Нейросети изменят всё

Новости о нейронных сетях появляются каждый день. То сети научились определять пол и возраст людей по фотографии, то обыграли человека в очередную настольную игру, то начали генерировать научные тексты, код приложений и писать картины в духе Сальвадора Дали. А завтра Скайнет отберет у тебя работу, автомобиль, жизненное пространство, а тебя самого- нет, не утилизирует, а удобно разместит на диване и заставит ничего не делать, наслаждаясь безусловным доходом. Или все-таки нет?

Рождение мифа

Исследователи и компании, которые работают с большими объемами данных, применяют нейросети еще с восьмидесятых годов, а вот рядовые земляне обращают внимание на прогресс в этой области только после показательных побед машин над людьми. Deep Blue обыграл Каспарова! Watson обошел людей в Jeopardy! А теперь гугловский AlphaGo победил Ли Седоля - одного из лучших игроков в го на сегодняшний день.

Последний случай особенно интересен. Выигрышную стратегию в го просто невозможно запрограммировать традиционными методами. Количество вероятных комбинаций уже после первого хода здесь равно 129 960 (в шахматах, для сравнения, - четыреста), а за весь матч их набирается больше, чем атомов во Вселенной. Алгоритм просчета ходов не в состоянии продумать все возможные комбинации и проигрывает профессиональным игрокам, которые полагаются на интуицию, выработанную годами тренировок.

У AlphaGo есть если не интуиция, то кое-что очень на нее похожее. Система долгое время обучалась на сотнях тысяч сыгранных людьми партий и играла сама с собой. Она научилась «чувствовать» перспективные ходы и уже на их основе прогнозирует игру на несколько ходов вперед. То есть программа переняла ту человеческую черту, которую люди используют ежесекундно, а вот переложить в алгоритм затрудняются.

С легкой руки журналистов AlphaGo превратилась из банальной нейронной сети, описанной еще шестьдесят лет назад, в Искусственный Интеллект, которому недалеко и до обретения самосознания. На самом деле это, конечно же, не так. AlphaGo - это более-менее стандартный пример многослойной нейронной сети, которая способна эффективно решать одну конкретную задачу. Присущая ей «интуиция» - это известное свойство системы, обученной на множестве примеров. Однако считать нейронные сети чересчур разрекламированной игрушкой тоже не стоит.

Перцептрон и триста пород собак

Впервые идею искусственной нейронной сети предложил нейрофизиолог Фрэнк Розенблатт в 1957 году и реализовал ее в нейрокомпьютере «Марк-1» в 1960-м. Математическая модель такой сети получила имя «перцептрон», а само устройство представляло собой небольшой компьютер, снабженный табло из нескольких сотен фотоэлементов. Показывая компьютеру изображения, а затем корректируя весовые коэффициенты связей искусственных нейронов, можно было научить нейронную сеть распознавать геометрические фигуры и некоторые буквы алфавита.
По нынешним временам «Марк-1» - это игрушка. К тому же она страдала от множества проблем: к примеру, изображения не распознавались при деформации или повороте. Сейчас понятно, что при тогдашнем уровне вычислительной мощности многие вещи просто нельзя было реализовать. Перцептроны интересны скорее с исторической точки зрения - реальных задач они не решали. В 1969 году Марвин Минский и Сеймур Паперт описали эти опыты в книге «Перцептроны», после чего исследования в области нейросетей были свернуты в пользу, как тогда казалось, более перспективных символьных вычислений.

Новый всплеск интереса к нейронным сетям произошел лишь в 1986 году, когда появился способ машинного обучения по методу обратного распространения ошибки. Он позволил существенно повысить скорость и качество обучения нейросетей. Однако вычислительные ресурсы все еще были ограничены, да и действительно больших объемов данных для обучения нейросетей не было. Поэтому они существовали в основном как исследовательские проекты и применялись для решения очень ограниченного круга задач. Таких, которые не требуют слишком много мегагерцев или мегабайтов, - к примеру, распознавание текста.

В 2012 году произошло событие, которое коренным образом изменило отношение к нейросетям. Сеть SuperVision, разработанная в Торонтском университете, с большим отрывом выиграла конкурс распознавания объектов на изображениях ImageNet LSVRP (Large-Scale Visual Recognition Challenge). Число ее ошибок составило 16,4%, тогда как программа, занявшая второе место, ошибалась в 26% случаев. Для сравнения: человек делает ошибки в 5% случаев. Но удивительнее всего было то, что для предварительного обучения сети использовался не кластер, а обычный компьютер с двумя видеокартами NVIDIA. Тренировка заняла около недели.

