Neuroverkko – mikä se on? Määritelmä, merkitys ja laajuus

2024 Kirjoittaja: Leah Sherlock | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:35

Aiemmin vain tieteiskirjoista tunnettu termi hermoverkko on viime vuosina tullut vähitellen ja huomaamattomasti julkiseen elämään kiinteänä osana viimeisintä tieteellistä kehitystä. Tietenkin pelialan ihmiset ovat tienneet jo pitkään, että tämä on hermoverkko. Mutta nykyään termin löytää kaikki, se tuntee ja ymmärtää laajat joukot. Tämä epäilemättä osoittaa, että tiede on tullut lähemmäksi todellista elämää ja uusia läpimurtoja odottaa meitä tulevaisuudessa. Ja silti, mikä on hermoverkko? Yritetään selvittää sanan merkitys.

Nykyisyys ja tulevaisuus

Vanhoina aikoina hermoverkko, Hort ja avaruuskävelijat olivat läheisesti toisiinsa liittyviä käsitteitä, koska yksinkertaista konetta paljon parempia tekoälyä oli mahdollista kohdata vain mielikuvituksessa nousevassa fantasiamaailmassa. jotkut kirjailijat. Ja kuitenkin, suuntaukset ovat sellaisia, että viime aikoina tavallisen ihmisen ympärillä todellisuudessa on yhä enemmän niitä esineitä, jotka aiemmin mainittiin vain tieteiskirjallisuudessa. Tämä antaa meille mahdollisuuden sanoa, että jopa kaikkein väkiv altaisin fantasialento ehkä ennemmin tai myöhemmin löytää vastineensa todellisuudesta. Kirjoja hitteistä, hermoverkoista joon nyt enemmän yhteistä todellisuuden kanssa kuin kymmenen vuotta sitten, ja kuka tietää mitä tapahtuu seuraavan vuosikymmenen kuluttua?

Neuroverkko nykyaikaisissa todellisuuksissa on tekniikka, jonka avulla voit tunnistaa ihmiset, kun käytössäsi on vain valokuva. Tekoäly kykenee melko hyvin ajamaan autoa, voi pelata ja voittaa pokeria. Lisäksi hermoverkot ovat uusia tapoja tehdä tieteellisiä löytöjä, joiden avulla voit turvautua aiemmin mahdottomiin laskentaominaisuuksiin. Tämä antaa ainutlaatuiset mahdollisuudet ymmärtää tämän päivän maailmaa. Kuitenkin vain uutisraporteista, joissa kerrotaan uusimmista löydöistä, on harvoin selvää, mikä hermoverkko on. Pitäisikö tätä termiä soveltaa ohjelmaan, koneeseen tai palvelinkompleksiin?

Yleisnäkymä

Kuten näet jo termistä "hermoverkko" (tämän artikkelin valokuvat antavat myös mahdollisuuden ymmärtää tämä), on rakenne, joka on suunniteltu analogisesti ihmisaivojen logiikan kanssa. Täysin biologisen, niin monimutkaisen rakenteen kopioiminen tällä hetkellä ei tietenkään vaikuta realistiselta, mutta tutkijat ovat jo pystyneet pääsemään huomattavasti lähemmäs ongelman ratkaisemista. Oletetaan, että äskettäin luodut neuroverkot ovat melko tehokkaita. Hort ja muut fantastisia teoksia julkaisseet kirjailijat tuskin tiesivät teoksiaan kirjoittaessaan, että tiede voisi astua näin pitkälle tähän vuoteen mennessä.

Ihmisaivojen erikoisuus on, että se on useiden elementtien rakenne, joiden välillätietoa välittyy jatkuvasti neuronien kautta. Itse asiassa uudet hermoverkot ovat myös samanlaisia rakenteita, joissa sähköimpulssit tarjoavat olennaisen tiedon vaihdon. Sanalla sanoen, aivan kuten ihmisen aivoissa. Ja silti ei ole selvää: onko mitään eroa perinteiseen tietokoneeseen? Konehan on, kuten tiedätte, myös osista, joiden välillä tiedot siirretään sähkövirran avulla. Avaruudesta ja hermoverkoista kertovissa kirjoissa kaikki näyttää yleensä lumoav alta - v altavilta tai pieniltä koneilta, joilla hahmot yhdellä silmäyksellä ymmärtävät, mitä he ovat tekemisissä. Mutta todellisuudessa tilanne on toistaiseksi toinen.

