Нейрондук тармак - бул эмне? Аныктама, мааниси жана масштабы

2024 Автор: Leah Sherlock | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 05:42

Буга чейин фантастикалык китептерден гана белгилүү болгон нейрондук тармак термини акыркы жылдарда коомдук турмушка акырындык менен акыркы илимий иштеп чыгуулардын ажырагыс бөлүгү катары кирди. Албетте, бир топ убакыт бою, оюн индустриясы менен алектенген адамдар бул нейрон тармак экенин билишет. Ал эми азыркы учурда бул терминди ар бир адам табат, аны кеңири эл билет жана түшүнөт. Бул, албетте, илимдин реалдуу жашоого жакындап, алдыда бизди жаңы ачылыштар күтүп жатканын айгинелейт. Жана дагы, нейрондук тармак деген эмне? Келгиле, сөздүн маанисин түшүнүүгө аракет кылалы.

Учур жана келечек

Эски күндөрдө нейрон тармагы, Хорт жана космос сейилдөөчүлөрү бири-бири менен тыгыз байланышта болгон түшүнүктөр болчу, анткени жөнөкөй машинадан алда канча жогору жөндөмү бар жасалма интеллект менен фантазияда пайда болгон фантазия дүйнөсүндө гана жолугууга болот эле. кээ бир авторлор. Ошондой болсо да, тенденциялар ушундай, жакында эле карапайым адамдын айланасында чындыгында мурда илимий фантастикалык адабиятта айтылган объектилер барган сайын көбөйүүдө. Бул фантазиянын эң катаал учуусу да, балким, эртеби-кечпи, чындыкта өзүнүн эквивалентин табат деп айтууга мүмкүндүк берет. Хиттер, нейрон тармактары жөнүндө китептеразыр он жыл мурункуга караганда реалдуулук менен көбүрөөк окшоштуктар бар жана дагы он жылда эмне болорун ким билет?

Заманбап реалдуулуктагы нейрон тармагы – бул сиздин колуңузда бир гана сүрөт бар адамдарды аныктоого мүмкүндүк берген технология. Жасалма интеллект унаа айдаганга абдан жөндөмдүү, покер оюнун ойноп, утуп алат. Мындан тышкары, нейрон тармактары мурда мүмкүн болбогон эсептөө мүмкүнчүлүктөрүнө кайрылууга мүмкүндүк берүүчү илимий ачылыштарды жасоонун жаңы жолдору. Бул азыркы дүйнөнү түшүнүү үчүн уникалдуу мүмкүнчүлүктөрдү берет. Бирок, акыркы ачылыштарды жарыялаган жаңылыктардан гана нейрондук тармак эмне экени сейрек кездешет. Бул термин программага, машинага же серверлердин комплексине колдонулушу керекпи?

Жалпы көрүнүш

Сиз «нейрондук тармак» термининен көрүнүп тургандай (бул макалада берилген сүрөттөр да муну түшүнүүгө мүмкүндүк берет) адамдын мээсинин логикасына окшоштурулуп жасалган бир түзүлүш. Албетте, учурда мындай жогорку татаалдыктагы толук биологиялык түзүлүштү көчүрүү реалдуу көрүнбөйт, бирок илимпоздор көйгөйдү чечүүгө олуттуу түрдө жакындай алышкан. Келгиле, жакында түзүлгөн нейрон тармактары кыйла натыйжалуу деп коёлу. Хорт жана башка фантастикалык чыгармаларды басып чыгарган жазуучулар өз чыгармаларын жазып жатканда илимдин быйылкы жылы мынчалык алдыга кадам таштай аларын билишкен эмес.

Адамдын мээсинин өзгөчөлүгү – бул көптөгөн элементтерден турган түзүлүш, алардын ортосундамаалымат дайыма нейрондор аркылуу берилет. Чындыгында, жаңы нейрон тармактары дагы окшош структуралар болуп саналат, мында электрдик импульстар тиешелүү маалыматтардын алмашуусун камсыз кылат. Бир сөз менен айтканда, адамдын мээсиндей. Анан дагы түшүнүксүз: кадимки компьютерден айырмасы барбы? Анткени, машина, өзүңүздөр билгендей, бөлүкчөлөрдөн жаратылган, алардын ортосундагы маалыматтар электр тогунун жардамы менен өткөрүлөт. Космос, нейрон тармактары жөнүндө китептерде адатта баары укмуштуудай көрүнөт - чоң же кичинекей машиналар, бир караганда каармандар эмне менен алек болуп жатканын түшүнүшөт. Бирок иш жүзүндө абал азырынча башкача.

