В последние годы, похоже, наметился выход из этого тупика – появляется все больше примеров специализированных ИИ, которые в своей сфере применения не уступают человеку и даже превосходят его.
Четыре основных качества ИИ, ориентированные на конкретные области, – неточность, динамичность, эмерджентность и обучаемость. Системы ИИ обучаются, потребляя данные, а затем делая наблюдения и выводы на основе этих данных. Они не требуют точного ввода и не гарантируют точного вывода – например, системы машинного перевода переводят тексты не путем замены отдельных слов, а выявляя и используя идиоматические фразы и шаблоны. Аналогичным образом, такие ИИ считаются динамичными, поскольку они развиваются в ответ на изменяющиеся обстоятельства, и эмерджентными, так как они могут находить решения, совершенно новые для человека. Это качества, революционные для машин.
Рассмотрим прорыв AlphaZero в мире шахмат. Если классические шахматные программы следовали жестко закодированному в них человеческому опыту, то ИИ AlphaZero развивал свои навыки, играя миллионы партий против самого себя. Завершив обучение, модель AlphaZero применила выработанную стратегию и сопутствующую тактику на практике – и результатом стали «шахматы из другого измерения». Такие методы обучения основаны на алгоритмах – наборах шагов для преобразования входных данных (таких как правила игры) в повторяющиеся выходные данные (такие как победа в игре). При этом цель обучения заключается не в получении точных и предсказуемых результатов вычислений, а в улучшении неточных результатов. И эти методы замечательно работают.
Возьмем в качестве примера авиацию. Скоро ИИ сможет управлять различными воздушными транспортными средствами – или быть вторым пилотом. Уже сейчас в рамках программы DARPA AlphaDogFight истребители, пилотируемые ИИ, превосходят человека в боевых симуляциях, выполняя маневры, которые не под силу пилотам-людям. Управляя боевыми самолетами или беспилотниками, доставляющими продовольствие, ИИ может оказать значительное влияние на будущее военной и гражданской авиации.
Сейчас мы видим самые первые инновации в области ИИ, и они уже начинают менять человеческое мировосприятие самыми разными способами. В ближайшие десятилетия эти тенденции будут только усиливаться. ИИ становится вездесущим, и его влияние на нашу жизнь растет.
Технологические концепции, управляющие развитием ИИ, очень сложны и важны. В этой главе мы рассказываем об эволюции и текущем состоянии различных видов машинного обучения и его применений. Современные ИИ одновременно поразительно мощны и заметно ограничены. Базовое знакомство со структурой, возможностями и ограничениями ИИ жизненно важно для понимания того, как он развивается, какие несет социальные, культурные и политические изменения и какое влияние окажет в будущем.
Эволюция ИИ
Человечество всегда мечтало о помощнике – машине, способной выполнять человеческие задачи. В греческой мифологии бронзовый гигант Талос, выкованный богом-кузнецом Гефестом
[26], патрулировал берега Крита, защищая остров от вторжения. Людовик XIV во Франции в XVII в. и Фридрих Великий в Пруссии в XVIII в. увлекались механическими автоматами. Однако в реальности создать такую машину и сделать ее способной к полезной деятельности – даже с появлением современной вычислительной техники – было дьявольски сложно. Главная проблема была в том, как и чему ее обучать.
Первые попытки создать практически полезный ИИ заключались в кодировании человеческого опыта в наборы правил или фактов для компьютерных систем. Но далеко не все можно свести к простым правилам или символическим представлениям. Там, где используются точные характеристики – шахматы, алгебраические расчеты, автоматизация бизнес-процессов, – добились больших успехов так называемые экспертные системы. Но в таких областях, как переводы с иностранных языков и визуальное распознавание объектов, экспертные системы потерпели неудачу.
Проблемы, возникшие при распознавании визуальных объектов, наглядно иллюстрируют недостатки этих ранних программ. Распознавание изображений – легкая задача даже для маленьких детей, но не для первых поколений ИИ. Сначала разработчики ИИ пытались задать отличительные характеристики объекта через символическое представление. Например, чтобы идентифицировать изображение кошки, они создавали абстрактные варианты различных атрибутов – усов, четырех лап, тела, заостренных ушей – идеализированной кошки. Но в реальности такое идеальное представление кошки встречается редко, к тому же кошки могут бегать, сворачиваться клубком или вытягиваться, у них бывают разные размеры и окрасы. Таким образом, подход, подразумевающий создание абстрактных моделей и их сопоставление с входными данными из реального мира, на практике оказался неработоспособным.
Эти формалистические, негибкие системы познакомили нас с интеллектуальными машинами, но успешно работали они только в областях, в которых имеющийся опыт можно было четко зафиксировать в виде жестких правил. При решении задач, которые нельзя было закодировать четкими правилами, такие системы не проходили тест Тьюринга, то есть оказывались неспособны делать (или имитировать) работу человека. Так наступила «зима ИИ» – области применения интеллектуальных систем были ограничены, их финансирование сократилось и прогресс замедлился.
Затем произошел концептуальный сдвиг. Разработчики осознали, что нужен новый подход к созданию машин для решения сложных проблем – машины должны учиться самостоятельно. Так мы перешли от попыток закодировать знания, полученные человеком, к делегированию машинам самого процесса обучения.
Машинное обучение возникло еще в 1950-х гг., но новые достижения позволили исследователям опять обратить на него внимание в 1990-е гг. и начать применять его на практике. Лучше всего зарекомендовали себя методы извлечения закономерностей из больших массивов данных с помощью так называемых нейронных сетей. В философском плане можно сказать, что первопроходцы ИИ отказались от идеи свести мир к механистическим правилам и построить модели, приближенные к реальности. Они поняли, что для идентификации изображения кошки машина должна «выучить» ряд визуальных представлений кошек, наблюдая за животными в различных контекстах. Для машинного обучения важно взаимодействие различных представлений, а не их идеальное выражение – Витгенштейн, а не Платон. Так родилась современная область машинного обучения – программы, которые обучаются на полученном опыте.
Современный ИИ
Мы добились серьезных успехов. Например, в 2000-х гг. был достигнут значительный прогресс в области машинного обучения для визуального распознавания объектов. Разработчики создали ИИ, которые обучались на наборах картинок и идентифицировали изображения объектов гораздо эффективнее, чем жестко закодированные системы.
ИИ, который открыл халицин, иллюстрирует центральную роль процесса обучения. Когда исследователи МИТ разработали алгоритм машинного обучения для предсказания антибактериальных свойств молекул, обучив его на наборе данных из более чем 2 тыс. молекул, получилось то, чего не смог бы добиться ни один обычный алгоритм – и ни один человек. Связи, которые ИИ выявил между молекулой и ее свойствами антибиотика, непонятны людям и, что еще более важно, не поддаются выражению в виде правил. Это говорит о том, что алгоритм машинного обучения, который совершенствует модель на основе базовых данных, способен распознавать взаимосвязи, неуловимые для человека.