Miten se rakennetaan?

Kuten hermoverkkoja koskevista tieteellisistä kirjoituksista näet ("Spacewalkers" eivät valitettavasti kuulu tähän kategoriaan, vaikka ne olisivat kuinka kiehtovia), idea on edistyksellisimmässä rakenteessa alalla tekoälyä luomaan monimutkainen rakenne, jonka yksittäiset osat ovat hyvin yksinkertaisia. Itse asiassa, kun vedetään vertaus ihmisten kanssa, voidaan löytää yhtäläisyys: sanotaan, että vain yhdellä nisäkkään aivojen osalla ei ole suuria kykyjä, kykyjä, eikä se voi tarjota älykästä käyttäytymistä. Mutta kun on kyse ihmisestä kokonaisuutena, niin tällainen olento läpäisee älykkyystason testin rauhallisesti ilman erityisiä ongelmia.

Näistä yhtäläisyyksistä huolimatta samanlainen lähestymistapa tekoälyn luomiseen hylättiin muutama vuosi sitten. Tämä voidaan nähdä sekä tieteellisistä kirjoituksista että hermoverkkoa koskevista tieteiskirjoista (esimerkiksi edellä mainitut "Spacewalkers"). Muuten, jossain määrin jopa lausuntojaCicero voidaan yhdistää nykyaikaiseen hermoverkkoideaan: aikoinaan hän ehdotti melko kaustisesti, että apinat heittävät tokeneille kirjoitettuja kirjaimia ilmaan, jotta niistä muodostuisi ennemmin tai myöhemmin merkityksellinen teksti. Ja vasta 2000-luku osoitti, että tällainen pahuus oli täysin perusteetonta. Hermoverkko ja tieteiskirjallisuus kulkivat eri tavoin: jos annat apinoiden armeijalle paljon rahakkeita, ne eivät vain luo merkityksellistä tekstiä, vaan myös saavat v altaa maailmassa.

Voima on yhtenäisyydessä, veli

Kuten opimme lukuisista kokeista, hermoverkon koulutus johtaa sitten menestykseen, kun objekti itsessään sisältää v altavan määrän elementtejä. Kuten tiedemiehet vitsailevat, itse asiassa hermoverkko voidaan koota mistä tahansa, jopa tulitikkulaatikoista, koska pääideana on joukko sääntöjä, joita tuloksena oleva yhteisö noudattaa. Yleensä säännöt ovat melko yksinkertaisia, mutta niiden avulla voit hallita tietojenkäsittelyprosessia. Tällaisessa tilanteessa neuroni (vaikkakin keinotekoinen) ei ole ollenkaan laite, ei monimutkainen rakenne tai käsittämätön järjestelmä, vaan pikemminkin yksinkertaisia aritmeettisia operaatioita, jotka toteutetaan minimaalisella energiankulutuksella. Tieteessä keinotekoisia hermosoluja kutsutaan virallisesti "perceptroneiksi". Hermoverkkojen ("Spacefalls" kuvaa tätä hyvin) pitäisi joidenkin tieteellisten kirjoittajien mielestä olla paljon monimutkaisempia, mutta nykyaikainen tiede osoittaa, että myös yksinkertaisuus antaa erinomaisia tuloksia.

Keinotekoisen neuronin toiminta on yksinkertaista: numerot syötetään, kunkin arvo lasketaantietolohko, tulokset lasketaan yhteen, tulos on yksikkö tai arvo "-1". Halusiko lukija koskaan olla kaatuneiden joukossa? Neuroverkot toimivat todellisuudessa ainakin tällä hetkellä täysin eri tavalla, joten fantasiateoksena kuvitellessasi tätä ei pidä unohtaa. Itse asiassa nykyaikainen ihminen voi työskennellä tekoälyn kanssa esimerkiksi näin: voit näyttää kuvan ja sähköinen järjestelmä vastaa kysymykseen "joko - tai". Oletetaan, että henkilö asettaa yhden pisteen koordinaattijärjestelmän ja kysyy, mitä on kuvattu - maata tai vaikkapa taivasta. Tietojen analysoinnin jälkeen järjestelmä antaa vastauksen - hyvin mahdollisesti väärän (riippuen tekoälyn täydellisyydestä).

