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

на Китай подобное тому, какое первый искусственный спутник Земли, запущенный СССР в 1957 году, оказал на США. Пекин тратит миллиарды на поддержку области ИИ, финансируя амбициозные проекты, стартапы и научные исследования, чтобы выйти в лидеры к 2030 году[349]. У Китая в распоряжении огромное количество медицинских и личных данных и, в отличие от западных демократий, он меньше беспокоится о конфиденциальности. А у кого больше данных, тот и выигрывает, что меняет расклад для Китая.

Более того, Китай хочет «интегрировать ИИ в управляемые ракеты, использовать его для отслеживания людей с помощью камер видеонаблюдения, осуществлять цензуру в Интернете и даже предсказывать преступления»[350]. Между тем политические лидеры в США планируют сократить финансирование научных исследований и разработки технологий. В 1960-х годах США вложили 100 миллиардов долларов в космическую гонку[351], которая привела к созданию спутниковой индустрии, дала США лидерство в области микроэлектроники и материалов и с политической трибуны заявила о сильных сторонах страны в науке и технике. Те инвестиции все еще продолжают окупаться, поскольку это единственные отрасли, где США по-прежнему конкурентоспособны. Сегодня на вершину пьедестала рвется Китай, активно финансируя гонку ИИ, и эти инвестиции могут обеспечить им лидерство в нескольких ключевых отраслях в XXI веке.

Современные приложения с ИИ основаны на фундаментальных исследованиях, проведенных 30 лет назад. Приложения через 30 лет будут зависеть от той теоретической работы, что проводят сегодня, но лучшие из лучших исследователей трудятся на промышленность и сосредоточены на продуктах и услугах, которые внедрят в ближайшем будущем. Нам очень не хватает вычислительных мощностей, чтобы достичь человеческого уровня интеллекта. Сейчас в сетях глубокого обучения миллионы единиц и миллиарды весов. Это в десять тысяч раз меньше, чем число нейронов и синапсов в коре головного мозга человека, где на каждый кубический миллиметр приходится миллиард синапсов. Если бы все датчики в мире были подключены к Интернету и соединены между собой глубокими учебными сетями, однажды он мог бы проснуться и сказать: «Привет, мир!»[352]

Глава 13. Эпоха алгоритмов

В июне 2016 года я был в Сингапуре, где в Наньянском технологическом университете в течение недели проходило обсуждение «Фундаментальные проблемы науки». Темы дискуссий были самыми разными: от космологии и эволюции до государственной политики в отношении науки[353]. Брайан Артур – экономист, сильно интересующийся информационными технологиями[354], – говорил об алгоритмах. Он отметил, что в прошлом технологии основывались на законах физики, которые описывались дифференциальными уравнениями. В XX веке мы добились глубокого понимания физического мира, используя уравнения и математику непрерывных переменных[355] как главный источник идей. Непрерывная переменная плавно изменяется во времени и пространстве. Однако в основе технологий сегодняшнего дня лежат алгоритмы. В XXI веке мы успешно постигаем природу сложности[356] в компьютерных науках и биологии с помощью дискретной математики и алгоритмов. Артур преподает в Институте Санта-Фе в Нью-Мексико – одном из многих центров, возникших в XX веке для исследования сложных систем[357].

Алгоритмы окружают нас. Вы используете алгоритмы каждый раз, когда что-то гуглите[358]. Новости, которые вы читаете в ленте новостей Facebook, выбираются по алгоритму, основанному на истории ваших просмотров, что влияет на ваш эмоциональный отклик[359]. Алгоритмы внедряются в вашу жизнь все быстрее, поскольку глубокое обучение дает вашему смартфону возможность распознавать речь и естественный язык.

Что такое алгоритм? Алгоритм – это процесс, выполняющийся шаг за шагом, или набор правил, которым необходимо следовать при выполнении расчетов или решении задачи. Слово «алгоритм» происходит от латинского algorismus, составленного из имени Аль-Хорезми, персидского математика IX века, и греческого слова arithmos – «число». Хотя алгоритмы зародились очень давно, цифровые компьютеры выдвинули их на передний план науки и техники.

Сложные системы

В 1980-х годах случился расцвет новых подходов к сложным системам. Целью была разработка современных способов изучения систем, как те, что мы видим в природе сложнее, чем физика и химия. То, как летит ракета, несложно объяснить законами Ньютона, но не было простого способа описать дерево или то, как оно растет. Первопроходцы в области ИИ использовали компьютерные алгоритмы для изучения извечных вопросов о живых существах.

Рис. 13.1. Стивен Вольфрам у себя дома в Конкорде в штате Массачусетс стоит на полу, который сгенерировал алгоритм. Вольфрам – один из родоначальников теории сложности, и он показал, что даже простые программы могут создавать сложность подобно тем, с которыми мы сталкиваемся в реальном мире

Стюарт Кауфман получил медицинское образование, и его сильно заинтересовали генетические сети, в которых белки, называемые факторами транскрипции, могут нацеливаться на гены и влиять на их активацию[360]. Его модели были самоорганизующимися и основывались на сетях из двоичных единиц, схожих с нейронными сетями, но намного медленнее. Крис Лэнгтон ввел термин «искусственная жизнь» в конце 1980-х годов[361], что привело к неоднократным попыткам понять принципы, которые лежат в основе сложности живых клеток и развития сложных форм поведения. Несмотря на прогресс, тайна жизни продолжает ускользать от нас. Между тем клеточная биология и молекулярная генетика выявили высокую сложность молекулярных механизмов внутри клеток.

Блок 7. Клеточный автомат

Правило клеточных автоматов определяет цвет ячейки в зависимости от ее цвета и цвета ближайших ячеек. Например, для восьми возможных комбинаций черного и белого для трех ячеек в верхнем ряду, правило 30 указывает следующий цвет под ними. Эволюция этого правила, применяемого к одной строке за раз, начиная с одиночной черной ячейки, показана ниже для 15 шагов и еще ниже для 250 шагов. Изначально простое условие превращается в очень сложную схему, которую можно продолжать бесконечно. Откуда берется эта сложность? Подробности описаны в книге Стивена Вольфрама «Новый вид науки», изданной в 2002 году.

Алгоритмы дают новые возможности для создания миров с уровнем сложности, сравнимым с нашим. Алгоритмы, открытые в XX веке, заставили нас переосмыслить природу сложности. Революция нейронных сетей в 1980-х годах стала еще одной попыткой осмыслить всю сложность мозга, и хотя модели были значительно проще, чем биологические нейронные сети, разработанные нами алгоритмы обучения позволили исследовать общие принципы, такие как распределение информации в больших популяциях нейронов. Но как сложные функции сетей возникают из относительно простых правил обучения? Есть ли еще более простая система, проявляющая сложность, которую легче анализировать?

Клеточный автомат

Еще одна яркая фигура с серьезным научным подходом к сложности