Читать книгу Искусственный интеллект. Большие данные. Преступность - Владимир Овчинский - Страница 2

Сегодняшний бум ИИ создает у многих иллюзию, что мы имеем дело с каким-то новейшим открытием. Это не так.

Попытки скопировать человеческий интеллект предпринимаются уже несколько веков.

ИИ часто связывают с роботами. Слово «робот» придумал чешский писатель Карел Чапек для своей пьесы «Россумские универсальные роботы», написанной в 1920 году.

Некоторые источники утверждают, что первым создателем прообраза роботов был Архит из Тарен-та – это древнегреческий математик и механик. Он смог построить между 400 и 350 годами до нашей эры деревянного парового голубя, который мог покрывать расстояние в 200 метров.

Леонардо да Винчи изобрел механического человека, напоминающего германского рыцаря, в 1495 г. А несколько ранее, в 1478 году, он придумал самоходную тележку, которую многие современные эксперты считают первым в истории программируемым аппаратом. Вместо паровой энергии и двигателя внутреннего сгорания транспортное средство приводилось в движение заведенной пружиной. Тележка двигалась только вперед, но «оператор» мог повернуть ее колеса в определенные промежутки времени, поместив колышки в маленькие отверстия.

В 2004 году итальянские специалисты (дизайнеры, программисты, инженеры и плотники) собрались вместе, чтобы реконструировать автоматическую тележку Леонардо. У них это получилось.

В 1770 году венгерский изобретатель Вольфган фон Кемпелен создал автомат, который обыгрывал в шахматы всех, кто с ним состязался, и даже победил Наполеона Бонапарта. При этом для большего эффекта зрителям демонстрировались сложные механизмы машины. Позже изобретатель был разоблачен – внутри автомата сидел опытный шахматист, управляющий всем процессом.

В 1830-х годах английский математик Чарльз Бэббидж придумал концепцию сложного цифрового калькулятора – аналитической машины, которая, как утверждал разработчик, могла бы рассчитывать ходы для игры в шахматы. А уже в 1914 году директор одного из испанских технических институтов Леонардо Торрес Кеведо изготовил электромеханическое устройство, способное разыгрывать простейшие шахматные эндшпили почти так же хорошо, как и человек.

В 1954 году американский исследователь Ньюэлл решил написать программу для игры в шахматы.

К работе были привлечены аналитики корпорации RAND Corporation. В качестве теоретической основы программы был использован метод, предложенный основателем теории информации Шенноном, а его точная формализация была выполнена Тьюрингом[5].

С середины 30-х годов прошлого столетия, с момента публикации работ Тьюринга, в которых обсуждались проблемы создания устройств, способных самостоятельно решать различные сложные задачи, к проблеме ИИ в мировом научном сообществе стали относиться внимательно. Тьюринг предложил считать интеллектуальной такую машину, которую испытатель в процессе общения с ней не сможет отличить от человека. Тогда же появился термин BadyMachine – концепция, предполагающая обучение искусственного разума на манер маленького ребенка, а не создание сразу «умного взрослого» робота.

Фундамент исследований ИИ был заложен также такими учеными, как Норберт Винер, который был пионером в области кибернетики, а также знаменитой работой Уоррена Мак-Каллока и Уолтера Питтса «Логическое исчисление идей, имманентных в нервной деятельности», опубликованной ими в 1943 году. Книга У. Росса Эшби «Конструкция мозга», которая была выпущена в 1952 году, явилась еще одной важной вехой в процессе рождения ИИ.

Летом 1956 года в Университете Дартмута в США прошла первая рабочая конференция с участием таких ученых, как Маккарти, Минский, Ньюэлл, Саймон, Шеннон, Тьюринг, и другие, которые впоследствии были названы основателями сферы искусственного разума. В течение 6 недель ученые обсуждали возможности реализации проектов в сфере ИИ. Тогда и появился сам термин artificial intelligence – искусственный интеллект. После знаменитой конференции в Дартмуте ИИ получил впечатляющее развитие. Были созданы машины, которые могли решать математические проблемы, обыгрывать в шахматы, и даже первый прообраз чат-бота, который мог разговаривать с людьми, вводя их в заблуждение по поводу своей осознанности.