Ал кантип курулган?

Нейрондук тармактар боюнча илимий эмгектерден көрүнүп тургандай («Космос сейилдөөчүлөрү», тилекке каршы, алар канчалык кызыктуу болбосун, бул категорияга кирбейт), илим тармагындагы эң прогрессивдүү структурадагы идея. Жасалма интеллект, татаал түзүлүштү түзүүдө, анын айрым бөлүктөрү абдан жөнөкөй. Чындыгында, адамдар менен параллелдүү болуп, окшоштук табууга болот: айталы, сүт эмүүчүлөрдүн мээсинин бир гана бөлүгү чоң жөндөмгө, мүмкүнчүлүккө ээ эмес, акылдуу жүрүм-турумду камсыз кыла албайт. Ал эми жалпы адам жөнүндө сөз болгондо, мындай жандык эч кандай көйгөйсүз эле акыл-эс деңгээлинин сынагынан өтүп кетет.

Ушундай окшоштуктарга карабастан, бир нече жыл мурун жасалма интеллектти түзүүгө окшош ыкма четке кагылган. Муну илимий эмгектерден да, нейрондук тармак жөнүндөгү фантастикалык китептерден да көрүүгө болот (мисалы, жогоруда айтылган Spacewalkers). Айтмакчы, кандайдыр бир деңгээлде ал тургай билдирүүлөрЦицеронду нейрондук тармактардын заманбап идеясы менен байланыштырса болот: бир убакта ал маймылдарга жетондорго жазылган тамгаларды асманга ыргытууну, эртеби-кечпи алардан мазмундуу текст түзүүнү сунуштаган. Жана 21-кылым гана мындай кара ниеттиктин таптакыр негизсиз экенин көрсөттү. Нейрондук тармак жана илимий фантастика эки башка жолдор менен кетишти: эгер сиз маймылдардын армиясына көптөгөн энбелгилерди берсеңиз, алар маңыздуу текстти гана жаратпастан, дүйнө жүзү боюнча бийликке ээ болушат.

Күч биримдикте, бир тууган

Көптөгөн эксперименттерден үйрөнгөндөй, нейрондук тармакты үйрөтүү, объекттин өзү көптөгөн элементтерди камтыса, ийгиликке алып келет. Окумуштуулар тамашалагандай, чындыгында нейрондук тармакты бардык нерседен, жада калса ширеңке кутусунан да чогултса болот, анткени негизги идея – пайда болгон жамаат баш ийе турган эрежелердин жыйындысы. Адатта, эрежелер абдан жөнөкөй, бирок алар маалыматтарды иштетүү процессин көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет. Мындай кырдаалда нейрон (жасалма болсо да) бир аппарат эмес, татаал түзүлүш же түшүнүксүз система эмес, эң аз энергия керектөө менен аткарылган жөнөкөй арифметикалык амалдар болот. Расмий түрдө илимде жасалма нейрондор "перцептрондор" деп аталат. Нейрондук тармактар («Космостуктар» муну жакшы сүрөттөйт) кээ бир илимий авторлордун көз карашында алда канча татаал болушу керек, бирок заманбап илим жөнөкөйлүк да эң сонун натыйжаларды берерин көрсөтүп турат.

Жасалма нейрондун иштеши жөнөкөй: сандар киргизилет, ар биринин мааниси эсептелетмаалымат блогу, натыйжалар кошулат, чыгаруу бирдиги же мааниси "-1" болуп саналат. Окурман каза болгондордун арасында болгусу келди беле? Нейрондук тармактар реалдуулукта такыр башка жол менен иштейт, жок дегенде азыркы учурда, ошондуктан, өзүңүздү фантастикалык чыгармада элестетип жатканда, бул жөнүндө унутпашыңыз керек. Чынында, заманбап адам жасалма интеллект менен иштей алат, мисалы, мындай: сиз сүрөттү көрсөтө аласыз, ал эми электрондук система "же - же" деген суроого жооп берет. Бир адам бир чекиттин координат системасын коюп, эмненин сүрөттөлүшүн - жерди же, айталы, асманды сурайт дейли. Маалыматты талдап чыккандан кийин, система жооп берет - балким, туура эмес (AIнын кемчиликсиздигине жараша).

