Neyron tarmoq - bu nima? Ta'rifi, ma'nosi va qamrovi

2024 Muallif: Leah Sherlock | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:52

Ilgari faqat ilmiy-fantastik kitoblardan ma'lum bo'lgan neyron tarmoq atamasi so'nggi yillarda ijtimoiy hayotga asta-sekin va sezilmas ravishda so'nggi ilmiy ishlanmalarning ajralmas qismi sifatida kirib keldi. Albatta, uzoq vaqt davomida o'yin sanoati bilan shug'ullanadigan odamlar bu neyron tarmoq ekanligini bilishadi. Ammo bugungi kunda bu atama hamma tomonidan topiladi, uni keng omma biladi va tushunadi. Bu, shak-shubhasiz, ilm-fanning real hayotga yaqinlashganidan, kelajakda bizni yangi yutuqlar kutayotganidan dalolat beradi. Va shunga qaramay, neyron tarmoq nima? Keling, so'zning ma'nosini tushunishga harakat qilaylik.

Hozir va kelajak

Qadimgi kunlarda neyron tarmoq, Hort va kosmik sayohatchilar bir-biri bilan chambarchas bog'liq bo'lgan tushunchalar edi, chunki sun'iy intellektni oddiy mashinadan ancha yuqori qobiliyatga ega bo'lgan odamlarning tasavvurida paydo bo'ladigan fantaziya olamida uchratish mumkin edi. ba'zi mualliflar. Va shunga qaramay, tendentsiyalar shundan iboratki, yaqinda oddiy odam atrofida ilgari faqat ilmiy-fantastik adabiyotlarda eslatib o'tilgan ob'ektlar tobora ko'payib bormoqda. Bu bizga xayolotning eng shiddatli parvozi ham ertami-kechmi haqiqatda o'z ekvivalentini topadi, deb aytishga imkon beradi. Xitlar, neyron tarmoqlar haqida kitoblar allaqachonEndi o'n yil oldingiga qaraganda haqiqat bilan ko'proq umumiylik bor va yana o'n yil ichida nima bo'lishini kim biladi?

Zamonaviy voqelikdagi neyron tarmoq - bu sizning ixtiyoringizda faqat fotosuratga ega bo'lgan odamlarni aniqlash imkonini beruvchi texnologiya. Sun'iy intellekt mashina haydashga qodir, poker o'yinini o'ynashi va yutishi mumkin. Bundan tashqari, neyron tarmoqlar ilmiy kashfiyotlar qilishning yangi usullari bo'lib, ilgari imkonsiz bo'lgan hisoblash imkoniyatlariga murojaat qilish imkonini beradi. Bu bugungi dunyoni tushunish uchun noyob imkoniyatlarni beradi. Biroq, faqat so'nggi kashfiyotlar haqida xabar beruvchi xabarlardan neyron tarmoq nima ekanligini kamdan-kam hollarda aniqlaydi. Bu atama dastur, mashina yoki serverlar majmuasiga nisbatan qoʻllanilishi kerakmi?

Umumiy koʻrinish

"Neyron tarmoq" atamasidan ko'rinib turibdiki (ushbu maqolada keltirilgan fotosuratlar ham buni tushunishga imkon beradi) inson miyasi mantig'iga o'xshash tarzda ishlab chiqilgan strukturadir. Albatta, bunday yuqori darajadagi murakkablikdagi to'liq biologik tuzilmani nusxalash hozircha real ko'rinmaydi, ammo olimlar allaqachon muammoni hal qilishga sezilarli darajada yaqinlasha olishgan. Aytaylik, yaqinda yaratilgan neyron tarmoqlar ancha samarali. Xort va fantastik asarlarni nashr etgan boshqa yozuvchilar o'z asarlarini yozish paytida ilm-fan bu yilga qadar oldinga qadam qo'yishini bilishmas edi.

