Лекции / 5. Введение в методы машинного обучения
.pdf
Теория информации,
данные, знания
Лекции читает
канд.техн.наук, доцент
Литвинов Владислав Леонидович
Введение в методы машинного обучения
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
Идея искусственного интеллекта давно занимала людей. Гефест создавал роботовандроидов, как для себя в качестве помощников, так и по заказу; например, построенного Гефестом гигантского человекоподобного робота Талоса Зевс позже подарил царю Миносу для охраны Крита.
Уже в греческих мифах искусственный интеллект мог решать задачи, звучащие вполне современно: Талос трижды в день обегал весь остров, автоматически распознавал среди прибывающих кораблей недружелюбные и бросал в них огромные камни. Примерно тогда же Афродита оживила Галатею, созданную Пигмалионом из мрамора, а еще раньше Иегова и Аллах вдохнули жизнь, самосознание и изрядные когнитивные способности в куски глины.
В иудейской традиции особо мудрые раввины могли и сами создавать големов — великанов, которых сначала нужно было построить в виде статуи из глины и крови, а затем оживить подходящим артефактом или заклинанием. Големы могли выполнять команды своего создателя, то есть умели распознавать речь и обрабатывать естественный язык. Но синтезировать речь не получалось: если бы голем мог разговаривать самостоятельно, это значило бы, что у него появилась душа, а душу не может вложить даже самый мудрый раввин, — это прерогатива Господа.
Поэтому, когда известный алхимик Альберт Великий изготовил искусственную говорящую голову, он очень расстроил своего учителя Фому Аквинского, который, видимо, по этому вопросу был согласен с иудейскими источниками.
Искусственный интеллект давно применялся и к играм: шахматный автомат «Турок» обыграл даже самого Наполеона I; впрочем, здесь быстро выяснилось, что искусственный интеллект не такой уж искусственный...
В наше время он стал важной литературной темой практически одновременно с появлением научной фантастики как таковой: начиная с доктора Франкенштейна, идея создания тех или иных мыслящих существ в литературе появляется постоянно.
Считается, что искусственный интеллект как наука начался с теста Тьюринга. Формулировка теста впервые появилась в знаменитой статье
Computing Machineryand Intelligence, которую Алан Тьюринг выпустил в
1950 году. Впрочем, стоит отметить, что возможность создания «мыслящих машин» и наличия интеллекта у компьютеров обсуждалась и самим Тьюрингом, и его коллегами к тому времени уже как минимум лет десять; это была частая тема для дискуссий в английском Ratio Club, к которому принадлежал и Алан.
Идея теста Тьюринга: чтобы пройти тест, компьютер должен успешно выдать себя за человека в письменном диалоге между судьей, человеком и компьютером. Иначе говоря, человекоподобных андроидов строить не нужно, но компьютер должен стать неотличим от человека во владении естественным языком.
Алан́ Мэтисон́ Тью́ринг, (Alan Mathison Turing 23 июня 1912 — 7 июня 1954) —
английский математик, логик, криптограф, оказавший существенное влияние на развитие информатики. Кавалер Ордена Британской империи (1945), член Лондонского королевского общества (1951). Предложенная им в 1936 году абстрактная вычислительная «Машина Тьюринга», которую можно считать моделью компьютера общего назначения, позволила формализовать понятие алгоритма и до сих пор используется во множестве теоретических и практических исследований. Научные труды А. Тьюринга — общепризнанный вклад в основания информатики (и, в частности, — теории искусственного интеллекта).
Во время Второй мировой войны Алан Тьюринг работал в Правительственной школе кодов и шифров, располагавшейся в Блетчли-парке, где была сосредоточена работа по взлому шифров и кодов стран Оси. Он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений военно-морского флота Германии. Тьюринг разработал ряд методов взлома, в том числе теоретическую базу для Bombe — машины, использованной для взлома немецкого шифратора Enigma.
После войны Тьюринг работал в Национальной физической лаборатории, где по его проекту был реализован первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой
— ACE. В 1948 учёный присоединился к вычислительной лаборатории Макса Ньюмана в Университете Манчестера, где ассистировал при создании Манчестерских Компьютеров, а позднее заинтересовался математической биологией. Тьюринг опубликовал работу по химическим основам морфогенеза и предсказал протекающие в колебательном режиме химические реакции, такие, как реакция Белоусова — Жаботинского, которые впервые были представлены научному сообществу в 1968 году. В 1950 году предложил эмпирический тест Тьюринга для оценки искусственного интеллекта компьютера.
