區(qū)塵土飛揚(yáng)的小路上踢著礦泉水瓶、懷著足球夢的小孩來說，卻未必是個(gè)好消息。先進(jìn)設(shè)備固然能大大提升一支球隊(duì)的表現(xiàn)，但它有可能也讓那些來自經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的球隊(duì)更不容易出頭。畢竟不論更先進(jìn)的 VR 技術(shù)、還是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析，都需要經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力做支撐。
通過收集、分析某位球員的數(shù)據(jù)，我們能對(duì)其體能、技巧等有更細(xì)節(jié)的了解。但要說起對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，比起只有教練、專業(yè)人士才關(guān)心的技術(shù)分析，更能挑動(dòng)人神經(jīng)的恐怕是預(yù)測比賽結(jié)果。
機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測的比賽結(jié)果，能比章魚準(zhǔn)嗎?
一直以來為了預(yù)測比賽結(jié)果，我們可沒少費(fèi)心思。從 14 場比賽正確預(yù)測 12 場的章魚保羅：
到指誰誰害怕的貝利 “烏鴉嘴”：
但說到底，這些所謂 “預(yù)測” 幾乎就是猜。在機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測世界杯結(jié)果會(huì)不會(huì)更準(zhǔn)確些呢?
《麻省理工科技評(píng)論》報(bào)道，如果我們用最近幾年研發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)預(yù)測世界杯結(jié)果，就很有可能比主要靠猜的傳統(tǒng)預(yù)測更準(zhǔn)確!
科學(xué)家們用來預(yù)測本屆世界杯比賽結(jié)果的方法叫 “隨機(jī)森林方法”(Random Forest approach)。就像樹從主干到最末端的小樹枝一遍一遍地一分二一樣，如果說最終的比賽結(jié)果是樹最頂端的一顆小樹枝，那么樹木的每次分叉就對(duì)應(yīng)著一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(比賽誰輸誰贏)，而通過參考一組訓(xùn)練數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)能估計(jì)每個(gè)分支的潛在發(fā)生概率，以 “預(yù)測” 出本屆世界杯最終獲勝的球隊(duì)。
大多數(shù) “決策樹” 在后期都會(huì)因?yàn)椴豢煽恳蛩剡^多而影響決策模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些決策由于不一致和分散的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(training data)而失真，這種現(xiàn)象叫做 “過度擬合”(overfitting)。而 “隨機(jī)森林方法” 則通過多次計(jì)算隨機(jī)分支的結(jié)果來盡量讓結(jié)果準(zhǔn)確。“隨機(jī)森林方法” 取多次隨機(jī)決策樹的平均值，以此繞過 “過度擬合”。
在這個(gè)研究 “到底誰能獲勝” 的模型里，有些考量的因素是我們能想到的，比如該球隊(duì)在國際足聯(lián)排名、球員平均年齡、球隊(duì)里有多少名球員在冠軍聯(lián)賽踢球等因素。
除了這些明顯對(duì)預(yù)測結(jié)果有幫助的因素，這個(gè)模型還包含了一些看似無關(guān)緊要的因素，比如國家人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、甚至包括執(zhí)教教練的國籍。
該團(tuán)隊(duì)模擬了足足 10 萬次足球比賽，并根據(jù) 2002 年到 2014 年之前所有比賽的成績(數(shù)據(jù)可以說是很充分了)，使用了三種不同的建模方法。
用這種方式預(yù)測出來的本屆世界杯冠軍是...
西班牙!
根據(jù)預(yù)測結(jié)果，西班牙奪冠的概率是 17.8%。如果說這個(gè)概率還不是很 “自信” 的話，這個(gè)預(yù)測說西班牙能沖進(jìn)四強(qiáng)的概率則高出不少，足足有 73%!可以說是相當(dāng)有信心了。
而這個(gè)研究對(duì)衛(wèi)冕冠軍德國隊(duì)的預(yù)測是：
“能不能闖出小組賽難說，但如果小組賽沒被淘汰，德國隊(duì)進(jìn)四強(qiáng)的幾率高達(dá) 58%。”
這讓小探想起一周前墨西哥 1-0 擊敗德國時(shí)，不論中外媒體幾乎都用了 “爆冷” 這個(gè)詞，這個(gè)結(jié)果倒是在一定程度上證明了這項(xiàng)研究有一定的準(zhǔn)確性。
好在今天凌晨在德國隊(duì) - 瑞典的比賽中，德國戰(zhàn)車終于發(fā)威 2-1 擊敗瑞典!這才是德國戰(zhàn)車的精神!!!德國球迷的心情終于也陰轉(zhuǎn)晴。
輸給墨西哥的德國：
贏了瑞典：
不過按照這種方法計(jì)算，中國男足來自一個(gè)人口眾多的國家(加分)、中國 GDP 也全球第二(加分)，但連世界杯的門兒都摸不到... 難道這種模型不適用于中國男足?
當(dāng)然，或許是中國男足的世界排名太低了，拉了這項(xiàng)預(yù)測的后腿。中國男足全球排名低到什么程度了呢?這么說吧，下次你再抱怨網(wǎng)速太慢的時(shí)候請(qǐng)牢牢記住，我們的網(wǎng)速世界排名都比國足要高。
話說回來，如果機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測方法在此次世界杯上被證明很準(zhǔn)確的話，恐怕會(huì)對(duì)賭球行業(yè)產(chǎn)生重大影響。小探奉勸大家一句：享受比賽、愛惜錢包、謹(jǐn)慎賭球...
說了這么多，本屆世界杯你最看好哪支球隊(duì)奪冠?歡迎留言討論!
阿根廷：你們聊你們的，別管我...
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