Inson miyasining oʻziga xos xususiyati shundaki, u koʻplab elementlardan iborat boʻlib, ular orasidaaxborot doimiy ravishda neyronlar orqali uzatiladi. Aslida, yangi neyron tarmoqlar ham shunga o'xshash tuzilmalar bo'lib, elektr impulslari tegishli ma'lumotlar almashinuvini ta'minlaydi. Bir so'z bilan aytganda, xuddi inson miyasida bo'lgani kabi. Va hali aniq emas: oddiy kompyuterdan farq bormi? Axir, siz bilganingizdek, mashina ham qismlardan yaratilgan bo'lib, ular orasidagi ma'lumotlar elektr toki orqali uzatiladi. Kosmos, neyron tarmoqlar haqidagi kitoblarda odatda hamma narsa jozibali ko'rinadi - ulkan yoki mayda mashinalar, bir qarashda qahramonlar nima bilan shug'ullanayotganini tushunishadi. Lekin aslida vaziyat hozircha boshqacha.

U qanday qurilgan?

Neyron tarmoqlar boʻyicha ilmiy maqolalardan koʻrinib turibdiki (“Kosmosda yuruvchilar”, afsuski, qanchalik jozibali boʻlmasin, bu toifaga kirmaydi), bu gʻoya sohadagi eng ilgʻor tuzilma hisoblanadi. sun'iy intellekt, murakkab tuzilmani yaratishda, uning alohida qismlari juda oddiy. Darhaqiqat, odamlar bilan parallel ravishda o'xshashlikni topish mumkin: deylik, sutemizuvchilarning miyasining faqat bir qismi katta qobiliyatga, qobiliyatga ega emas va aqlli xatti-harakatni ta'minlay olmaydi. Ammo, umuman olganda, odam haqida gap ketganda, bunday jonzot hech qanday muammosiz aql darajasi uchun sinovdan o'tadi.

Ushbu oʻxshashliklarga qaramay, sunʼiy intellektni yaratishga oʻxshash yondashuv bir necha yil oldin rad etilgan edi. Buni ilmiy maqolalardan ham, neyron tarmoq haqidagi ilmiy-fantastik kitoblardan ham ko'rish mumkin (masalan, yuqorida aytib o'tilgan Spacewalkers). Aytgancha, ma'lum darajada hatto bayonotlarTsitseronni zamonaviy neyron tarmoqlar g'oyasi bilan bog'lash mumkin: bir vaqtlar u maymunlarga ertami-kechmi ulardan mazmunli matn paydo bo'lishi uchun tokenlarga yozilgan harflarni havoga tashlashni tavsiya qilgan. Va faqat 21-asr bunday yovuzlik mutlaqo asossiz ekanligini ko'rsatdi. Neyron tarmoq va ilmiy fantastika oʻz yoʻlida bordi: agar siz maymunlar armiyasiga koʻp tokenlar bersangiz, ular nafaqat mazmunli matn yaratadi, balki butun dunyo ustidan hokimiyatga ega boʻladi.

Kuch birlikda, birodar

Koʻp sonli tajribalardan bilib olganimizdek, neyrotarmoqni oʻrgatish obʼyektning oʻzi juda koʻp sonli elementlarni oʻz ichiga olganida muvaffaqiyatga olib keladi. Olimlar hazillashganidek, neyron tarmoqni har qanday narsadan, hatto gugurt qutilaridan ham yig'ish mumkin, chunki asosiy g'oya natijada paydo bo'lgan jamoa bo'ysunadigan qoidalar to'plamidir. Odatda qoidalar juda oddiy, ammo ular sizga ma'lumotlarni qayta ishlash jarayonini boshqarishga imkon beradi. Bunday vaziyatda neyron (sun'iy bo'lsa ham) umuman qurilma bo'lmaydi, murakkab tuzilma yoki tushunarsiz tizim emas, balki minimal energiya sarfi bilan amalga oshiriladigan oddiy arifmetik operatsiyalar bo'ladi. Rasmiy ravishda fanda sun'iy neyronlar "perseptronlar" deb ataladi. Neyron tarmoqlar ("Spacefalls" buni yaxshi tasvirlaydi) ba'zi ilmiy mualliflarning fikriga ko'ra ancha murakkabroq bo'lishi kerak, ammo zamonaviy fan shuni ko'rsatadiki, soddalik ham ajoyib natijalar beradi.

