Розенблатт и Румельхарт

Когда я учился в школе, мы проходили предмет, который назывался обществоведение. На нем учительница Ольга Константиновна Жукова парила нам мозги марксистско-ленинской точкой зрения на общество. По ее словам получалось, что главным антагонистическим противоречием современного мира является противоречие между трудом и капиталом.

Не знаю как современного, но главным противоречием мира будущего станет антагонистическое противоречие между прогрессом и человеком биологическим. Между скоростью накопления и обращения информации и человеческой ригидностью (заторможенностью). Между традицией и новыми технологиями. Между быстро меняющейся искусственной техносредой и нашей природной животностью.

Помните пример, приведенный Капицей?.. Обучение командира огромного «боинга» длится годы. Только-только человек приобрел необходимый навык, позволяющий ему пересесть из кресла второго пилота в кресло командира аэробуса, как всего через несколько лет, глядишь, «зима катит в глаза» – приходит ранняя летчицкая пенсия. Дальше – больше. Изменения в мире будут происходить быстрее, чем человек сможет их освоить. Он перестанет успевать за прогрессом, и поэтому человек со своим естественным биологизмом рано или поздно станет тормозом для общественного прогресса. И с неизбежностью уйдет с мировой арены.

Сейчас сложно сказать, как это противоречие будет преодолеваться и как будет выглядеть наш уход (то есть смена носителя разума). Возможно, с помощью генного улучшения конструкции – этот этап в том или ином виде мы не минуем ни при каких условиях. Вопрос лишь в том, насколько он затянется, каковы пределы совершенствования биологической основы человека, потому что уже сейчас видны практически неограниченные перспективы носителей небиологических. Я говорю про искусственный разум…

С тех пор, как человечество уступило шахматную корону искусственному интеллекту, с той самой поры, как чемпион мира Каспаров проиграл шахматному компьютеру «Дип Блю», разговоры об искусственном интеллекте перешли из области научной фантастики в сферу технической футурологии.

Однако до сих пор встречаются люди, которые с убежденностью фанатиков повторяют, что никогда, никогда машина не сможет мыслить! Если вы когда-нибудь встретите этих раритетных людей, считающих, что искусственный интеллект невозможен, попросите их посмотреться в зеркало. Человеческий интеллект – давным-давно интеллект искусственный, потому что формируется искусственной средой, в которой мы живем, придуманными словами, которыми мы описываем мир. Разница между мозгом и компьютером только в том, что… Нет, про это надо рассказать подробнее.

В 1936 году Алан Тьюринг описал некую математическую машину, которую впоследствии назвали его именем. Тьюринг доказал, что любые сколь угодно сложные вычисления можно производить с помощью логических элементов всего трех типов. Прошло не так уж много времени, и придуманная машина превратилась в реальную. Причиной тому послужила Вторая мировая война. Если бы не война, возможно, люди еще не одно десятилетие считали бы на железных арифмометрах. Но потребовались сложные баллистические расчеты, прогнозы погоды, дешифровка вражеских шифров… Первое электронное вычислительное устройство называлось Colossus. Его построили британцы.

Американцы немного опоздали. Лаборатория баллистических исследований, подчинявшаяся Министерству обороны США, занималась в основном тем, что рассчитывала траектории снарядов и составляла для них корректировочные таблицы. Около сотни математиков и несколько сот «вычислителей», окончивших подготовительные курсы, не могли справиться со всем объемом работ. Это и вынудило армию обратиться за помощью в Пенсильванский университет. Через три года, когда война уже закончилась, первый математический вычислитель был готов. Он весил 30 тонн, состоял из 18 тысяч электронных ламп, потреблял 130 кВт и мог выполнять 300 операций умножения в секунду. Назывался монстр ENIAC.

Несмотря на то, что вычислители были построены «по заветам» Тьюринга, их стали несправедливо называть фон-неймановскими – по имени одного из американских разработчиков. С тех пор большинство ЭВМ в мире построено по этому принципу.

Однако в 1943 году математики Мак-Каллок и Питтс опубликовали статью, в которой предложили альтернативу тьюринговской машине – вычислитель с принципиально иным типом архитектуры – нейросетевым. Идея была позаимствована у природы, то есть за основу предполагаемой конструкции математики взяли обычный мозг. Было только непонятно, как программировать такие машины. Но в конце 50-х Фрэнк Розенблатт приходит к мысли, что гипотетические нейросети незачем программировать. Их, как и биологический прототип, нужно обучать!

В 1960 году Розенблатт построил первый примитивный нейрокомпьютер, который успешно распознавал некоторые буквы. Автор назвал свое детище персептроном (от англ. perception – восприятие). В газетах появились статьи о том, что искусственный интеллект на подходе. Прошло четверть века. В 1986 году Дэвид Румельхарт придумывает перспективный метод обучения персептрона. Почуяв жареное, встрепенулись военные. В Агентстве перспективных военных исследований США решили, что нейрокомпьютеры – как раз их профиль, и деньги полились рекой. Начался нейросетевой бум…

Тут нужно, пожалуй, пояснить, чем нейрокомпьютеры (персептроны) принципиально отличаются от обычных фон-неймановских машин. Поняв это, вы поймете, чем наш мозг отличается от компьютера.

Чтобы не вдаваться в технические подробности, можно провести аналогию. Допустим, у вас есть функция: Y=(7X+5)/9. Как получить Y при Х=4? Четыре умножаете на семь. Затем прибавляете пять. Затем делите полученный результат на девять. Последовательность ваших действий является алгоритмом, то есть программой.

Но есть другой способ решить ту же задачу. Можно построить график этой функции. Потом взять линейку и провести вверх перпендикуляр от точки 4 на оси X. Находите точку пересечения функции и этой прямой и получаете искомый результат.