Peukku ylös

Kuten nykyaikaisen hermoverkon logiikasta näkyy, jokainen sen elementti yrittää arvata oikean vastauksen järjestelmälle esitettyyn kysymykseen. Tässä tapauksessa tarkkuus on vähän, tulos on verrattavissa kolikon heittämisen tulokseen. Mutta todellinen tieteellinen työ alkaa, kun on aika kouluttaa hermoverkkoa. Avaruus, uusien maailmojen tutkiminen, näkemys universumimme fyysisten lakien olemuksesta (joihin nykyajan tiedemiehet luottavat hermoverkkojen avulla) avautuvat juuri sillä hetkellä, kun tekoäly oppii paljon tehokkaammin ja tehokkaammin kuin ihminen.

Tosiasia on, että henkilö, joka kysyy järjestelmältä kysymyksen, tietää oikean vastauksen. Joten voit kirjoittaa sen ohjelman tietolohkoihin. Perceptron, joka antaa oikean vastauksen, saa arvon, jatässä väärin vastannut menettää sen ja saa sakon. Jokainen uusi ohjelman käynnistysjakso eroaa edellisestä arvotason muutoksen vuoksi. Palatakseni edelliseen esimerkkiin: ennemmin tai myöhemmin ohjelma oppii erottamaan selvästi maan ja avaruuden. Neuroverkot oppivat mitä tehokkaammin, sitä oikeammin opinto-ohjelma laaditaan - ja sen muodostaminen maksaa nykyaikaisille tutkijoille paljon vaivaa. Osana aiemmin asetettua tehtävää: jos hermoverkko saa toisen kuvan analysoitavaksi, se ei todennäköisesti heti pysty käsittelemään sitä tarkasti, mutta aiemmin harjoittelun aikana saatujen tietojen perusteella se selvittää tarkasti, missä maa on, ja missä ovat pilvet, avaruus tai jotain muuta.

Idean soveltaminen todellisuuteen

Tietenkin todellisuudessa neuroverkot ovat paljon monimutkaisempia kuin edellä kuvatut, vaikka periaate sinänsä pysyy samana. Niiden elementtien päätehtävä, joista hermoverkko muodostuu, on systematisoida numeerista tietoa. Yhdistelemällä runsaasti elementtejä tehtävästä tulee monimutkaisempi, koska syöttötieto ei välttämättä tule ulkopuolelta, vaan perceptronista, joka on jo tehnyt systematisointityönsä.

Jos palataan yllä olevaan tehtävään, niin hermoverkon sisällä voidaan keksiä seuraavat prosessit: yksi neuroni erottaa siniset pikselit muista, toinen käsittelee koordinaatit, kolmas analysoi ensimmäisen vastaanottaman tiedon. kaksi, joiden perusteella se päättää, onko maa vai taivas tietyssä pisteessä. Lisäksi lajittelu sinisiksi ja muihin pikseleihin voidaan uskoa useille hermosoluille samanaikaisesti ja niiden vastaanottama tieto voidaan tehdä yhteenveto. Ne perceptronit, jotka antavatparempi ja tarkempi tulos saa lopussa bonuksen korkeamman arvon muodossa, ja niiden tulokset ovat etusijalla mitä tahansa tehtävää käsiteltäessä. Tietysti hermoverkko osoittautuu äärimmäisen laajaksi ja siinä käsiteltävä tieto on ylipäätään sietämätöntä vuorta, mutta virheet voidaan ottaa huomioon, analysoida ja estää tulevaisuudessa. Useista tieteiskirjoista löytyvät suurelta osin hermoverkkoon perustuvat implantit toimivat näin (elleivät kirjoittajat tietenkään vaivaudu miettimään, miten se toimii).

Historialliset virstanpylväät

Se saattaa yllättää maallikon, mutta ensimmäiset hermoverkot ilmestyivät vuonna 1958. Tämä johtuu siitä, että keinotekoisten hermosolujen laite on samanlainen kuin muut tietokoneelementit, joiden välillä informaatio välitetään binäärilukujärjestelmän muodossa. 60-luvun lopulla keksittiin kone, nimeltään Mark I Perceptron, jossa neuroverkkojen periaatteet toteutettiin. Tämä tarkoittaa, että ensimmäinen hermoverkko ilmestyi vain kymmenen vuotta ensimmäisen tietokoneen rakentamisen jälkeen.