Sun'iy neyronning ishlashi oddiy: raqamlar kiritiladi, har biri uchun qiymat hisoblanadiaxborot bloki, natijalar qo'shiladi, chiqish birlik yoki "-1" qiymati hisoblanadi. O'quvchi halok bo'lganlar orasida bo'lishni xohlaganmi? Neyron tarmoqlar haqiqatda mutlaqo boshqacha tarzda ishlaydi, hech bo'lmaganda hozirgi paytda, shuning uchun o'zingizni fantaziya ishida tasavvur qilganingizda, buni unutmasligingiz kerak. Aslida, zamonaviy odam sun'iy intellekt bilan ishlashi mumkin, masalan: siz rasmni ko'rsatishingiz mumkin va elektron tizim "yoki - yoki" degan savolga javob beradi. Aytaylik, bir kishi bir nuqtaning koordinata tizimini o'rnatadi va nima tasvirlanganini so'radi - er yoki, aytaylik, osmon. Ma'lumotni tahlil qilgandan so'ng, tizim javob beradi - juda noto'g'ri bo'lishi mumkin (AIning mukammalligiga qarab).

Barmoqlar

Zamonaviy neyron tarmoq mantigʻidan koʻrinib turibdiki, uning har bir elementi tizimga berilgan savolga toʻgʻri javob topishga harakat qiladi. Bunday holda, unchalik aniqlik yo'q, natijani tanga tashlash natijasi bilan solishtirish mumkin. Ammo haqiqiy ilmiy ish neyron tarmoqni o'rgatish vaqti kelganida boshlanadi. Kosmos, yangi dunyolarni o'rganish, koinotimizning fizik qonunlari mohiyatini tushunish (zamonaviy olimlar neyron tarmoqlardan foydalanishga tayanadi) sun'iy intellekt odamga qaraganda ancha samarali va samaraliroq o'rganadigan paytda ochiq bo'ladi.

Gap shundaki, tizimga savol bergan odam unga toʻgʻri javobni biladi. Shunday qilib, siz uni dasturning axborot bloklarida yozishingiz mumkin. To'g'ri javob bergan perseptron qiymatga ega bo'ladi vaBu erda noto'g'ri javob bergan kishi uni yo'qotadi va jarima oladi. Har bir yangi dasturni ishga tushirish tsikli qiymat darajasining o'zgarishi tufayli oldingisidan farq qiladi. Oldingi misolga qaytsak: ertami-kechmi dastur er va kosmosni aniq ajratishni o'rganadi. Neyron tarmoqlar qanchalik samaraliroq o'rganilsa, o'quv dasturi shunchalik to'g'ri tuzilgan bo'lsa - va uni shakllantirish zamonaviy olimlarga ko'p kuch sarflaydi. Oldin qo'yilgan vazifaning bir qismi sifatida: agar neyron tarmoq tahlil qilish uchun boshqa fotosurat bilan ta'minlangan bo'lsa, ehtimol u darhol uni aniq qayta ishlay olmaydi, lekin avvalroq o'quv jarayonida olingan ma'lumotlarga asoslanib, u qaerda ekanligini aniq aniqlaydi. yer va bulutlar, kosmos yoki boshqa narsa qayerda.

Gʻoyani haqiqatga tatbiq etish

Albatta, haqiqatda neyron tarmoqlar yuqorida tavsiflanganidan ancha murakkabroq, garchi printsipning o'zi o'zgarmaydi. Neyron tarmog'i shakllanadigan elementlarning asosiy vazifasi raqamli ma'lumotlarni tizimlashtirishdir. Ko'p elementlarni birlashtirganda, vazifa murakkablashadi, chunki kirish ma'lumotlari tashqaridan emas, balki tizimlashtirish vazifasini bajargan perseptrondan bo'lishi mumkin.