Пожалуй, самое распространенное из них: якобы для создания ИИ надо точно разобраться с тем, как работает человеческий мозг и как он связан с сознанием. Современные специалисты в области ИИ полагают, что компьютеры ближе к арифмометрам и калькуляторам, чем к человеческому мозгу. Они работают на иных принципах, чем наш мозг. Нейронные сети, о которых говорят компьютерщики, не имеют никакого отношения к нейронам человеческого мозга. Наиболее совершенные нейронные сети имеют сегодня пять-шесть слоев и минимум синапсов. В человеческом мозге таких слоев сотни тысяч и миллионы. При этом, в одних областях компьютеры, как программно-аппаратные комплексы, уже сегодня превосходят людей, а в других – безнадежно уступают. Поэтому человек и компьютер – принципиально разные устройства, также как человек не похож на компьютер, так и компьютер не похож на человека.

Здесь нельзя не согласиться с профессором факультета философии Оксфордского университета, основателем и директором Института будущего человечества Ником Бостромом, который пишет: «Нейрокомпьютерные интерфейсы вряд ли станут тем вариантом, который приведет нас к сверхразуму. Усовершенствование сетей и организаций может в долгосрочной перспективе привести к появлению слабых форм коллективного интеллекта, но более вероятно, что оно сыграет стимулирующую роль, как и биологическое улучшение интеллектуальных способностей, постепенно повышая эффективность умственной деятельности людей при решении интеллектуальных задач»[6].

За истекшие 60 лет сложилось три основных направления определения ИИ. Эти различные понимания – не отвлеченные рассуждения. На программы, построенные на каждом из них, потрачены миллиарды долларов.

Обычно, когда дело касается ИИ, все вспоминают знаменитый тест Тьюринга. С тестом связано первое направление определения ИИ. Суть теста в следующем: если при общении с компьютером посредством анонимного канала связи нельзя понять, с кем идет беседа – с человеком или машиной – то такой компьютер можно считать ИИ. Грубо говоря, ИИ – это интеллект, похожий на человеческий, по результатам действий, т. е. по поведению. Долгое время всех удовлетворяло такое понимание ИИ. Собственно, знаменитый Watson – это и есть реализация на практике программно-аппаратного комплекса, способного пройти тест Тьюринга. Watson, кстати, породил нынешний бум ботов. Боты призваны вести элементарную беседу. Они используются сегодня во многих странах повсеместно – от торговых площадок до больниц, от полицейских участков до справочных служб.

Другое направление ИИ связывается со способностью программ к самосовершенствованию. Не случайно, что о нейронных сетях, глубоком обучении и ИИ заговорили одновременно. На самом деле известны они были примерно те же 60 лет. Главная проблема была в дороговизне железа, т. е. самих компьютеров, способных выполнять эти программы. Нейронная сеть может эффективно решать конкретные задачи, но при этом никогда не пройдет теста Тьюринга.

Большинство практиков использует третье понимание ИИ. Это – программно-аппаратный комплекс, работающий с использованием нейронных сетей, глубокого обучения и способный общаться с человеком на естественном языке, в том числе посредством голоса.

Если подходить с инженерной точки зрения, то необходимо понять, где компьютеры сильнее людей, и что нам от них нужно. Посмотрим на эту проблему на примере анализа ФБР о провалах и успехах ИИ, связанных с борьбой с криминалом.

На сегодняшний день успехи достигнуты там, где имеются огромные массивы БД, ограниченное время для их анализа и возможность написать программу анализа. Грубо говоря, компьютер превосходит человека там, где имеет место огромная комбинаторика, т. е. наличие множества вариантов, короткое время исполнения и возможность вести анализ чего-либо путем выполнения последовательных операций, т. е. возможность написать алгоритм.

Где на сегодняшний день отмечены наибольшие прорывы? В анализе БД, распознавании образов, поиске незаметных на первый взгляд связей и закономерностей. Отсюда возникает простое заключение. Если бы человек имел бесконечное время на решение той или иной задачи, был дисциплинирован и имел неограниченный объем памяти, то он бы успешно решал все задачи, где компьютер уже сегодня первенствует над человеком. Самые знаменитые достижения компьютеров, подаваемых как ИИ, связаны с победой в играх – от шахмат до го, от покера до «бесконечных шашек». Любая игра имеет правила. А там где есть правила, путь к успеху лежит в комбинаторике и написании алгоритмов.