Ensimmäisen hermoverkon ensimmäiset neuronit koostuivat vastuksista, radioputkista (tuohon aikaan sellaista koodia, jota nykyajan tiedemiehet voisivat käyttää, ei ollut vielä kehitetty). Neuroverkon kanssa työskentely oli Frank Rosenblattin tehtävä, joka loi kaksikerroksisen verkon. Ulkoisen tiedon siirtämiseen verkkoon käytettiin näyttöä, jonka resoluutio oli 400 pikseliä. Kone pystyi pian tunnistamaan geometriset muodot. Tämä jo viittasi siihen, että teknisten ratkaisujen parantuessa neuroverkot voivatoppia lukemaan kirjaimia. Ja kuka tietää mitä muuta?

Ensimmäinen hermoverkko

Kuten historiasta voidaan nähdä, Rosenblatt kirjaimellisesti paloi työssään, hän oli siinä täydellisesti suuntautunut, hän oli neurofysiologian asiantuntija. Hän oli kirjoittanut kiehtovan ja suositun yliopistokurssin, jossa kuka tahansa pystyi ymmärtämään, kuinka ihmisaivot voidaan toteuttaa teknisessä suoritusmuodossa. Jo tuolloin tiedeyhteisö toivoi, että pian olisi todellisia mahdollisuuksia muodostaa älykkäitä robotteja, jotka pystyvät liikkumaan, puhumaan ja muodostamaan samanlaisia järjestelmiä. Kuka tietää, ehkä nämä robotit lähtisivät asuttamaan muita planeettoja?

Rosentblatt oli innokas, ja voit ymmärtää häntä. Tiedemiehet uskoivat, että tekoäly voitaisiin toteuttaa, jos matemaattinen logiikka sisältyisi täysin koneeseen. Tässä vaiheessa Turingin testi oli jo olemassa, Asimov popularisoi ajatusta robotiikasta. Tiedeyhteisö oli vakuuttunut siitä, että maailmankaikkeuden tutkiminen oli ajan kysymys.

Skepsis perusteltua

Jo 60-luvulla oli tiedemiehiä, jotka väittelivät Rosenblatin ja muiden tekoälyn parissa työskentelevien suurmielten kanssa. Melko tarkan käsityksen niiden tekologiikasta saa alallaan tunnetun Marvin Minskyn julkaisuista. Muuten tiedetään, että Isaac Asimov ja Stanley Kubrick puhuivat ylistävästi Minskyn kyvyistä (Minsky auttoi häntä työstämään A Space Odysseyä). Minsky ei vastustanut neuroverkkojen luomista, mistä on kyseKubrickin elokuva todistaa, ja osana tieteellistä uraansa hän harjoitti koneoppimista 50-luvulla. Siitä huolimatta Minsky suhtautui kategorisesti virheellisiin mielipiteisiin ja kritisoi toiveita, joille sillä hetkellä ei vielä ollut vankkaa perustaa. Muuten, Marvin Douglas Adamsin kirjoista on nimetty Minskyn mukaan.

Neuroverkkojen kritiikki ja sen ajan lähestymistapa on systematisoitu julkaisussa "Perceptron", joka on päivätty 1969. Tämä kirja kirjaimellisesti tappoi monien ihmisten kiinnostuksen hermoverkkoihin heti alkuunsa, koska erinomaisen maineen omaava tiedemies osoitti selvästi, että Markuksella oli useita puutteita. Ensinnäkin vain kahden kerroksen läsnäolo oli selvästi riittämätön, ja kone pystyi tekemään liian vähän jättimäisestä koostaan ja v altavasta energiankulutuksestaan huolimatta. Toinen kritiikki kohdistui Rosenblatin verkkokoulutukseen kehittämiin algoritmeihin. Minskyn mukaan tiedot virheistä katosivat suurella todennäköisyydellä, eikä tarvittava kerros yksinkertaisesti saanut täyttä datamäärää tilanteen oikeaan analysointiin.

Asiat pysähtyivät

Huolimatta siitä, että Minskyn pääideana oli osoittaa virheistä kollegoilleen kannustaakseen heitä parantamaan kehitystä, tilanne oli toinen. Rosenblatt kuoli vuonna 1971, eikä kukaan jatkanut hänen työtään. Tänä aikana alkoi tietokoneiden aikakausi, ja tämä tekniikan ala eteni v altavilla harppauksilla. Tällä alalla työskentelivät matematiikan ja tietojenkäsittelytieteen parhaat ihmiset, ja tekoäly vaikutti kohtuuttom alta energian ja resurssien haaskausta.

