Верховный алгоритм. Как машинное обучение изменит наш мир - Педро Домингос

Розенблюм и Ньюэлл применили свою программу образования фрагментов для решения ряда проблем, измерили время, необходимое для каждой попытки, и — подумать только — получили ряд степенных кривых. Но это было только начало. Ученые встроили образование фрагментов в Soar — общую теорию познания, над которой Ньюэлл работал с Джоном Лэрдом[106], еще одним своим студентом. Программа Soar не действовала в рамках заданной иерархии целей — она умела определять новые подпроблемы и решать их каждый раз, когда сталкивалась с препятствием. Формируя новый фрагмент, Soar обобщала его, чтобы применить к схожим проблемам при помощи метода, похожего на обратную дедукцию. Образование фрагментов в Soar оказалось хорошей моделью не только для степенного закона практики, но и для многих феноменов обучения. Его можно было применять даже для получения нового знания путем разбивки данных на фрагменты и аналогии. Это привело Ньюэлла, Розенблюма и Лэрда к гипотезе, что образование фрагментов — единственный механизм, необходимый для обучения, иными словами — Верховный алгоритм.

Ньюэлл, Саймон, их студенты и последователи были классическими специалистами по искусственному интеллекту и твердо верили, что самое главное — решать проблемы. Обучающийся алгоритм может быть простым и ехать на закорках у мощного решателя задач. Действительно, обучение — просто еще один вид решения проблем. Ньюэлл и его соратники сосредоточили усилия на сведении всего обучения к образованию фрагментов, а всего познания — к Soar, но не достигли успеха. Проблема заключалась в следующем: по мере того как решатель задач узнавал все больше фрагментов, а сами фрагменты усложнялись, цена их проверки часто становилась слишком высокой, и программа не ускорялась, а замедлялась. Людям каким-то образом удается этого избежать, но ученые пока не разобрались, как именно. В довершение всего попытки свести обучение с подкреплением, обучение с учителем и все остальное к образованию фрагментов порождало больше проблем, чем решало. В итоге разработчики Soar признали поражение и встроили в программу другие типы обучения в качестве отдельных механизмов. Но, несмотря на это, разбивка на фрагменты остается выдающимся примером обучающегося алгоритма, вдохновенного психологией, и настоящий Верховный алгоритм, какой бы он ни был, несомненно будет уметь совершенствоваться с практикой.

Метод образования фрагментов и обучение с подкреплением используются в бизнесе не так широко, как обучение с учителем, кластеризация и понижение размерности, но есть и более простой тип обучения путем взаимодействия со средой: определение последствий (и действие в соответствии с полученной информацией). Если домашняя страница вашего интернет-магазина голубого цвета и вы задумываетесь, не сделать ли ее красной для повышения продаж, протестируйте новый вариант на 100 тысячах случайно отобранных клиентов и сравните результаты с теми, кто видел обычный сайт. Эту методику, называемую A/B-тестированием, поначалу применяли в основном при испытаниях лекарств, но с того времени она распространилась на многие области, где данные под рукой — от маркетинга до предоставления помощи иностранным государствам. Его можно обобщить для одновременной проверки многих сочетаний изменений, не запутываясь, какие изменения ведут к каким приобретениям (или потерям). Amazon, Google и другие компании верят этому тестированию безгранично. Вы, скорее всего, сами того не подозревая, участвовали в тысячах A/B-тестов. Этот метод показывает ошибочность расхожего мнения, что большие данные хороши для нахождения корреляций, но не причинно-следственных связей. Если оставить в стороне философские тонкости, определение причинности — нахождение последствий действий, и оно доступно каждому — от годовалого ребенка, который плещется в ванночке, и до президента, ведущего кампанию по переизбранию, — был бы поток данных, на который есть возможность влиять.

Если мы одарим нашего Робби всеми способностями к обучению, которые до сих пор видели в этой книге, он будет достаточно умным, но немного аутичным. Мир для него окажется скоплением отдельных предметов: он начнет узнавать их, манипулировать ими и даже делать в их отношении прогнозы, но не будет понимать, что мир — это сеть взаимосвязей. Робби-врач станет ставить диагнозы человеку с гриппом на основе симптомов, но не заподозрит свиной грипп на том основании, что пациент контактировал с носителем вируса. До появления Google поисковые движки решали, соответствует ли веб-страница вашему запросу, заглядывая в ее содержимое, — что еще можно сделать? Идея Брина и Пейджа заключалась в том, что самый сильный признак, указывающий на то, что страница подходит, — это ссылки на нее с других подходящих страниц. Аналогично, если вы хотите предсказать, рискует ли подросток начать курить, — лучшее, что вы можете сделать, — проверить, курят ли его близкие друзья. Форма фермента неотделима от формы молекул, которые он переносит, как замок неотделим от ключа. Хищника и жертву объединяют сильно взаимосвязанные свойства, каждое из которых эволюционировало, чтобы победить соперника. Во всех этих случаях лучший способ понять сущность — будь то человек, животное, веб-страница или молекула, — понять, как она связана с другими сущностями. Для этого требуется новый род обучения, который относится к данным не как к случайной выборке не связанных друг с другом объектов, а как к возможности взглянуть на сложную сеть. Узлы в этой сети взаимодействуют: то, что вы делаете с одним, влияет на другие и возвращается, чтобы повлиять на вас. Реляционные обучающиеся алгоритмы, как они называются, могут не иметь социальных навыков, но близки к этому. В традиционном статистическом обучении каждый человек как остров, вещь в себе. В реляционном обучении люди — кусочки континента, часть главного. Они реляционные обучающиеся алгоритмы, связанные и подключенные друг к другу, и, если мы хотим, чтобы Робби вырос восприимчивым, социально адаптированным роботом, его тоже надо подключить.

Первая сложность, с которой мы сталкиваемся, заключается в следующем: если данные образуют одну большую сеть, вместо большого числа примеров для обучения у нас, видимо, будет всего один, а этого недостаточно. Наивный байесовский алгоритм узнает, что высокая температура — один из симптомов гриппа, путем подсчета больных гриппом пациентов с лихорадкой. На основе одного случая он либо сделает вывод, что грипп всегда вызывает высокую температуру, либо что он никогда ее не вызывает. И то и другое ложно. Мы хотели бы определить, что грипп — заразная болезнь, посмотрев на паттерны инфекции в социальной сети — группа зараженных людей тут, группа незараженных там, — но посмотреть мы можем только на один паттерн, даже если он представляет собой сеть из семи миллиардов людей, поэтому неясно, как тут делать обобщения. Ключ к решению — обратить внимание на то, что при погружении в большую сеть в нашем распоряжении оказывается много примеров пар. Если у пары знакомых выше вероятность заболеть гриппом, чем у пары людей, которые никогда не встречались, то знакомство с заболевшим делает и вас уязвимее для этой болезни. К сожалению, не получится просто посчитать в имеющихся данных пары знакомых, где оба больны гриппом, и превратить результат в вероятность. Дело в том, что знакомых у людей много и все парные вероятности не сложатся в связную модель, которая позволит, например, вычислить риск гриппа, зная, какие знакомые больны. Когда примеры не были связаны между собой, этой проблемы не возникало: ее не будет, скажем, в обществе бездетных пар, каждая из которых живет на собственном необитаемом острове. Но такой мир нереален, и эпидемий в нем не появится в любом случае.