Важно отметить, что я использовала в качестве примера распознавание рукописных цифр, но нейронные сети можно применять не только к изображениям, но и к любым другим типам данных. Нейронные сети используются в столь разных областях, как распознавание речи, прогнозирование динамики фондового рынка, переводы с языка на язык и сочинение музыки.
Коннекционизм
В 1980-х годах самой заметной из работавших над нейронными сетями групп была команда Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавляемая двумя психологами, Дэвидом Румельхартом и Джеймсом Макклелландом. То, что мы сегодня называем нейронными сетями, в те годы обычно именовали коннекционистскими сетями, поскольку в их основе лежала идея, что знания этих сетей заключены во взвешенных связях (англ. connections) между единицами. Команда Румельхарта и Макклелланда прославилась составлением так называемой библии коннекционизма – двухтомного трактата “Параллельная распределенная обработка данных”, опубликованного в 1986 году. Хотя в области ИИ в то время доминировал символический подход, в книге продвигался субсимволический ИИ и утверждалось, что “люди умнее современных компьютеров, потому что мозг использует базовую вычислительную архитектуру, гораздо лучше подходящую для… решения естественных задач по обработке информации, с которыми так хорошо справляются люди”, например “распознавания объектов в естественных средах и анализа их взаимодействий… понимания языка и извлечения релевантной информации из памяти”
[44]. Авторы пришли к выводу, что “символические системы, любимые Минским и Пейпертом”
[45], не смогут воссоздать эти человеческие способности.
К середине 1980-х экспертные системы – методы символического ИИ, в основе которых лежат разработанные людьми правила, отражающие экспертные знания в конкретной сфере, – все чаще демонстрировали свою хрупкость: они были ненадежны и часто не справлялись с обобщением и адаптацией к новым ситуациям. Анализируя ограничения таких систем, ученые обнаружили, до какой степени разрабатывающие правила эксперты полагаются на бессознательное знание – или здравый смысл, – чтобы действовать разумным образом. Этот здравый смысл сложно было заложить в запрограммированные правила или логическую дедукцию, а его нехватка сильно ограничивала любое широкое применение методов символического ИИ. Иными словами, после цикла больших обещаний, огромных финансовых вливаний и шумихи в прессе символический ИИ снова оказался на пороге зимы.
По мнению сторонников коннекционизма, ключом к разумности была подходящая вычислительная архитектура – выстроенная по образу и подобию мозга – и способность системы к самостоятельному обучению на основе данных или действий. Команда под руководством Румельхарта и Макклелланда создавала коннекционистские сети (программно реализованные) как научные модели человеческого обучения, восприятия и развития речи. Хотя производительность этих сетей и близко не подходила к человеческому уровню, различные сети, описываемые в “Параллельной распределенной обработке данных” и других работах, оказались достаточно интересными артефактами ИИ, чтобы на них обратили внимание многие люди, включая сотрудников финансирующих организаций. В 1988 году высокопоставленный чиновник Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), которое обеспечивало львиную долю финансирования исследований ИИ, заявил: “Я уверен, что технология, к разработке которой мы приступаем [то есть нейронные сети], важнее атомной бомбы”
[46]. И вдруг нейронные сети снова оказались “в игре”.
Плохо с логикой, хорошо с фрисби
За последние шесть десятилетий исследований ИИ дебаты об относительных преимуществах и недостатках символического и субсимволического подхода возникали не раз. Символические системы могут проектироваться людьми, наделяться человеческими знаниями и использовать понятную человеку логику для решения задач. Так, экспертная система MYCIN, разработанная в начале 1970-х годов, применяла около шестисот правил, чтобы помогать врачам диагностировать и лечить заболевания крови. Программисты MYCIN создали эти правила на основе подробных интервью с высококвалифицированными врачами. Получая симптомы и результаты анализов пациента, MYCIN применяла логику и вероятностные рассуждения в сочетании с правилами, чтобы поставить диагноз, а потом могла объяснить ход своей мысли. Иными словами, MYCIN была хрестоматийным примером символического ИИ.
Как мы видели, субсимволические системы, напротив, сложно интерпретировать, и никто не знает, как непосредственным образом запрограммировать в них сложные человеческие знания и логику. Субсимволические системы кажутся гораздо более подходящими для выполнения перцептивных и моторных задач, правила для которых разработать непросто. Вы не сможете без труда записать правила, которыми руководствуетесь, когда распознаете рукописные цифры, ловите бейсбольный мяч или узнаете голос матери, ведь вы делаете все это автоматически, не думая. Как выразился философ Энди Кларк, природа субсимволических систем такова, что у них “плохо с логикой, но хорошо с фрисби”
[47].
Так почему бы не использовать символические системы для задач, которые требуют высокоуровневых языкоподобных описаний и логических рассуждений, а субсимволические системы – для низкоуровневых перцептивных задач, например для распознавания лиц и голосов? В некотором роде в ИИ было сделано именно так, причем между областями почти нет точек соприкосновения. Каждый из этих подходов добился серьезных успехов в узких сферах, но столкнулся с серьезными ограничениями для реализации изначальных целей ИИ. Хотя предпринимались попытки конструирования гибридных систем, сочетающих символические и субсимволические методы, ни одна из них пока не добилась сенсационного успеха.
Подъем машинного обучения
Вдохновленные статистикой и теорией вероятности, исследователи искусственного интеллекта создали множество алгоритмов, которые позволяют компьютерам учиться на данных, и область машинного обучения стала самостоятельным разделом ИИ, намеренно отделенным от символического ИИ. Специалисты по машинному обучению пренебрежительно называли методы символического искусственного интеллекта “старым добрым ИИ”, или GOFAI (Good Old-Fashioned Artificial Intelligence)
[48], и категорически отвергали их.