Баш бармактар

Заманбап нейрон тармагынын логикасынан көрүнүп тургандай, анын ар бир элементи системага берилген суроого туура жооп табууга аракет кылат. Бул учурда, бир аз тактык бар, натыйжасы тыйын ыргытуунун натыйжасы менен салыштырууга болот. Бирок чыныгы илимий иш нейрон тармагын үйрөтүү убактысы келгенде башталат. Космос, жаңы дүйнөлөрдү изилдөө, биздин ааламдын физикалык мыйзамдарынын маңызын түшүнүү (заманбап илимпоздор нейрондук тармактарды колдонууга таянышат) жасалма интеллект адамга караганда алда канча натыйжалуу жана эффективдүү үйрөнө турган учурда ачык болот.

Чындыгында системага суроо берген адам ага туура жоопту билет. Ошентип, сиз аны программанын маалымат блокторуна жаза аласыз. Туура жооп берген перцептрон баалуулукка ээ болот жанаБул жерде туура эмес жооп берген адам айып пул алып, аны жоготот. Ар бир жаңы программаны ишке киргизүү цикли маани деңгээлинин өзгөрүшүнө байланыштуу мурункусунан айырмаланат. Мурунку мисалга кайрылсак: эртеби-кечпи программа жер менен космосту так ажыратууну үйрөнөт. Нейрондук тармактар канчалык эффективдүү үйрөнсө, окуу программасы ошончолук туура түзүлсө - жана аны түзүү заманбап окумуштууларга көп күч-аракетти талап кылат. Мурда коюлган тапшырманын бир бөлүгү катары: эгерде нейрондук тармак талдоо үчүн башка сүрөт менен камсыз болсо, аны дароо так иштете албаса керек, бирок, мурда тренинг учурунда алынган маалыматтардын негизинде, ал кайда экенин так аныктайт. жер, ал эми булуттар, космос же башка нерсе кайда.

Идеяны чындыкка колдонуу

Албетте, чындыгында нейрон тармактары жогоруда сүрөттөлгөндөн алда канча татаал, бирок принциптин өзү ошол эле бойдон калууда. Нейрондук тармак түзүлө турган элементтердин негизги милдети сандык маалыматты системалаштыруу болуп саналат. Көптөгөн элементтерди бириктиргенде, тапшырма татаалдашат, анткени киргизилген маалымат сырттан эмес, системалаштыруу ишин аткарган перцептрондон болушу мүмкүн.

Эгерде жогорудагы тапшырмага кайтсак, анда нейрон тармагынын ичинде сиз төмөнкү процесстерди ойлоп таба аласыз: бир нейрон көк пикселдерди башкалардан айырмалайт, экинчиси координаттарды иштетет, үчүнчүсү биринчи тарабынан алынган маалыматтарды талдайт. эки, анын негизинде жер же асман берилген чекитте экенин чечет. Мындан тышкары, көк жана башка пикселдерге сорттоо бир эле учурда бир нече нейронго жүктөлүшү мүмкүн жана алар алган маалыматтын жалпыланышы мүмкүн. Бере турган перцептрондоржакшыраак жана так натыйжа аягында жогорку маани түрүндөгү бонусту алат жана алардын натыйжалары кандайдыр бир тапшырманы кайра иштетүүдө артыкчылыктуу болот. Албетте, нейрон тармагы өтө көлөмдүү болуп чыгат, андагы иштелип чыккан маалымат дегеле адам чыдагыс тоо болуп калат, бирок каталарды эске алып, талдап, келечекте алардын алдын алууга болот. Көптөгөн фантастикалык китептерде кездешүүчү, негизинен нейрондук тармакка негизделген имплантаттар ушундай иштешет (албетте, авторлор анын кандайча иштээри жөнүндө ойлонууга убара болбосо).

Тарыхый этаптар

Бул жөнөкөй адамды таң калтырышы мүмкүн, бирок биринчи нейрон тармактары 1958-жылы пайда болгон. Бул жасалма нейрондордун аппараты башка компьютердик элементтерге окшош болгондуктан, алардын ортосунда маалымат экилик санауу системасынын форматында берилет. 60-жылдардын аягында нейрондук тармактардын принциптери ишке ашырылган Марк I Perceptron деп аталган машина ойлоп табылган. Бул биринчи нейрон тармагы биринчи компьютер курулгандан он жылдан кийин гана пайда болгонун билдирет.