В1952 году Алан Тьюринг был признан виновным по обвинениям в совершении «грубой непристойности» в соответствии с «поправкой Лабушера», согласно которой преследовали гомосексуальных мужчин. Тьюрингу был предоставлен выбор между принудительной гормональной терапией, или тюремным заключением. Учёный выбрал первое. Алан Тьюринг умер в 1954 году от отравления цианидом. Следствие установило, что Тьюринг совершил самоубийство, хотя мать учёного считала, что произошедшее было случайностью. 24 декабря 2013 года королева Великобритании Елизавета II помиловала Алана Тьюринга посмертно.
Вчесть учёного названа Премия Тьюринга — самая престижная в мире награда в области информатики.
•Любопытно, что исходная формулировка теста Тьюринга была несколько тоньше и интереснее. Действительно, очевидно, что этот тест задуман крайне несправедливо по отношению к компьютерным программам. Если представить себе «обратный тест Тьюринга», в котором человек попробовал бы выдать себя за компьютер, он мгновенно был бы раскрыт вопросом вроде «Сколько будет 7233/271?».
•Тьюринг понимал, что человеку в предложенной им схеме достаточно
просто быть собой, а компьютеру надо выдавать себя за кого-то другого. Поэтому исходная формулировка была основана на популярной тогда имитационной игре, в которой мужчина и женщина письменно общаются с судьей.
•Задача мужчины — выдать себя за женщину, задача женщины — помочь судье правильно разобраться, кто есть кто. Тьюринг предложил сравнивать в этой игре результаты компьютера и живых мужчин: тогда обе стороны вынуждены будут имитировать кого-то третьего.
•Сам Тьюринг считал, что к 2000 году компьютеры с гигабайтом памяти смогут играть в
имитационную игру так, чтобы убеждать человека в 30 % случаев (наилучшим результатом было бы 50 %, то есть в идеале решения судьи были бы неотличимы от бросания честной монетки).
•Тест Тьюринга помогает понять, сколько всего нужно сделать, чтобы суметь
•сконструировать искусственный интеллект: здесь и обработка естественного языка, и представление знаний, и умение делать выводы из полученных знаний, в том числе и обучение на опыте.
•Однако тест Тьюринга сейчас практически не считается истинным тестом на то, являются ли машины мыслящими. Буквальная формулировка теста породила в наше время достаточно широко известную, но на самом деле не слишком научную деятельность по созданию чатботов, нацеленных на поддержание разговора с человеком. Одним из первых и самых известных таких ботов была ELIZA , которая еще в 60-е годы XX века могла вести беседу в стиле классического психоаналитика. А в 2014 году появилось (достаточно спорное) сообщение о том, что тест Тьюринга успешно прошел «Женя Густман» (Eugene Goostman), чатбот, созданный тремя русскоязычными программистами.
•«Женя» представляется собеседникам 13-летним мальчиком из Одессы, и люди часто списывают на это ошибки в английском языке, недопонимания и недостаток знаний. Но чатботы никогда даже не претендовали на то, чтобы «действительно понимать» человеческий язык со всеми контекстами.
•В философском контексте это смыкается с известной конструкцией так называемой китайской комнаты Джона Сёрля: представьте себе комнату, полную бумажек со странными символами. На ее стенах записан очень сложный алгоритм перекладывания бумажек, и находящийся в комнате человек перекладывает бумажки согласно этому алгоритму. Оказывается, что алгоритм, к примеру, поддерживает беседу на китайском языке, получая на вход реплики и выдавая ответы на них.
•Но человек не знает китайского и не понимает входов и выходов, он просто
•перекладывает бумажки.
•Кто или что «знает китайский» в этом примере?
•Можно ли сказать, что комната с бумажками начала «обладать сознанием»?..
•Можно проследить точное время и место зарождения науки об искусственном интеллекте.
•В 1956 году четыре отца-основателя искусственного интеллекта — Джон Маккарти (John McCarthy), Марвин Минский (Marvin Minsky), Натаниэль Рочестер (Nathaniel Rochester) и Клод Шеннон (Claude Shannon) —
организовали Дартмутский семинар, знаменитую летнюю школу в Дартмуте.
•Заявка на проведение этого семинара была, пожалуй, самой амбициозной грантозаявкой в истории информатики. Вот что писал там Джон Маккарти:
«Мы предлагаем исследование искусственного интеллекта сроком на два месяца с участием десяти человек летом 1956 года в Дартмутском колледже, Гановер, Нью-Гемпшир. Исследование основано на предположении, что всякий аспект обучения или любое другое свойство интеллекта может в принципе быть столь точно описано, что машина сможет его имитировать. Мы попытаемся понять, как обучить машины использовать естественные языки, формировать абстракции и концепции, решать задачи, сейчас подвластные только людям, и улучшать самих себя. Мы считаем, что существенное продвижение в одной или более из этих проблем вполне возможно, если специально подобранная группа ученых будет работать над этим в течение лета».