Антология машинного обучения. Важнейшие исследования в области ИИ за последние 60 лет - Терренс Дж. Сейновски

из первых, кто изучал новый подход к развитию ИИ, основанному на нейронных сетях, и меня удостоили чести побывать в святая святых ИИ. Я прибыл в МТИ до полудня и был тепло встречен Дертузосом. Он написал книгу о будущем компьютерных технологий, что дало нам почву для беседы. Когда мы ехали в лифте, чтобы пообедать, он сказал мне, что на их факультете есть особая традиция: за обедом студенты разговаривают с лектором, и у меня будет пять минут, чтобы начать беседу. «И кстати, – добавил он, – они ненавидят то, что вы делаете».

Столовая была битком набита народом, что даже удивило Дертузоса. Ученые стояли в три ряда: в первом – старшие преподаватели, во втором – младшие, а за ними, в третьем ряду, студенты. Я, конечно, не считал, но там было человек сто. Я стоял в центре, перед буфетом, как главное блюдо. Что интересного я мог сказать за пять минут людям, которые ненавидят мою работу?

Тогда я решил импровизировать. «Мозг мухи состоит всего из ста тысяч нейронов; он весит миллиграмм и потребляет милливатт энергии, – сказал я, сочиняя свою речь буквально на ходу. – Муха может видеть, летать, ориентироваться в пространстве и находить еду. Но что более примечательно, у нее есть репродуктивная функция. В МТИ есть суперкомпьютер стоимостью в десять миллионов долларов, он потребляет мегаватт энергии и охлаждается огромным кондиционером. Но самое дорогое в нем – жертвы в лице программистов, жаждущих утолить свой ненасытный голод к составлению программ. Этот суперкомпьютер, хоть и умеет контактировать с другими компьютерами, не может видеть, летать, спариваться и размножаться. Почему же?»

Рис. 2.5. Автор во время посещения МТИ в 1988 году. Монитор на заднем плане напоминает о статическом электричестве, которое заставляло мои волосы вставать дыбом

После долгой паузы один из старших преподавателей ответил: «Потому что мы еще не написали программу зрительного восприятия». Министерство обороны США недавно вложило 600 миллионов долларов в десятилетний проект «Стратегической компьютерной инициативы»[51], который продвинулся лишь на шаг в вопросе компьютерного зрения, что позволило создать самозаправляющийся танк. «Удачи!» – таков был мой ответ им.

Присутствовавший там Джеральд Сассман, сделавший несколько важных открытий, которые приблизили ИИ к реальному миру (в числе его изобретений – система высокоточной интеграции для орбитальной механики), начал отстаивать подход МТИ к ИИ, ссылаясь на работу Алана Тьюринга, доказавшего, что изобретенная им машина может вычислить любую вычислимую функцию.

«И сколько времени это займет? Вам нужно работать быстрее, иначе вас съедят!» – сказав это, я пошел наливать себе кофе. Мой диалог с представителями факультета был закончен.

На этот вопрос может ответить каждый студент из моей лаборатории. После того как разошлись первые два ряда зрителей, студент из третьего ряда предложил свой вариант: «Цифровой компьютер – устройство общего назначения, который можно запрограммировать на вычисление всего, что угодно, однако не всегда удачно. Муха – компьютер специального назначения, который может видеть и летать, но не может проверить баланс моего счета». Это был верный ответ. Глаза мухи эволюционировали сотни миллионов лет, и зрительные алгоритмы встроены в эту систему. Именно поэтому мы можем воссоздать зрение мухи, разработав схему подключения к потоку информации и продвижения по нему через нейронные сети, и не можем сделать это для цифрового компьютера, который требует программного обеспечения, указывающего, какая задача сейчас решается.

Я узнал младшего преподавателя, улыбавшегося в задних рядах. Однажды я пригласил его на семинар по компьютерной нейробиологии в Вудсхоулской лаборатория биологии моря на полуострове Кейп-Код[52]. Родни Брукс родом из Австралии, в 1980-х годах он работал в Лаборатории искусственного интеллекта в МТИ и создавал шагающих роботов-насекомых, используя код, не зависящий от цифровой логики. В конечном итоге он стал главой этой лаборатории и основал компанию iRobot, производящую роботы-пылесосы Roomba[53].

Большой зал, где я читал свою лекцию, был заполнен студентами старших курсов, устремленными в будущее, а не обращающимися к прошлому. Я говорил о нейронной сети, научившейся играть в нарды, – проекте Джеральда Тезауро, физика из Центра исследования сложных систем[54] в Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне. В нардах два игрока стремятся привести к финишу свои фишки, по очереди бросая кости. Эта игра очень популярна на Ближнем Востоке, и некоторые даже зарабатывают ею себе на жизнь.

Это еще один подход к созданию ИИ. Написать программу, основанную на логике и эвристических алгоритмах, для обработки всех вероятных позиций на доске – невыполнимая задача, учитывая, что есть 1020 возможных положений. Вместо этого сеть научилась играть с помощью распознавания образов, наблюдая за игрой учителя[55]. Джеральд Тезауро создал первую программу для игры в нарды, освоившую ее на уровне мировых чемпионатов за счет особой нейросети. Об этом будет рассказано в главе 10.

После лекции я узнал, что утром на первой полосе New York Times была опубликована статья о сокращении государственного финансирования исследования ИИ. Это было началом «зимы ИИ», но коснулось меня, так как начался расцвет нейронных сетей.

Оглядываясь назад, я удивляюсь, как смог пережить тот вечер. У нас была новая траектория развития ИИ, но понадобилось двадцать пять лет, чтобы создать работающие приложения для компьютерного зрения, речи и языка. Я должен был предположить, что это займет столько времени. В 1978 году, будучи аспирантом в Принстонском университете, я применил закон Мура, который гласит, что компьютерные мощности растут по экспоненте и удваиваются каждые 18 месяцев, чтобы посмотреть, сколько времени займет достижение компьютерами мощности человеческого мозга. Я пришел к выводу, что это случится в 2015 году. К счастью, это не остановило меня, и я продолжил двигаться вперед. Моя вера в нейронные сети была основана на интуитивной уверенности, что раз природа справилась, то мы должны перенять у нее способ решения данной проблемы. Те тридцать пять лет, которые я ждал, – всего лишь миг по сравнению с сотнями миллионов лет, потребовавшихся природе.

Внутри зрительной коры мозга нейроны расположены иерархичными слоями. По мере того как информация трансформируется слой за слоем, представление о мире становится все более абстрактным. Десятилетия, по мере увеличения числа слоев в искусственных нейронных сетях, их производительность продолжала расти, пока наконец не был достигнут критический порог, который позволил решить задачи, казавшиеся невозможными в 1980-х годах. Глубокое обучение автоматизировало поиск отличительных черт, позволяющих опознавать объекты на изображении. Вот почему компьютерное зрение сейчас гораздо лучше, чем пять лет назад.

К 2016 году компьютеры стали в миллион раз быстрее, а компьютерная память увеличилась