Биринчи нейрон тармагынын алгачкы нейрондору резисторлордон, радио түтүктөрдөн турган (ал кезде азыркы окумуштуулар колдоно ала турган код али иштелип чыга элек болчу). Нейрондук тармак менен иштөө Фрэнк Розенблаттын милдети болгон, ал эки катмарлуу тармакты түзгөн. Тармакка тышкы маалыматтарды берүү үчүн 400 пикселдик чечим менен экран колдонулган. Машина жакында геометриялык фигураларды тааный алды. Бул мурунтан эле техникалык чечимдерди жакшыртуу менен, нейрон тармактары мүмкүн деп сунуш кылдытамгаларды окуганды үйрөн. Жана дагы ким билет?

Биринчи нейрон тармагы

Тарыхтан көрүнүп тургандай, Розенблат өз иши менен түзмө-түз күйүп кетти, ал ага эң сонун багытталган, нейрофизиология боюнча адис болгон. Ал кимдир бирөө адамдын мээсин техникалык ишке ашырууга кантип түшүнө ала турган кызыктуу жана популярдуу университеттик курстун автору болгон. Ошондо да илимий коомчулук жакын арада кыймылдап, сүйлөөчү жана өзүнө окшош системаларды түзө алган интеллектуалдык роботторду түзүү үчүн реалдуу мүмкүнчүлүктөр пайда болот деп үмүттөнүшкөн. Ким билет, балким бул роботтор башка планеталарды колониялаштырууга бармак беле?

Rosentblatt энтузиаст болгон жана сиз аны түшүнө аласыз. Окумуштуулар эгер математикалык логика машинада толук камтылган болсо, жасалма интеллект ишке ашат деп ишенишкен. Бул учурда, Тьюринг тести мурунтан эле бар болчу, Асимов робототехника идеясын жайылткан. Илимий коомчулук Ааламды изилдөө убакыт маселеси экенине ынанган.

Скептицизм акталган

60-жылдары эле Розенблат жана жасалма интеллект боюнча иштеген башка улуу акылдар менен талашкан илимпоздор болгон. Алардын ойдон чыгарылган логикасынын так идеясын өз тармагында белгилүү Марвин Минскинин басылмаларынан алууга болот. Айтмакчы, Исаак Азимов менен Стэнли Кубрик Минскинин жөндөмдүүлүгүн жогору айтышканы белгилүү (Минский ага «Космостук Одиссейде» иштөөгө жардам берген). Мински нейрондук тармактарды түзүүгө каршы болгон эмесКубриктин тасмасы күбөлөндүрөт жана анын илимий карьерасынын бир бөлүгү катары ал 50-жылдары машинаны үйрөнүү менен алектенген. Ошого карабастан, Мински ошол учурда эч кандай бекем пайдубал жок болгон үмүттөрдү сынга алып, жаңылыштык пикирлер жөнүндө кескин болду. Айтмакчы, Дуглас Адамстын китептериндеги Марвин Минскинин аты менен аталган.

Нейрондук түйүндөр жана ошол мезгилдин жакындашуусу 1969-жылы чыккан «Перцептрон» басылмасында системалаштырылган. Дал ушул китеп көптөгөн адамдардын нейрондук тармактарга болгон кызыгуусун түп-тамыры менен өлтүргөн, анткени эң сонун репутацияга ээ окумуштуу Марк Биринчиде бир катар кемчиликтер бар экенин ачык көрсөткөн. Биринчиден, эки гана катмардын болушу ачык эле жетишсиз болгон, ал эми машина анын гиганттык өлчөмүнө жана зор энергия керектөөсүнө карабастан, өтө аз кыла алган. Сындын экинчи пункту тармактык окутуу үчүн Розенблат тарабынан иштелип чыккан алгоритмдерге арналды. Минскинин айтымында, каталар тууралуу маалымат жогорку ыктымалдуулук менен жоголуп, кырдаалды туура талдоо үчүн керектүү катмар жөн гана маалыматтардын толук көлөмүн алган эмес.

Эч нерсе токтоду

Минскийдин негизги идеясы кесиптештерин өнүктүрүүнү жакшыртууга стимулдаштыруу үчүн каталарды көрсөтүү болгонуна карабастан, абал башкача болгон. Розенблат 1971-жылы каза болуп, анын ишин уланта турган эч ким болгон эмес. Бул мезгилде компьютерлердин доору башталып, технологиянын бул тармагы эбегейсиз кадамдар менен алга жылып жатты. Математика жана информатика тармагындагы эң мыкты акылдар бул сектордо иштешкен жана жасалма интеллект энергия менен ресурстарды негизсиз ысырап кылгандай көрүнгөн.

