Антология машинного обучения. Важнейшие исследования в области ИИ за последние 60 лет

Глубокое обучение зародилось с появлением информационных технологий в 1950-х годах. Тогда существовали два подхода к созданию ИИ: первый доминировал на протяжении нескольких десятилетий и основывался на логике и компьютерных программах, второй предполагал обучение непосредственно на полученных данных, но занимал гораздо больше времени.
В XX веке, когда компьютеры были намного примитивнее, а хранение данных стоило дороже, чем сегодня, логика оставалась единственным способом решения задач. Опытные программисты писали различные программы для различных задач, и чем масштабнее была задача, тем сложнее была программа. Сейчас компьютеры обладают большой мощностью, способны обрабатывать огромный объем информации и благодаря особым алгоритмам решают задачи быстрее, точнее и эффективнее. Одни и те же алгоритмы могут использоваться для решения многих задач, и это куда проще, чем писать программу для каждой.
 
Учим водить
 
Машина по имени Стэнли (Stanley), сконструированная командой Себастьяна Труна из Стэнфордского университета (рис. 1.1), выиграла два миллиона долларов в гонке беспилотных автомобилей от Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency; DARPA). Стэнли ориентировался в калифорнийской пустыне благодаря машинному обучению. На семимильной трассе встречались узкие туннели и резкие повороты, а также первад Бир-Ботл [7] – ветреная горная дорога с обрывом с одной стороны и горами с другой (рис. 1.2). Вместо того чтобы пойти традиционным путем и написать компьютерную программу, которая могла бы предвидеть любую неожиданность, Трун провел Стэнли по всей пустыне, чтобы машина училась ездить, опираясь на данные с оптических датчиков и датчиков расстояния.
Рис. 1.1. Себастьян Трун на фоне Стэнли, выигравшего в 2005 году гонку беспилотных автомобилей от DARPA. Этот прорыв положил начало технической революции в сфере транспорта
Рис. 1.2. Beer Bottle Pass. Во время гонки беспилотных автомобилей, организованной DARPA в 2005 году, этот сложный участок местности находился ближе к концу трассы длиной 212 километров, пролегавшей в пустыне по бездорожью. Грузовик вдали только начинает подъем
Позже Себастьян Трун основал Google X – исследовательскую лабораторию по разработке высокотехнологичных проектов, где технологии беспилотных автомобилей получили дальнейшее развитие. С тех пор беспилотные автомобили Google проехали по району залива Сан-Франциско миллионы километров. В декабре 2016 года проект был выделен в отдельную компанию Waymo. Uber запустил беспилотные автомобили в Питсбурге. Apple также разрабатывает беспилотные автомобили, чтобы расширить спектр устройств под управлением их операционной системы в надежде повторить свой успех на рынке мобильных телефонов. Производители машин, чьи технологии практически не менялись на протяжении ста лет, следуют по их стопам. General Motors заплатил миллиард долларов за Cruise Automation, проект в Кремниевой долине, занимающийся разработкой транспорта, который не нуждается в водителе, а также инвестировал шестьсот миллионов долларов в его развитие и совершенствование [8]. Ставки на участие в секторе перевозок, где крутятся триллионы долларов, высоки.
Вскоре беспилотные автомобили станут серьезной проблемой для водителей грузовиков и легковых такси. В конечном итоге не будет необходимости покупать автомобиль, если беспилотные машины смогут прибыть через минуту и безопасно доставить вас к месту назначения. Кроме того, вам не нужно будет парковаться! Среднестатистический автомобиль проводит четыре процента времени в дороге, а остальные 96 стоит без дела. Огромные участки в городах, которые сейчас занимают парковки, можно будет использовать для других целей, тогда как беспилотные автомобили станут парковаться за городом. Также это повлияет на многие другие сферы, например на страховые компании и магазины запчастей. Станет гораздо меньше смертей из-за вождения в нетрезвом виде и из-за того, что водители засыпают за рулем. Время, которое мы тратим, чтобы добраться до работы, можно будет использовать для других целей. Согласно переписи населения, проведенной в США в 2014 году, 139 миллионов человек тратят на дорогу на работу и с нее в среднем 26 минут в каждую сторону. Это 29,6 миллиарда часов в год, целых 3,4 миллиона лет человеческих жизней, которые можно было бы использовать гораздо лучше [9]. Кто захочет угнать машину без руля, которая, вдобавок ко всему, еще и сама вернется домой? Придет конец автомобильным кражам. Пока еще на этом пути стоит множество нормативных и правовых препятствий, однако когда беспилотные автомобили начнут использовать повсеместно, мы будем жить в дивном новом мире. Первыми – вероятно, уже лет через десять – беспилотными станут грузовики, такси – через пятнадцать, а личные автомобили завершат переход лет через 25–50.
 
Беспилотные автомобили – лишь самая заметная часть сдвига в экономике, вызванного информационными технологиями. Данные текут в Интернете, как вода по городскому трубопроводу. Они собираются в огромных информационных центрах, управляемых такими компаниями, как Google, Amazon, Microsoft и др. Для их работы требуется огромное количество электроэнергии, поэтому центры располагаются рядом с гидроэлектростанциями – при передаче потока информации вырабатывается столько тепла, что только реки могут его охладить. В 2013 году информационные центры в США потребили 10 миллионов мегаватт, что сравнимо с энергией, которую вырабатывают 34 большие электростанции [10]. Но гораздо большее значение для экономики имеет то, как используются эти данные. Необработанная информация превращается в знание о людях: что вы делаете, чего хотите и что вообще из себя представляете. Более того, эта информация передается от вас через устную речь.
 
Учим переводить
 
В настоящее время глубокое обучение применяется в компании Google для сотни приложений, от Street View и до Inbox Smart Reply, а также для голосового поиска. Несколько лет назад инженеры Google поняли, что необходимо доработать эти приложения до очень высокого уровня, и приступили к созданию специального чипа, предназначенного для глубокого обучения. Для удобства плата спроектирована так, что входит в стандартный слот для жесткого диска в стойке центра обработки данных. Тензорный процессор Google (Google Tensor Processing Unit; Google TPU) сегодня внедрен на множестве серверов по всему миру, значительно повышая производительность приложений с глубоким обучением.
Рис. 1.3. Приложение Google Translate мгновенно переводит с других языков дорожные указатели, стоит навести на них камеру. Это особенно актуально, если вам нужно сесть на поезд в Японии
 
Пример того, как быстро глубокое обучение может изменить мир, – его влияние на перевод с иностранных языков. Перевод с одного языка на другой – заветная мечта ИИ, поскольку основан на понимании предложений целиком. В 2016 году компания Google запустила новый Переводчик, основывающийся на глубоком обучении, что стало большим шагом на пути к живому переводу. Буквально в одночасье перевод превратился из беспорядочного смешения отдельных фраз в связные предложения (рис. 1.3). Раньше программа искала комбинации слов, которые можно было бы перевести вместе, но глубокое обучение создает перевод, исходя из смысла всего предложения.