Yuqoridagi vazifaga qaytadigan boʻlsak, neyron tarmoq ichida siz quyidagi jarayonlarni oʻylab topishingiz mumkin: bir neyron koʻk piksellarni boshqalardan ajratib turadi, ikkinchisi koordinatalarni qayta ishlaydi, uchinchisi birinchisi tomonidan olingan maʼlumotlarni tahlil qiladi. ikki, buning asosida u yer yoki osmon berilgan nuqtada ekanligini hal qiladi. Bundan tashqari, ko'k va boshqa piksellarni saralash bir vaqtning o'zida bir nechta neyronlarga ishonib topshirilishi mumkin va ular olgan ma'lumotlarni umumlashtirish mumkin. Beradigan o'sha perseptronlaryaxshiroq va aniqroq natija oxirida yuqori qiymat shaklida bonus oladi va ularning natijalari har qanday vazifani qayta ishlashda ustuvor bo'ladi. Albatta, neyron tarmoq nihoyatda hajmli bo'lib chiqadi va unda qayta ishlangan ma'lumotlar umuman chidab bo'lmas tog' bo'ladi, ammo xatolarni hisobga olish va tahlil qilish va kelajakda ularni oldini olish mumkin bo'ladi. Ko'pgina ilmiy-fantastik kitoblarda topilgan asosan neyron tarmoqqa asoslangan implantlar shunday ishlaydi (agar, albatta, mualliflar uning qanday ishlashi haqida o'ylashmasa).

Tarixiy bosqichlar

Bu oddiy odamni hayratda qoldirishi mumkin, ammo birinchi neyron tarmoqlar 1958 yilda paydo bo'lgan. Buning sababi shundaki, sun'iy neyronlar qurilmasi boshqa kompyuter elementlariga o'xshash bo'lib, ular orasida ma'lumotlar ikkilik sanoq sistemasi formatida uzatiladi. Oltmishinchi yillarning oxirida neyron tarmoqlar tamoyillari amalga oshirilgan Mark I Perceptron deb nomlangan mashina ixtiro qilindi. Bu shuni anglatadiki, birinchi neyron tarmoq birinchi kompyuter qurilganidan atigi o'n yil o'tgach paydo bo'lgan.

Birinchi neyron tarmoqning birinchi neyronlari rezistorlar, radionaychalardan iborat edi (o'sha paytda zamonaviy olimlar foydalanishi mumkin bo'lgan bunday kod hali ishlab chiqilmagan edi). Neyron tarmoq bilan ishlash ikki qavatli tarmoqni yaratgan Frank Rozenblatning vazifasi edi. Tarmoqqa tashqi ma'lumotlarni uzatish uchun 400 piksel o'lchamli ekran ishlatilgan. Tez orada mashina geometrik shakllarni taniy oldi. Bu allaqachon texnik echimlarni takomillashtirish bilan neyron tarmoqlarni amalga oshirishi mumkinligini ko'rsatdiharflarni o'qishni o'rganing. Yana kim biladi?

Birinchi neyron tarmoq

Tarixdan koʻrinib turibdiki, Rozenblat oʻz ishi bilan tom maʼnoda yonib ketdi, u unga mukammal yoʻn altirilgan, neyrofiziologiya boʻyicha mutaxassis edi. U qiziqarli va ommabop universitet kursining muallifi edi, unda har kim inson miyasini texnik timsolida qanday amalga oshirishni tushuna oladi. O'shanda ham ilmiy hamjamiyat tez orada harakat qilish, gapirish va o'ziga o'xshash tizimlarni shakllantirishga qodir aqlli robotlarni yaratish uchun real imkoniyatlar paydo bo'lishiga umid qilgan. Kim biladi, balki bu robotlar boshqa sayyoralarni mustamlaka qilish uchun ketadimi?

