Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта - Сергей Сергеевич Марков Страница 6

понимание естественного языка и умение производить произвольные рассуждения. С другой стороны, некоторые современные исследователи в области искусственного интеллекта считают, что сегодня попытки создания системы для прохождения теста Тьюринга — это лишь отвлечение внимания от более плодотворных направлений исследований[34]. Действительно, тест Тьюринга не является сегодня областью, популярной в рамках академических или коммерческих проектов. Рассуждая о причинах такого положения дел, Рассел и Норвиг приводят забавную аналогию с историей создания самолёта: «В инженерных текстах по авиационной технике, — пишут они, — нигде не говорится о том, что целью этой области является „создание машин, способных летать подобно голубям настолько, чтобы они могли обмануть других голубей“»[35].

Сегодня тест Тьюринга относят к группе так называемых ИИ-полных (AI-complete) задач, то есть таких задач, сложность которых делает их решение эквивалентным созданию AGI[36]. К таким задачам обычно относят задачу понимания естественного языка, машинный перевод, решение тестов Бонгарда[37] и тому подобное. Важно заметить, что ИИ-полнота — неформальный термин, так как строгого доказательства необходимости AGI для решения всех этих задач пока что не существует.

Тьюринг стремился дать чёткий и понятный пример, необходимый в дискуссии о философии искусственного интеллекта. Как заметил Джон Маккарти: «Маловероятно, что [философия ИИ] окажет больший эффект на практические исследования в области ИИ, чем философия науки в целом — на саму науку»[38].

Впрочем, некоторое отношение к современной практике тест Тьюринга всё-таки имеет, в одном из хорошо всем известных вариантов. Наверняка вам не раз приходилось вводить цифры или буквы с картинок, чтобы доказать, что вы не робот. Подобного рода тесты получили название «кáпча»[39]. В 2013 г. каждый день пользователям во всём мире приходилось проходить подобные тесты примерно 320 млн раз[40]. Старт этому масштабному противостоянию снаряда и брони был дан в 1997 г.[41], и с тех пор тесты постоянно приходится усложнять из-за появления всё новых и новых систем ИИ, способных справиться с их прохождением. Позже мы ещё несколько раз вернёмся к тесту Тьюринга — например, когда будем обсуждать прогресс в области обработки машинами естественного языка, а сейчас перейдём к не менее животрепещущей теме — машинному обучению.

1.3 Машинное обучение, его виды и области применения

Одно из распространённых заблуждений об искусственном интеллекте заключается в уверенности, что машины не могут учиться и, решая задачу, способны лишь следовать алгоритму — жёстко заданному программистами пошаговому сценарию.

В действительности то, что машины исполняют определённую программу, никак не мешает им учиться, для этого нужно только, чтобы программа воплощала тот или иной алгоритм обучения. В принципе, единственным необходимым для обучения условием является наличие у машины изменяемой памяти, но этим свойством машины обладают с давних пор.

В качестве самого простого примера обучения можно привести программу, которая при первом запуске спрашивает имя пользователя, которое затем запоминает, чтобы при следующих запусках обращаться к этому человеку по имени. Легко заметить, что поведение программы от запуска к запуску поменяется, то есть программа «научится» правильно обращаться к вам, хотя программисты, создавая программу, не указывали в ней вашего имени. Конечно, обучение может быть разным: как и человек, одним вещам машина может обучиться с лёгкостью, другие же пока что находятся за пределами возможностей современных технологий ИИ, и эта граница постоянно сдвигается по мере того, как очередные задачи сдаются под напором достижений науки и технологии.

Машинное обучение (machine learning) — направление в искусственном интеллекте, обычно использующее статистические техники для придания компьютерам способности «обучаться» (т. е. постепенно улучшать результаты, достигаемые при решении той или иной задачи), основываясь на некоторых данных, без явного программирования. Термин был изобретён Артуром Сэмюэлом в далёком 1959 г.[42] Выражаясь более формально, можно сказать, что машинное обучение занимается созданием систем ИИ, в которых параметры моделей вычисляются в ходе автоматического или автоматизированного процесса обучения. Машинное обучение тесно связано с такими направлениями, как вычислительная статистика и теория оптимизации: эти дисциплины выступают в роли поставщиков конкретных методов и инструментов, применяемых в машинном обучении.

Большинство современных прикладных систем искусственного интеллекта созданы с привлечением методов машинного обучения. Поэтому может показаться, что искусственный интеллект и машинное обучение почти тождественны, но на самом деле это не так. Со многими практическими задачами неплохо справляются старые добрые запрограммированные правила. Далее в книге мы увидим несколько примеров того, как построенные на основании правил системы могут демонстрировать весьма интеллектуальное поведение, производящее большое впечатление на внешнего наблюдателя.

И всё же сложнейшие из задач искусственного интеллекта требуют гораздо более гибких и мощных методов, поэтому машинное обучение сегодня — самое быстроразвивающееся направление в отрасли.

1.3.1 Виды машинного обучения

Рис. 3. Виды машинного обучения

Обычно машинное обучение разделяют на две большие категории в зависимости от наличия в обучающей системе обратной связи — некоторого сигнала, получаемого системой и содержащего информацию о том, является ли выбранное обучаемой моделью действие правильным (или неправильным). При наличии обратной связи задача машинного обучения называется задачей обучения с учителем [supervised learning].

Часто в качестве обратной связи используется ручная разметка, выполненная людьми. Например, обучая модель отличать изображения кошек от изображений собак, мы можем отобрать несколько десятков тысяч фотографий и вручную сопоставить каждой из них правильную метку — «кошка» или «собака». Такой набор данных, содержащий исходные данные (в нашем случае — фотографии) и метки, называется обучающей выборкой, а каждая пара, состоящая из исходных данных и ответа на них (в нашем случае — метки класса), — прецедентом[43].

Иногда обучающая выборка по тем или иным причинам содержит пробелы. Например, маленький ребёнок не знает вкуса многих объектов, встречающихся в окружающем мире, поэтому с особым интересом запихивает в рот те предметы, которые ему ранее не приходилось пробовать. В таком случае можно говорить о том, что мы имеем дело с активным обучением — ещё одной разновидностью обучения с учителем. При таком подходе модель сама выбирает необходимые для обучения эксперименты и пополняет их результатами обучающую выборку. Конечно, при этом следует заботиться о том, чтобы последствия экспериментов не обошлись нам слишком дорого.

Активное обучение является частным случаем парадигмы, получившей название «обучение с подкреплением» [reinforcement learning]. Термин «подкрепление» (положительное или отрицательное) был позаимствован у психологов, под ним понимается ответный сигнал внешней среды, который позволяет обучающемуся агенту делать выводы