Казалось бы, какая разница между этими двумя способами? И то и другое – математика, чтобы построить функцию, нужно раз за разом подставлять в формулу разные значения X. Почему бы сразу не подставить нужное, зачем лишний ход – функцию рисовать?..

А представьте себе ситуацию, когда у нас нет формулы, но есть график. Ну, например, нарисуйте на миллиметровке профиль своей любимой девушки. Вы замучаетесь искать функцию (точнее, целый набор функций), который описывает этот профиль. А профиль вот он!

Так вот, процесс обучения нейросети, например, воспитание человека, является своего рода построением готового графика. Ребенку формируют поведенческие стереотипы, учат, как поступать в разных ситуациях – дают готовый график. Сталкиваясь с необычным и экстраполируя этот поведенческий график в разные стороны, ребенок понимает, как поступать в незнакомых, но схожих ситуациях.

Вашему головному нейрокомпьютеру родители сообщают готовые результаты – какое Y1 при Х1. Вы ставите в уме точку. Вам дают вторую пару чисел – Х2, Y2, вы ставите вторую точку… Если у вас много-много точек, вы размещаете их в системе координат, соединяете ближайшие, и таким образом у вас оформляется замечательная кривая поведения. Теперь вы можете по любому Х выявить Y, не зная никаких формул. Просто бросив взгляд на рисунок.

Интуиция, между прочим, работает так же. Нейросеть у нас в голове обобщает опыт, массив знаний, строит график и по нему выдает готовый результат. Выдает, порой даже минуя сознание; ответ всплывает будто бы ниоткуда, а на самом деле – из подкорковых глубин. Об интуиции мы еще поговорим чуть ниже, а пока нужно разобраться, чем нейросети прогрессивнее тьюринговых (фон-неймановских) машин.

Для работы с машиной Тьюринга всякую задачу нужно формализовать (силуэт любимой превратить в набор функций: прямой нос будет описан линейной функцией, а округлый лоб гиперболой и так далее). При этом если с винчестером фон-неймановской машины случится какая-нибудь неприятность и хотя бы одна из формул будет повреждена, неверным окажется и конечный результат. В фон-неймановской машине ошибка фатальна.

А вот для графика потеря части данных не играет решающей роли. Если вы нарисовали профиль любимой карандашом, и потом какой-то подлец стер резинкой у нее нос или часть лба, вы всегда можете восстановить утраченное, продолжив оставшиеся линии. Так работает природная нейросеть – мозг. По тому же пути идут и ученые. Сейчас они обучают нейросети не только искать закономерности в массивах данных, но и формируют в них ассоциативную память! В нейрокомпьютере каждому слову отводится свое персональное «место». Если слова относятся к одной теме, они близко расположены друг к другу. И компьютер, при задании ему какого-нибудь слова, ассоциативно «вспоминает» слова, ближайшие по смыслу к данному, и таким образом генерирует ассоциации. Это еще один шаг на пути к «нормальному мышлению».

Человеческий мозг – пример хорошей ассоциативной нейросети. В истории было немало случаев, когда какая-нибудь задача решалась человеком во сне, то есть нейросеть сама, без участия сознания выявляла закономерность. Ярчайший пример – Менделеев. Когда он писал учебник «Основы химии», у него имелась большая база данных – все известные на тот момент химические элементы, их свойства, валентность и атомная масса. Менделеев уснул, и было ему видение – периодическая таблица.

Антропологи утверждают, что во время сна мозг потребляет на 10% больше энергии, чем когда мы бодрствуем (мощность мозга около 25 Вт, частота 100 Гц). Связано это с тем, что нейросеть в нашей голове в фазе парадоксального сна выполняет очень важную работу – обрабатывает накопленную днем информацию.

Между прочим, для нынешних нейрокомпьютеров открытие периодической системы при том объеме информации, который был накоплен к 1869 году, – простейшая задача! Любой нейросетевой симулятор из ныне существующих открыл бы сей закон за считанные секунды! Согласитесь, это уже способность мыслить, а когда она перерастет в полноценный разум – вопрос времени.

Бельгийский ученый Хьюго де Гари полагает, что через 50–100 лет искусственный интеллект сможет производить мыслительные операции в 10 000 000 000 раз быстрее человека. В таком «мозге» каждый атом будет являться нейроном. А главное, размеры черепной коробки не мешают искусственному мозгу наращивать объемы памяти и вычислительные способности. Можно сделать нейрокомпьютер, превосходящий по всем техническим характеристикам человеческий мозг, хоть с дом!

Сейчас во всем мире идут работы над квантовыми компьютерами. Нобелевский лауреат Фейнман в 1986 году опубликовал статью о перспективах таких компьютеров, и с тех пор ученые начали гонку в этом направлении. Что такое квантовый компьютер? В нем элементарным вычислительным устройством процессора является не радиолампа, не транзистор, а один-единственный атом, например, атом фосфора-31. По законам квантовой механики атом меняет свое энергетическое состояние скачком, и происходит это со скоростью света. Штука как раз для компьютера – невозбужденное состояние – ноль, возбужденное – единица. И здесь открываются потрясающие возможности не только и не столько для дальнейшей миниатюризации компьютеров, сколько для фантастического повышения их быстродействия.

Например, в 1994 году американский исследователь Питер Шон подсчитал, что квантовый компьютер вычислит факториал тысячезначного числа всего за несколько часов. В то время как несколько сотен обычных компьютеров потратили бы на эту задачу 10^25 лет. Для справки: возраст Вселенной 10^10 лет.

Рано или поздно количество перейдет в качество, и вычислительная система приобретет свойства, присмотревшись к которым, мы, оставаясь честными, не сможем не назвать их разумом.