Rosentblatt ishtiyoqli edi va siz uni tushunishingiz mumkin. Olimlar, agar matematik mantiq mashinada to'liq gavdalansa, sun'iy intellektni amalga oshirish mumkinligiga ishonishgan. Bu vaqtda Tyuring testi allaqachon mavjud edi, Asimov robototexnika g'oyasini ommalashtirdi. Ilmiy hamjamiyat koinotni tadqiq qilish vaqt masalasi ekanligiga amin edi.

Skeptitsizm oqlandi

Oltmishinchi yillarda allaqachon sun'iy intellekt ustida ishlaydigan Rosenblatt va boshqa buyuk aqllar bilan bahslashadigan olimlar bor edi. Ularning uydirma mantig'i haqida juda to'g'ri fikrni o'z sohasida taniqli Marvin Minskining nashrlaridan olish mumkin. Aytgancha, Isaak Asimov va Stenli Kubrik Minskining qobiliyatlari haqida yuqori gapirishgani ma'lum (Minskiy unga "Space Odyssey" filmida ishlashga yordam bergan). Minsky neyron tarmoqlarni yaratishga qarshi emas ediKubrikning filmi guvohlik beradi va uning ilmiy faoliyatining bir qismi sifatida u 50-yillarda mashinani o'rganish bilan shug'ullangan. Shunga qaramay, Minskiy noto'g'ri fikrlarga keskin munosabatda bo'lib, o'sha paytda hali ham mustahkam asosga ega bo'lmagan umidlarni tanqid qildi. Aytgancha, Duglas Adams kitoblaridagi Marvin Minski nomi bilan atalgan.

Neyron tarmoqlarning tanqidi va o'sha davrning yondashuvi 1969 yildagi "Perceptron" nashrida tizimlashtirilgan. Aynan shu kitob ko'pchilikning neyron tarmoqlarga bo'lgan qiziqishini tom ma'noda o'ldirdi, chunki ajoyib obro'ga ega olim Mark Birinchining bir qator kamchiliklari borligini aniq ko'rsatdi. Birinchidan, faqat ikkita qatlamning mavjudligi aniq etarli emas edi va mashina o'zining ulkan o'lchamlari va katta energiya iste'moliga qaramay, juda kam ish qila oldi. Tanqidning ikkinchi nuqtasi Rosenblatt tomonidan tarmoqni o'qitish uchun ishlab chiqilgan algoritmlarga bag'ishlandi. Minskiyning so'zlariga ko'ra, xatolar haqidagi ma'lumotlar katta ehtimollik bilan yo'qolgan va kerakli qatlam vaziyatni to'g'ri tahlil qilish uchun ma'lumotlarning to'liq hajmini olmagan.

Vaziyat toʻxtadi

Minskining asosiy g'oyasi o'z hamkasblarini rivojlanishni yaxshilashga undash uchun xatolarni ko'rsatish bo'lganiga qaramay, vaziyat boshqacha edi. Rosenblatt 1971 yilda vafot etdi va uning ishini davom ettiradigan hech kim yo'q edi. Bu davrda kompyuterlar davri boshlandi va bu texnologiya sohasi ulkan yutuqlar bilan oldinga siljidi. Bu sektorda matematika va informatika sohasidagi eng zo‘r aql egalari ishlagan va sun’iy intellekt energiya va resurslarni asossiz isrof qilishdek tuyulardi.