Приведенные соображения позволили информационным подразделениям ФБР совместно с Лабораторией искусственного интеллекта корпорации Google выработать следующее инженерное определение ИИ. Именно оно положено в разработку концепции архитектуры и перечня программных решений ФБР: ИИ – это программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий поддержку и/или принятие результативных решений в динамичной, неустойчивой среде в установленное время, на основе заведомо неполной, нечеткой и не имеющей полной доказательной базы информации. Применительно к одним задачам ИИ самостоятельно принимает решения, но в большинстве случаев является элементом гибридного интеллекта, взаимодействуя с человеком.

Данное определение является инженерным по трем обстоятельствам. Прежде всего, оно задает критерий. Во-первых, результативность решений не носит абстрактного характера, а определяется в каждом конкретном случае постановщиком задачи. В одних случаях у ИИ может отсутствовать право на единственную ошибку, а в других – результативным решением может оказаться показатель, выше уже сложившегося уровня успешности решения проблемы.

Во-вторых, данное определение не привязывается к конкретным видам харда или софта. Возможно, завтра у нас появятся полноценные квантовые компьютеры. В университете Нотр-Дам уже сегодня идут эксперименты по использовании в качестве элементной базы компьютера живых бактерий. То же самое с софтом. Было бы самонадеянным утверждать, что и завтра вычислительные комплексы будут использовать машинное обучение и нейронные сети. Наконец, третий, принципиальный момент в определении – это то, что ИИ обязан научиться работать с неполной и частично лживой информацией. Это, пожалуй, самая сложная проблема.

Термин «ИИ» зачастую заменяет такие сложные и непонятные лицам, принимающим решения, термины, как нейронный сети, глубокое машинное обучение, дискриминантный анализ, многомерная статистика, вычислительная лингвистика и т. п. Согласно данным контент-анализа, приведенного Стэнфордским университетов в 2017 г., ИИ не в социальных СМИ, а в научных изданиях используется как синоним того или иного математико-статистического метода. Условно назовем это маркетинговым использованием термина ИИ. Наиболее широко это явление проявилось в англосаксонских странах, прежде всего США и Великобритании.

Для европейских публикаций и исследований характерно другое использование термина ИИ. В Европе, особенно в Германии и во Франции, ИИ по сути стал синонимом любых сложных экспертных систем, в основе которых лежит блок поиска, обработки и анализа информации. Такое понимание ИИ связано с тем, что в силу целого ряда факторов в большинстве стран ЕС не получили широкого развития наиболее современные методы дискретной математики и работа идет в направлении совершенствования информационно-аналитических систем, которые были созданы в конце XX – начале текущего века.

Свое понимание ИИ имеется в Японии, одной из трех лидирующих стран в этой сфере. Они понимают под ИИ программы, которые могут выполнять интеллектуальные функции человека вне зависимости от сферы их применения.

Авторы уже указанного доклада Центра новой американской безопасности, понимают ИИ также как автор этого термина – знаменитый математик, кибернетик, создатель множества языков программирования Джон Маккарти. Он определили ИИ, как «вычислительные методы, позволяющие решать нечеткие и противоречивые задачи в условиях многокритериального выбора и хронической неполноты информации».

С учетом разработок в области когнитивных вычислений, осуществленных уже после смерти Маккарти, Центром новой американской безопасности предлагается следующее, наиболее общее и в то же время рабочее определение: ИИ – это программноаппаратные вычислительные комплексы полного информационного цикла (включающего восприятие, фильтрацию, обработку, хранении информации, выполнение аналитических и синтетических когнитивных функций), позволяющие в режиме человек-машина или автономно принимать и реализовывать решения в сложной, динамичной и неопределенной среде.

Данное определение подчеркивает несколько ключевых концептов, без понимания которых лица, принимающие решения, не смогут сделать правильного выбора:

Во-первых, ИИ – это не машинное обучение, не нейронные сети и не другие виды программных продуктов. Это – всегда программно-аппаратные комплексы, в которых роль физических компонентов, как минимум, не меньше, чем информационных.

Большая часть программных методов ИИ была хорошо известна еще в 60-70-е гг. прошлого века, однако не могла быть реализована, поскольку компьютеры не обладали необходимым быстродействием. Тенденцией последних лет стало стремление ключевых производителей ИИ как можно больше наиболее важных функций упаковывать в непосредственно встроенный процессор и софт. Такая архитектура гарантирует производителям ИИ монополию на рынке. Кроме того, дальнейший скачок в области ИИ связан с изменением типов процессоров. Уже сегодня на смену кремнию приходят квазиквантовые компьютеры. Известно об успешной разработке и опробовании в Израиле сверхскоростного графе-нового компьютера. Известно, что в ряде стран мира были проведены успешные испытания процессоров для ИИ, созданных на алмазной основе, процессоров с так называемой «алмазной подложкой». Наконец, в 2017 г. команда Стэнфордского университета, университета г. Сеул, компании «Сименс» и Израильского технологического университета смогли создать работающий в реальном режиме биологический компьютер, где в качестве процессора используются молекулы. Т. е. будущее ИИ связано не столько с программами, сколько с прогрессом в области аппаратной части и новыми типами процессоров.

