Метод обратного распространения ошибки (backpropagation) алгоритм, используемый в системах глубокого обучения. Информация, поступающая в нейронную сеть, распространяется обратно через слои нейронов, вызывая у некоторых из них изменение настроеквесов (см. ниже «Обучение с учителем»). Так постепенно сеть находит правильный ответ. В 1986 г. Джеффри Хинтон стал соавтором первой полноценной статьи на эту тему, о чем более подробно вы узнаете из интервью с ним.
Еще более непонятный терминградиентный спуск (gradient descent) относится к математической технике, которую алгоритм обратного распространения использует для уменьшения ошибки в процессе обучения сети.
Встречаются в книге и термины, относящиеся к типам или конфигурациям нейронных сетей: рекуррентные (recurrent) и сверточные (convolutional) сети, а также машины Больцмана (Boltzmann machines). Различия обычно сводятся к способам связи нейронов. Детальное рассмотрение этих понятий выходит за рамки книги. Тем не менее я попросил объяснить их Яна Лекунаизобретателя сверточной архитектуры, которая широко используется в распознавании объектов на изображениях.
Термин байесовский (bayesian) можно перевести как «вероятностный». Он встречается в таких сочетаниях, как «байесовские методы машинного обучения» или «байесовские сети». Они относятся к алгоритмам, которые используют вероятностные зависимости. Термин назван в честь священника Томаса Байеса (17011761), который сформулировал способ обновления вероятности события после возникновения другого, статистически взаимозависимого с ним. Байесовские методы очень популярны как среди специалистов по теории вычислительных машин и систем, так и среди ученых, моделирующих человеческое познание. Больше всего по этой теме рассказал Джуда Перл.
Способы обучения ИИ-систем
Существуют разные типы машинного обучения. Решающую роль в развитии искусственного интеллекта играют инновации, то есть новые способы обучения систем ИИ.
При обучении с учителем (supervised learning) алгоритму передаются структурированные, классифицированные и снабженные метками данные. Например, чтобы научить систему глубокого обучения распознавать на снимках собак, ей нужно предоставить много тысяч (или даже миллионов) изображений этого животного с меткой «собака». Кроме того, потребуется огромное количество изображений без собаки с меткой «нет собаки». После обучения можно показывать системе новые фотографии, и она будет определять наличие на них собаки на уровне, превосходящем возможности обычного человека.
Обучение с учителемнаиболее распространенный метод, применяемый в современных системах ИИ. На его долю приходится около 95 % практических приложений. Именно оно послужило основой машинного перевода (после обучения на миллионах предварительно переведенных документов) и ИИ-систем диагностики (после обучения на снимках с пометками «рак» и «нет рака»). К сожалению, для такого обучения требуются огромные объемы маркированных данных. Именно поэтому лидирующее положение в технологии глубокого обучения занимают такие компании, как Google, Amazon и Facebook.
Обучение с подкреплением (reinforcement learning), по сути, представляет собой обучение на практике или методом проб и ошибок. Система учится не на правильных размеченных данных, а самостоятельно ищет решение, получая подкрепление в случае успеха. Это напоминает дрессировку животных, которым в случае правильных действий дается кусочек вкусной еды. Именно обучение с подкреплением применялось для построения систем ИИ, играющих в игры. Из интервью с Демисом Хассабисом вы узнаете, что компания DeepMind использовала этот тип обучения для разработки компьютерной системы AlphaGo.
Проблема обучения по этому алгоритму заключается в необходимости огромного количества тренировочных попыток. Поэтому он применяется в основном для игр или для задач, которые можно воспроизводить на компьютере с высокой скоростью. Обучение с подкреплением можно использовать при разработке беспилотных автомобилей, но не для их эксплуатации на реальных дорогах. Виртуальные машины обучаются в искусственной среде, а после завершения обучения программное обеспечение устанавливается на реальные автомобили.
Обучение без учителя (unsupervised learning) обеспечивает непосредственное обучение на поступающих из окружающей среды неструктурированных данных. Именно так учатся люди. Например, дети учатся говорить, слушая речь родителей. Разумеется, человек использует и другие типы обучения, но самым характерным для него остается наблюдение и неконтролируемое взаимодействие с окружающей средой.
Обучение без учителяодин из наиболее многообещающих путей развития ИИ. Только представьте системы, умеющие обучаться сами без подготовки данных. Но их разработкаодна из самых сложных задач. Ее решение станет важной точкой на пути к созданию сильного ИИ.
Термин сильный ИИ обозначает истинно мыслящую машину, изначальную цель создания ИИ. Еще его называют интеллектом, сравнимым с человеческим разумом. Примеры сильного ИИ можно наблюдать в научной фантастике: компьютер HAL 9000 из «Космической одиссеи», главный компьютер космического корабля «Энтерпрайз» (или Дэйта) из «Звездного пути», андроид C3PO из «Звездных войн» и агент Смит из «Матрицы». Все эти вымышленные системы могли пройти тест Тьюринга (Turing test), то есть вести беседу как человек. Этот тест был предложен Аланом Тьюрингом в статье 1950 г. «Вычислительные машины и разум», которую можно считать основополагающей работой в области ИИ.
Есть вероятность, что когда-нибудь появится cуперинтеллект (superintelligence), или машина, превосходящая интеллектуальные способности любого человека. Это может произойти в результате простого увеличения аппаратных мощностей и быть ускорено самосовершенствованием этой машины. Так она запустит «рекурсивный цикл улучшения» или «быстрый интеллектуальный взлет», создавая проблему «выравнивания», если вступит в противоречие с интересам человека.
Иошуа Бенджио
ИИ, который существует сейчас и может появиться в обозримом будущем, не понимает и не чувствует нормы морали".
Директор Монреальского института алгоритмов обучения (MILA), доктор computer science, профессор кафедры информатики и математических методов Монреальского университета, соруководитель проекта Learning in Machines & Brains Канадского института перспективных исследований (CIFAR)
Иошуа Бенджио широко известен как один из пионеров глубокого обучения. Он активно продвигал исследования нейронных сетей, в частности обучение без учителя, и стал соавтором книги «Глубокое обучение» одним из основных учебников по одноименному предмету.
Мартин Форд: Вы играете ведущую роль в исследованиях ИИ, поэтому начать мне хотелось бы с вопроса о том, какие исследовательские проблемы стоят на пути к сильному ИИ.
Иошуа Бенджио: До создания ИИ, сравнимого с человеческим, нам еще очень далеко. Нужно понять, к примеру, почему невозможно создать машину, которая понимала бы окружающую действительность так же, как человек. Чего нам не хватает: обучающих данных или вычислительных мощностей? Многие считают, что причина состоит в отсутствии необходимых базовых компонентов, например, умения видеть причинно-следственные связи в данных, которое позволяет делать обобщения и находить правильные ответы в условиях, отличных от тренировочных.
Человек может представить, как он переживет новый для себя опыт. Например, если вы никогда не попадали в автомобильную аварию, вы все равно сможете прокрутить у себя в голове такую ситуацию и принять правильное решение. Обучение с учителем помогает компьютеру находить статистические закономерности в поставляемых данных, которые заранее классифицированы и размечены людьми.
Многие исследования пока не дали значимых результатов. Компьютер не может автономно приобретать знания о мире, воздействовать на него и наблюдать результат воздействия. Ответы на вопрос, как это реализовать, ищем не только мы.
М. Ф.: Какие проекты в настоящее время можно считать первостепенными в области глубокого обучения? Мне первым делом вспоминается программа AlphaZero. Есть ли другие?