Каким станет искусственный интеллект будущего

15.03.20181346
Каким станет искусственный интеллект будущего

В 1832 году коллежский асессор Семен Николаевич Корсаков, пионер российской кибернетики, создал «гомеоскоп» — классифицирующее логическое устройство, которое автоматизировало процесс сравнения идей и понятий. С тех пор системы искусственного интеллекта ушли далеко вперед. О прошлом, настоящем и будущем таких систем рассказал кандидат физико-математических наук, ученый секретарь Курчатовского комплекса НБИКС-технологий НИЦ «Курчатовский институт» Вячеслав Демин в лекции, состоявшейся в образовательном центре «Сириус». «Лента.ру» публикует выдержки из его выступления.

Мозг и компьютер

На данном этапе все усилия по созданию искусственного интеллекта направлены на то, чтобы снять часть нагрузки с человеческого интеллекта, создать помощника для обработки плохо структурированной информации.

Самая очевидная задача — работа с большими объемами информации. Это направление так и называется: «Большие данные» (Big data). Самый яркий пример — Большой адронный коллайдер. БАК генерирует несколько петабайт (1 Пб = 1 000 000 Гб) информации в секунду. Она поступает в различные информационные центры по всему миру, где обрабатывается компьютерами, после чего передается физикам для анализа.

Но работа с большими объемами информации выявила слабое место современных компьютеров. Сейчас в вычислительной технике используется так называемая архитектура фон Неймана: память и процессор физически разделены и общаются друг с другом посредством шины, которая находится между ними. Чтобы выполнить команду, процессор посылает запрос в память, та извлекает из определенной ячейки данные, отправляет их в процессор, затем из памяти запрашивается команда для выполнения и вновь загружается в процессор, и так далее.

Постоянно идет передача данных в обоих направлениях, и узкое горлышко шины ограничивает производительность общего процесса вычислений. Конечно, сегодня эту проблему отчасти снимают многоядерные процессоры, когда информация делится между разными ядрами, обрабатывается в них одновременно, а потом результаты сливаются в каком-то одном ядре.

Человеческий мозг устроен иначе: его архитектура принципиально параллельна, а не последовательна. Память и вычисления в мозге реализуются в одних и тех же структурах — в нейронах. Каждая нервная клетка похожа на крохотный процессор, выполняющий простейшую функцию. Совокупность же большого числа таких элементарных процессоров способна производить довольно сложную обработку нечетко структурированной информации. Если такую схему удастся воплотить и в компьютерах, скопировав принцип действия работы нейронов, это станет прорывом.

У каждой нервной клетки есть отростки — аксоны, по которым передается информация, и дендриты, принимающие информацию. Соединение аксона и дендрита называется синапс. Когда происходит генерация «спайка», то есть собственного электрохимического возбуждения клетки, с помощью нейромедиаторов ток идет от одного нейрона к другому. Синапс при этом пластичен, он может менять эффективность передачи сигнала, варьируя степень выделения при передаче и/или чувствительности приема нейромедиатора.

Считается, что память формируется за счет пластичности синапсов: некоторый набор синаптических проницаемостей определяет какое-то определенное воспоминание, которое воспроизводится при распространении сигнала через этот набор синапсов. Если ученые смогут создать систему искусственного интеллекта, в которой аппаратно будет использоваться тот же принцип, то есть обработка и хранение информации в одних и тех же функциональных элементах (искусственных нейронах-процессорах с пластичными соединениям между ними), это выведет технологии на новый уровень. Достаточно серьезные и успешные попытки есть, но работы еще очень много.

Распознавание и осмысление

Уже сейчас компьютерные системы неплохо справляются с распознаванием образов и звуков. Но искусственный интеллект по-прежнему не осмысляет данные, любое изображение так и остается для него набором непонятных черточек. Тем не менее компьютер может и номера превышающих скорость автомобилей разобрать, и речь в печатный текст превратить, и понравившуюся песню узнать.

Не осмысляет машина и происходящее на биржах, но, основываясь на накопленных финансовых данных, она научилась довольно точно предсказывать, что произойдет в следующий момент на рынках, и автоматически отдает команду покупать либо продавать акции. Так работает современный «быстрый трейдинг». Прогнозирование (например, погоды или ситуации на дороге) — еще одно направление, успешно реализуемое уже сегодня.

Все эти задачи под антропоморфные алгоритмы решения относятся к так называемым некорректным задачам, когда известны не все данные для их однозначного решения, а значит, и решить такую задачу можно лишь примерно: чем больше существует ее параметров (условий), тем больше вариантов решения. При этом если задача не может быть решена в одно действие, то есть состоит из последовательности шагов, и на каждом шаге есть несколько вариантов допустимых действий, то количество комбинаций, приводящих в итоге к решению задачи, очень быстро растет в зависимости от количества шагов (или «размерностей» задачи). Это называется «проклятием размерностей».

Более того, в реальности на каждом шаге мы видим фактически бесконечное число вариантов допустимых действий (до стакана на столе можно дотянуться бесконечным числом вариантов), а следовательно и общее количество способов решения проблемы бесконечно. Держать все возможные варианты в голове человек просто не может, потому мозг и мыслит только целями и концепциями, решая некорректные задачи лишь приблизительно оптимально и побеждая тем самым «проклятие размерностей».

Это умение и позволяет нам существовать в реальном мире. Человеческий интеллект так может, искусственный — пока очень условно, лишь для ограниченного набора технических задач. При этом обычно под каждую техническую некорректную задачу строится свой алгоритм решения (например, специальная архитектура искусственной нейронной сети), что разительно отличает современный искусственный интеллект от мозга, способного решать все типы предлагаемых ему задач.