Во-вторых, полный цикл обработки информации в настоящее время осуществляется преимущественно на базе комбинаторных методов, глубокого обучения и нейронных сетей. Однако все три метода страдают тем недостатком, что успешно могут работать только с конечными задачами. Наиболее яркий пример конечной задачи – это любая игра, где наперед задано все количество возможных ситуаций и комбинаций, возникающих в ходе игры. Но следует считать, что комбинация нейронных сетей с машинным обучением в ближайшие годы будет господствующей в вычислительной технологии ИИ.

Наконец, в-третьих, тенденцией взаимодействия человек-машина в рамках ИИ является повышение уровня автономии ИИ, т. е. возложение на него частично или в полном объеме принятия решений. Это особенно ярко проявляется в военной и финансовой сфере, где счет идет на миллисекунды и соответственно вычислительная реакция превосходит человеческую.

Как уже отмечалось, в настоящее время ИИ используется, прежде всего, для распознавания образов, прогнозирования и управления сложными системами. Однако в принципе ИИ может быть ориентирован на любые задачи, которые в настоящее время решают люди. При этом необходимо оговориться, что ИИ способен подменить людей в настоящее время только в рамках имитационных, функциональных и операционных задач. Это означает, что ИИ применяется лишь тогда, когда извне ему ставится четкая задача, которая может быть выполнена в рамках наперед заданной последовательности шагов или операций. При этом сама задача носит имитационный, т. е. воспроизводимый с образца характер. Творческие задачи с созданием нового ИИ, по крайней мере на сегодняшний момент, решать не готов.

В начале XXI века за счет мощных программно-аппаратных комплексов ИИ стал распознавать изображения с 98 % точностью и делает он это лучше, чем человек, который распознает изображения с точностью до 95 %. Кроме того, впервые системы ИИ научились создавать синтетические изображения, которые практически неотличимы от оригинальных фотографий. Появилась возможность создания несуществующих личностей, которые, по крайней мере, в информационном пространстве могут жить полноценной жизнью, осуществляя с помощью чат-ботов коммуникации с людьми, информируя о своей жизни через ролики в YouTube и т. п. Согласно проведенным экспериментам, люди распознают ошибку, т. е. определяют искусственный характер изображения лишь в 3 % случаев из 100 %.

Системы ИИ добились впечатляющих результатов в конечных конкурентных играх: от шахмат до игры в го. В 2017 г. ИИ впервые победил человека в игре, где наряду с комбинаторикой требовалась рефлексия позиции, а именно – в покере. Методы ИИ в последние годы обеспечили прорыв в переводе. Другие направления задач, где осуществляется быстрый прогресс, включают в себя распознавание речи, автомобильную навигацию и прогнозирование биржевых процессов.

Успехи ИИ связаны с тремя основными факторами. Во-первых, с использованием новой высокопроизводительной элементной базы. Во-вторых, с применением новых программных решений, базирующихся на сложной комбинаторике и машинном обучении. В-третьих, с широким использованием робототехники как периферийных устройств ИИ, аналогичным периферийным устройствам человека, типа рук, ног, по отношению к мозгу.

Хотя в последние 10 лет ИИ развивался экспоненциально, вряд ли следует ожидать таких же темпов прогресса и в перспективе. Как правило, технические нововведения развиваются по гиперциклу Гартнера. При гиперцикле после долгого периода созревания наступает этап экспоненциальных перемен. В результате система достигает уровня зрелости и определенное время оказывается как бы на плато, раздвигаясь вширь, а не развиваясь вглубь. Затем наступает спад, связанный с насыщением данной технологией наиболее продвинутых пользователей. Однако спад является недолговременным и сменяется умеренным ростом, который характерен для любой зрелой технологии. Вряд ли есть основания полагать, что ИИ не будет развиваться в рамках гиперцикла. Сегодня центральной задачей ИИ является создание эффективных гибридных систем, где ИИ взаимодействует с человеком.