Нейрондук тармактар он жылдан ашык убакыттан бери илимий коомчулуктун көңүлүн бура элек. Бурулуш учур киберпанк модага киргенде келди. Каталарды жогорку тактык менен эсептее турган формулаларды табууга мумкун болду. 1986-жылы Минский тарабынан иштелип чыккан маселе үчүнчү чечимди тапкан (үчөө тең окумуштуулардын көз карандысыз топтору тарабынан иштелип чыккан) жана дал ушул ачылыш энтузиасттарды жаңы чөйрөнү изилдөөгө түрткөн: нейрондук тармактарда иштөө кайрадан жанданды. Бирок, перцептрондор термини акырындап когнитивдик эсептөө менен алмаштырылды, эксперименталдык түзүлүштөрдөн арылды, программалоонун эң эффективдүү ыкмаларын колдонуу менен коддоону колдоно баштады. Болгону бир нече жыл, жана нейрондор буга чейин абдан олуттуу милдеттерди чече ала турган татаал структураларга чогулган. Убакыттын өтүшү менен, мисалы, адамдын кол жазмасын окуу үчүн программаларды түзүү мүмкүн болгон. Биринчи тармактар өзүн-өзү үйрөнүүгө жөндөмдүү пайда болду, башкача айтканда, алар компьютерди башкарган адамдын кыйытмасы жок эле, туура жоопторду өз алдынча табышты. Нейрондук тармактар практикада колдонулушун тапты. Мисалы, Американын банк структураларында чектердеги сандарды аныктоочу программалар колдонулат.

Секирүү менен алга

90-жылдары илимпоздордун өзгөчө көңүл буруусун талап кылган нейрондук тармактардын негизги өзгөчөлүгү – бул адамдан талап кылбастан туура чечимди издөө үчүн берилген аймакты изилдөө жөндөмдүүлүгү экени айкын болду. Программа сыноо жана ката ыкмасын колдонот, анын негизинде жүрүм-турум эрежелерин түзөт.

Бул мезгил кызыгуунун өсүшү менен коштолдужалпыга ачык роботтор. Дүйнө жүзүндөгү энтузиаст дизайнерлер үйрөнүүгө жөндөмдүү өздөрүнүн роботторун активдүү долбоорлой башташты. 1997-жылы бул дүйнөлүк деңгээлдеги биринчи чындап олуттуу ийгиликти белгиледи: биринчи жолу компьютер дүйнөнүн эң мыкты шахматчысы Гарри Каспаровду жеңди. Бирок, токсонунчу жылдардын аягында илимпоздор шыпка жеткендиктен, жасалма интеллект андан ары өсө албайт деген жыйынтыкка келишкен. Мындан тышкары, жакшы оптималдаштырылган алгоритм бир эле маселелерди чечүүдө бардык нейрондук тармактарга караганда алда канча натыйжалуу. Кээ бир функциялар нейрон тармактарында калды, мисалы, архивдик тексттерди таануу, бирок андан татаал эч нерсе болгон эмес. Негизи, заманбап окумуштуулар айткандай, техникалык мүмкүнчүлүктөр жетишсиз болгон.

Биздин убакыт

Нейрондук тармактар бүгүнкү күндө «чечим өзүнөн өзү табылат» ыкмасын колдонуу менен эң татаал маселелерди чечүүнүн бир жолу. Чындыгында, бул эч кандай илимий революция менен байланышпайт, жөн гана заманбап илимпоздор, программалоо дүйнөсүнүн көрүнүктүү адамдары, адам мурда жалпы элестете алган нерселерди иш жүзүндө ишке ашырууга мүмкүндүк берген күчтүү техникага мүмкүнчүлүк алышат. Цицерондун маймылдар жана жетондор жөнүндөгү сөзүнө кайрылсак: эгер сиз жаныбарларга кимдир-бирөөнү дайындасаңыз, алар туура сөз айкашын жазганы үчүн аларга сыйлык бере турган болсо, анда алар мазмундуу текстти түзүп эле тим болбостон, жаңы “Согуш жана Тынчтык” жазат, андан да жаманы жок.

Биздин күндөрдүн нейрон тармактары маалыматтык технологиялар тармагында иштеген ири компаниялар менен кызматташат. Бул күчтүү серверлер аркылуу ишке ашырылган көп катмарлуу нейрон тармактары,Бүткүл дүйнөлүк желенин мүмкүнчүлүктөрүн колдонуу менен, акыркы ондогон жылдар бою топтолгон маалымат массивдери.