Neuraaliverkot eivät ole herättäneet tiedeyhteisön huomiota yli kymmeneen vuoteen. Käännekohta tuli, kun kyberpunk tuli muotiin. On mahdollista löytää kaavoja, joilla virheet voidaan laskea suurella tarkkuudella. Vuonna 1986 Minskyn muotoilemaan ongelmaan löydettiin jo kolmas ratkaisu (kaikki kolme ovat itsenäisten tiedemiesryhmien kehittämiä), ja juuri tämä löytö sai harrastajat tutkimaan uutta alaa: hermoverkkojen parissa tehtävä työ aktivoitui jälleen. Termi perceptronit korvattiin kuitenkin hiljaa kognitiivisella laskennalla, eroon kokeellisista laitteista, alettiin käyttää koodausta tehokkaimmilla ohjelmointitekniikoilla. Vain muutama vuosi, ja hermosolut on jo koottu monimutkaisiksi rakenteiksi, jotka voivat selviytyä melko vakavista tehtävistä. Ajan myötä oli mahdollista esimerkiksi luoda ohjelmia ihmisen käsialan lukemiseen. Ensimmäiset verkot näyttivät kykenevän oppimaan itse, eli ne löysivät itsenäisesti oikeat vastaukset ilman tietokonetta ohjaavan henkilön vihjettä. Neuroverkot ovat löytäneet sovelluksensa käytännössä. Esimerkiksi Amerikassa pankkirakenteissa käytetään ohjelmia, jotka tunnistavat sekkien numerot.

Eteenpäin harppauksin

90-luvulla kävi selväksi, että hermoverkkojen keskeinen ominaisuus, joka vaatii tutkijoilta erityistä huomiota, on kyky tutkia tiettyä aluetta oikean ratkaisun etsimiseksi ilman henkilön kehotusta. Ohjelma käyttää yritys-erehdysmenetelmää, jonka perusteella se luo käyttäytymissääntöjä.

Tälle ajanjaksolle oli ominaista kiinnostuksen nousujulkista väliaikaisille roboteille. Innostuneet suunnittelijat ympäri maailmaa alkoivat aktiivisesti suunnitella omia oppimiskykyisiä robottejaan. Vuonna 1997 tämä merkitsi ensimmäistä todella vakavaa menestystä maailman tasolla: ensimmäistä kertaa tietokone voitti maailman parhaan shakinpelaajan Garri Kasparovin. Kuitenkin 1990-luvun lopulla tiedemiehet tulivat siihen tulokseen, että he olivat saavuttaneet katon, eikä tekoäly voinut kasvaa enempää. Lisäksi hyvin optimoitu algoritmi on paljon tehokkaampi kuin mikään hermoverkko samojen ongelmien ratkaisemisessa. Jotkut toiminnot jäivät neuroverkkoihin, esimerkiksi arkistotekstien tunnistus, mutta mitään monimutkaisempaa ei ollut saatavilla. Periaatteessa, kuten nykyajan tiedemiehet sanovat, teknisistä valmiuksista puuttui.

Meidän aikamme

Neuroverkot ovat nykyään tapa ratkaista monimutkaisimmat ongelmat "ratkaisu löydetään itsestään" -menetelmällä. Itse asiassa tämä ei liity mihinkään tieteelliseen vallankumoukseen, vain nykyaikaisilla tiedemiehillä, ohjelmointimaailman valotekijöillä, on pääsy tehokkaaseen tekniikkaan, jonka avulla he voivat toteuttaa käytännössä sen, mitä ihminen on aiemmin voinut vain kuvitella yleisesti. Palatakseni Ciceron apinoista ja rahakkeista kertovaan lauseeseen: jos määrität eläimille jonkun, joka antaa heille palkinnon oikeasta lauseesta, he eivät vain luo merkityksellistä tekstiä, vaan myös kirjoittavat uuden "Sota ja rauha", eikä huonompi.

Aikaidemme hermoverkot ovat palveluksessa suurimpien tietotekniikan alalla toimivien yritysten kanssa. Nämä ovat monikerroksisia hermoverkkoja, jotka toteutetaan tehokkaiden palvelimien kautta,hyödyntäen World Wide Webin mahdollisuuksia, viime vuosikymmeninä kertynyttä tietoa.