Это был первый случай, когда нейросеть превзошла классические алгоритмы машинного зрения в очень сложном и специфичном тесте. База изображений включала в себя не только простые объекты вроде автомобилей, автобусов, столов и стульев, но еще и триста пород собак, из которых два десятка - разновидности терьеров.

Звучит курьезно? Пожалуй. Но вот что важно: тебе никогда не узнать столько пород собак, а машина их уверенно распознает. И речь не о каком-то огромном компьютере IBM, а о системе вроде тех, что собирают себе любители игр с крутой графикой.

Назад в будущее
SuperVision не случайно стала символом новой эры нейронных сетей. Классификация изображений - нечто гораздо более сложное и высокоуровневое, чем просто разбор буковок на бумаге. Сказать, что отличает букву А от всех остальных букв алфавита, сможет даже ребенок, но попробуй с ходу рассказать об отличительных признаках, допустим, облака. В чем конкретно его разница по сравнению с остальными объектами, которые ты видишь? В голову приходят слова «белый», «небо», «кучевые» и так далее. Это множество параметров, о каждом из которых тоже нужно иметь представление. Что такое «белый»? А «небо»?

Сейчас эту задачу решают при помощи метода Deep Learning (глубинное обучение), суть которого в том, чтобы объединить в сеть большое количество слоев нейронов (в SuperVision их было пять, в современных сетях доходит до сотен). Получается что-то вроде иерархии абстракций. А потом сети скармливаются примеры, по которым она «видит», как выглядит облако в различных ситуациях, и может понять, как его идентифицировать. В случае ошибки система перенастраивает сама себя.

Метод опробованный и действенный, но, чтобы он работал, должно соблюдаться два требования. Во-первых, примеров должно быть действительно много. Не сотни и даже не тысячи, а десятки и сотни тысяч, и чем больше, тем лучше будут результаты. Во-вторых, сеть должна быть действительно большой и состоять из сотен тысяч или даже миллионов нейронов, объединенных во множество слоев. В процессе обучения такого ИИ примеры прогоняются через всю сеть с постоянной коррекцией ошибок. Требования к вычислительным мощностям получаются соответствующие.

Раньше подобные задачи пытались решить с помощью кластеров из тысяч машин. К примеру, в Google делали нейросеть, которая работала на 16 тысячах процессорных ядер. Что, конечно же, делало ее использование совершенно нерентабельным.

В 2014 году в Google предприняли новую попытку и на этот раз использовали глубинное обучение. Результатом стала сеть GoogLeNet из 22 слоев, которая, по словам авторов, так же как и SuperVision, может быть обучена на нескольких высококлассных GPU за неделю. На конкурсе ImageNet гугловская сеть показала себя великолепно: число ошибок снизилось до 6,7%. Почти как у человека!

Если ты думаешь, что это впечатляет, то ты не знаешь последних новостей. Сегодняшние нейросети распознают объекты не только не хуже, но даже лучше человека, а также умеют рассказывать, что изображено на фотографии. Еще в конце 2014 года исследователи из Google и Стэнфордского университета показали нейросеть, способную генерировать осмысленные подписи к фотографиям. Даже несмотря на большой процент ошибок, это впечатляло.

Позже Андрей Карпатый из Стэнфордского университета опубликовал исходный код нейросети neuraltalk2, которая уже намного лучше угадывала сюжет изображения. Причем настолько лучше, что с ее помощью удалось записать видеоролик, в котором описания появлялись на экране практически моментально:

+

Как ты думаешь, где сегодня применяются данные технологии? Правильно, в поисковых движках. Здесь они заменили примитивный и часто некорректный алгоритм оценки содержания изображения на основе окружающего его текста (если в статье про котов есть изображение, то, наверное, на нем кот). В Google нейросети уже используют не только для классификации изображений из интернета, но и в недавно открытом сервисе Google Photos.

Если ты используешь смартфон с Android, то ты наверняка пользователь Google Photos. На первый взгляд это ничем не примечательная галерея с автоматической загрузкой фотографий в облако. Но если ты откроешь раздел поиска, то увидишь, что гугловский алгоритм собрал для тебя фотографии по ключевым словам. Ты можешь сделать запрос и посмотреть, как глубокая нейросеть распознала объекты на твоих фотках.

Источник: www.ilyaboev.com

Комментарии: