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

но ничего не станет работать, если не выполняются четкие базовые требования – поддержание и репликация ДНК как ключевого звена всей цепи.

Одноклеточные приспособились к различным условиям и заняли множество ниш. Например, бактерии (рис. 18.3) адаптировались к экстремальным условиям от гидротермальных источников в океане до ледяных покровов Антарктиды и вашего кишечника, где обитают тысячи их видов. Бактерии, такие как кишечная палочка, разработали алгоритм, позволяющий им подплывать к источникам пищи, используя градиент концентрации. Поскольку, чтобы воспринять градиент непосредственно, бактерии слишком малы (несколько микрометров в поперечнике), они применяют хемотаксис, – периодически совершают кувырок и двигаются в случайном направлении[479]. Выглядит непродуктивно, но, увеличивая время движения при более высокой концентрации, они могут надежно подниматься вверх по градиенту. Это примитивная форма интеллекта. Более сложные формы интеллекта встречаются у многоклеточных животных.

Рис. 18.3. Сканирующая электронная микрофотография кишечной палочки. Бактерии – самая разнообразная, жизнестойкая и успешная форма жизни на Земле. Изучая их, мы можем многое узнать об автономном ИИ

Мы видели, что алгоритм обучения с временной разницей, лежащий в основе обучения с подкреплением, может привести к очень сложному поведению. У людей это значительно усиливает глубокое обучение в коре головного мозга. В природе есть целый спектр интеллектуального поведения, которое могут перенять искусственные системы. Новая область науки, охватывающая информатику и биологию, направлена на выявление биологических алгоритмов с использованием математического анализа сетей[480]. Это край клина[481], который в конечном итоге может объяснить вложенные уровни сложности в биологических системах в пространственных и временных масштабах: генные сети, метаболические сети, иммунные сети, нейронные сети и социальные сети – сети на всех уровнях.

Мы все еще в поиске основных понятий, которые раскроют секрет высших форм интеллекта. Мы определили несколько ключевых принципов, но у нас нет ясной концептуальной основы, объясняющей, как работает мозг, – такой же элегантной, как ДНК, помогающая нам понять природу жизни. Алгоритмы обучения – хорошее место для поиска объединяющих понятий. Возможно, прогресс, к которому мы стремимся, чтобы разобраться, как сети глубокого обучения решают практические проблемы, даст больше подсказок. Возможно, мы откроем операционные системы в клетках и мозге, которые позволяют идти эволюции. Если мы разберемся в этом, то сложно вообразить последствия. Природа может быть умнее, чем каждый из нас, но я не вижу причин, почему мы как вид не можем рано или поздно раскрыть тайну интеллекта.

Дополнительная литература

Введение в нейробиологию

Эта книга лишь кратко коснулась нейробиологии, которая представляет собой обширную область с быстро расширяющимися границами. Наиболее актуальная для глубокого обучения часть нейробиологии называется системной нейробиологией. Если вы хотите узнать больше о мозге и нейронных сетях, хорошей отправной точкой станет книга «Вычислительный мозг» («The Computational Brain»)[482]. Она знакомит с основами нейробиологии и рассказывает, как нейронные сети применимы к широкому спектру структур мозга, таких как зрительная система, глазодвигательная система, управляющая движениями глаз, и способы представления пространства в коре.

Книга «Лжецы, любовники и герои: Что новая наука о мозге говорит нам о том, как мы становимся теми, кто мы есть» («Liars, Lovers and Heroes: What the New Brain Science Has Revealed About How We Become Who We Are»)[483], написанная для широкой аудитории, исследует, каким образом наши самые благородные и самые плохие черты коренятся в системах мозга, настолько древних, что мы разделяем их с насекомыми. Те самые алгоритмы, которые DeepMind использовала для обучения AlphaGo.

Общество нейробиологии поддерживает сайт brainfacts.org, где вы можете найти информацию о многих аспектах работы мозга и его расстройств.

Биологический интеллект

Книга «IQ и человеческий интеллект» («IQ and human intelligence»)[484] – заслуживающее доверия всестороннее введение в психологию интеллекта, включая социальный и эмоциональный интеллект. Биологическая основа интеллекта зависит от взаимодействия мозга с миром в процессе развития. Животный интеллект также был широко изучен, и «Животных разум» («Animal Minds»)[485] – хорошая книга для знакомства с ним.

Машинное обучение

Книга «Распознавание образов и машинное обучение» («Neural Networks for Pattern Recognition»)[486] хороша для изучения основ нейронных сетей. Между теорией информации и алгоритмами обучения есть глубинная связь, прекрасно изложенная в книге «Теория информации, логический вывод и алгоритмы обучения» («Information Theory, Inference, and Learning Algorithms»)[487]. Глубокое обучение быстро развивается: книга «Глубокое обучение с точки зрения практика» («Deep Learning: A Practitioner's Approach»)[488] подойдет для первого знакомства, а учебник «Глубокое обучение» («Deep Learning»)[489] в настоящее время доступен онлайн www.deeplearningbook.org. «Машинное обучение: вероятностная перспектива» («Machine Learning: A Probabilistic Perspective»)[490] – сборник, охватывающий более широкий спектр алгоритмов машинного обучения. Глубокое обучение с подкреплением находится на переднем крае исследований, и удачная отправная точка – книга «Обучение с подкреплением» (Reinforcement Learning: An Introduction)[491].

Благодарности

Институт биологических исследований Солка (рис. 1), где я работаю[492], – особое место. Когда вы приближаетесь к институту снаружи, он выглядит как бетонная крепость, но когда вы входите в центральный двор, вид радикально меняется: широкое пространство из белого известняка простирается до Тихого океана, а башни по сторонам закрепляют ощущение нереальности. Моя лаборатория находится в южном корпусе со стороны внутреннего двора (на фото слева). Когда вы входите в лабораторию, слева вас встречает электронно-микроскопическая фотография гиппокампа размером со стену, которая выглядит как поперечное сечение тарелки со спагетти. Отсюда открывается вид на чайную комнату – сердце вычислительной лаборатории нейробиологии.

Рис. 1. Из Института биологических исследований Солка в Ла-Хойя в Сан-Диего открывается вид на Тихий океан. Это знаковое здание, спроектированное Луисом Каном, храм науки. Сюда я прихожу на работу каждый день

Круглый белый чайный стол был ареной для дискуссий с некоторыми из самых выдающихся ученых мира, в том числе Фрэнсисом Криком, который любил беседовать со студентами и коллегами на любые научные темы (рис. 2). Он даже упомянул чайную комнату в своей книге «Удивительная гипотеза»[493]:

Рис. 2. Чайная комната в Лаборатории вычислительной нейробиологии Института Солка в 2010 году. Ежедневные чаепития стали