Neyron tarmoqlari oʻn yildan koʻproq vaqt davomida ilmiy jamoatchilik eʼtiborini tortmagan. Kiberpank modaga kirgach, burilish nuqtasi keldi. Xatolarni yuqori aniqlik bilan hisoblash mumkin bo'lgan formulalarni topish mumkin edi. 1986 yilda Minskiy tomonidan ishlab chiqilgan muammo allaqachon uchinchi yechimni topdi (uchalasi ham mustaqil olimlar guruhlari tomonidan ishlab chiqilgan) va aynan shu kashfiyot ishqibozlarni yangi sohani o'rganishga undadi: neyron tarmoqlar ustida ishlash yana faollashdi. Biroq, perseptronlar atamasi jimgina kognitiv hisoblash bilan almashtirildi, eksperimental qurilmalardan xalos bo'ldi, eng samarali dasturlash usullaridan foydalangan holda kodlashdan foydalana boshladi. Bir necha yil va neyronlar allaqachon juda jiddiy vazifalarni bajara oladigan murakkab tuzilmalarga yig'ilgan. Vaqt o'tishi bilan, masalan, inson qo'l yozuvini o'qish uchun dasturlar yaratish mumkin edi. Birinchi tarmoqlar o'z-o'zini o'rganishga qodir, ya'ni kompyuterni boshqaruvchi shaxsning maslahatisiz mustaqil ravishda to'g'ri javoblarni topdilar. Neyron tarmoqlar amaliyotda o'z qo'llanilishini topdi. Masalan, Amerikadagi bank tuzilmalarida cheklardagi raqamlarni aniqlaydigan dasturlardan foydalaniladi.

Odamlar bilan oldinga

90-yillarda ma'lum bo'ldiki, neyron tarmoqlarning olimlarning alohida e'tiborini talab qiladigan asosiy xususiyati - bu to'g'ri echimni izlash uchun odamning so'rovisiz ma'lum bir sohani o'rganish qobiliyatidir. Dastur sinov va xato usulidan foydalanadi, uning asosida xatti-harakatlar qoidalarini yaratadi.

Bu davr qiziqishning ortishi bilan ajralib turdiommaviy uchun vaqtinchalik robotlar. Butun dunyodagi ishtiyoqli dizaynerlar o'rganishga qodir bo'lgan o'z robotlarini faol ravishda loyihalashni boshladilar. 1997 yilda bu jahon darajasidagi birinchi chinakam jiddiy muvaffaqiyat edi: birinchi marta kompyuter dunyoning eng yaxshi shaxmatchisi Garri Kasparovni mag'lub etdi. Biroq, 90-yillarning oxiriga kelib, olimlar shiftga erishdilar va sun'iy intellekt yanada rivojlana olmaydi degan xulosaga kelishdi. Bundan tashqari, yaxshi optimallashtirilgan algoritm bir xil muammolarni hal qilishda har qanday neyron tarmoqqa qaraganda ancha samarali. Ba'zi funktsiyalar neyron tarmoqlarda qoldi, masalan, arxiv matnlarini tanib olish, ammo bundan murakkabroq narsa yo'q edi. Asosan, zamonaviy olimlar aytganidek, texnik imkoniyatlar yetishmas edi.

Bizning vaqt

Neyron tarmoqlar bugungi kunda "yechim o'z-o'zidan topiladi" usuli yordamida eng murakkab muammolarni hal qilish usulidir. Aslida, bu hech qanday ilmiy inqilob bilan bog'liq emas, shunchaki zamonaviy olimlar, dasturlash olamining nuroniylari, inson ilgari faqat umumiy ma'noda tasavvur qilishlari mumkin bo'lgan narsalarni amalda qo'llash imkonini beradigan kuchli texnikaga ega. Tsitseronning maymunlar va tokenlar haqidagi iborasiga qaytsak: agar siz hayvonlarga to'g'ri ibora uchun mukofot beradigan odamni tayinlasangiz, ular nafaqat mazmunli matn yaratadi, balki yangi "Urush va tinchlik" ni ham yozadi, bundan ham yomoni emas.

Bizning zamonamizning neyron tarmoqlari axborot texnologiyalari sohasida ishlaydigan eng yirik kompaniyalar bilan xizmat qiladi. Bu kuchli serverlar orqali amalga oshiriladigan ko'p qatlamli neyron tarmoqlar,World Wide Web imkoniyatlaridan foydalangan holda, so'nggi o'n yilliklarda to'plangan ma'lumotlar massivlari.