Всё об искусственном интеллекте за 60 минут - Питер Дж. Бентли

Питер Дж. БентлиВсё об искусственном интеллекте за 60 минут

Предисловие

Я вырос в 1970-е, когда еще не было интернета, Всемирной паутины, а первые доступные для домашнего использования компьютеры только появились. В те дни нужно было быть таким же гиком, как я, чтобы интересоваться компьютерами. Да, я был таким ребенкомзастенчивым в школе, но активным дома, когда конструировал странноватых роботов, занимался программированием, писал простые компьютерные игры. Я мечтал о новом компьютере так, как другие дети грезили о Lamborghini. Таком потрясающем, но таком недостижимом! Искусственный интеллектпопытки заставить мой компьютер думать, имитировать биологическое поведение и управлять роботамибыл моей детской страстью. Но окружающим эта страсть казалась столь же непонятной, что и филателия сегодня.

А потом все изменилось. Довольно резко. Научная фантастика стала реальностью. Компьютеры правят миром. Потоки данных сопровождают все наши действия. Роботы на фабриках производят различные товары. В наших домах полно гаджетов, мы можем общаться с цифровыми домашними помощниками и получать подробные и понятные ответы. Всем этим за кулисами управляет искусственный интеллект. Так моя детская страсть стала не только мейнстримом, но и одним из наиболее важных видов современных технологий.

Сегодня вы не можете жить в мире, не взаимодействуя с искусственным интеллектом (ИИ) или роботами или не подвергаясь их воздействию. Каждый раз, когда вы совершаете покупки, ИИ проводит операции с вашими деньгами, проверяет, нет ли мошенничества, использует ваши данные, чтобы лучше вас понять и порекомендовать вам новые продукты. Когда вы ведете машину, ИИ помогает ей двигаться безопасно, наблюдает за ней с дорожных камер и автоматически меняет ограничения скорости, считывает номерной знак и контролирует движение. Каждый раз, когда вы публикуете что-то в социальных сетях, ИИ анализирует тексты, чтобы определить их тональность при помощи ключевых слов. Когда вы читаете новостные статьи или блоги в интернете, ИИ следит за вашей деятельностью и старается предложить вам больше контента, который может вас заинтересовать. Каждый раз, когда вы делаете фото, ИИ корректирует настройки камеры для получения наилучшего результата, а также он способен распознать людей, изображенных на снимке. Боты, которые отвечают на ваши вопросы онлайн или по телефону, тоже создаются с помощью ИИ. В вашем доме есть умные телевизоры, холодильники и стиральные машины, центральное отопление, системы кондиционирования воздухаво всех этих устройствах есть ИИ. Мировая экономика управляется ИИ, торговые операции осуществляются ИИ, и даже решения о том, стоит ли нам покупать различные финансовые продукты, тоже принимаются ИИ. Они разрабатывают антивирусные и антибактериальные препараты. Водо- и электроснабжение, газ, мобильная сеть и подключение к интернету настраиваются с помощью специализированных алгоритмов ИИ, которые призваны оптимизировать трафик и минимизировать потери. Вы взаимодействуете с тысячей ИИ в день, хоть и не знаете обо всех.

В этой книге я попробую объяснить, как такое стало возможным, как это все работает и что значит. Это карманный путеводитель, поэтому буду краток и постараюсь не утомлять вас подробными техническими описаниями. Я не стану объяснять каждую техническую особенность и рассказывать о каждом пионере ИИдля этого потребовалась бы тысяча книг такого размера, и с каждым днем их становилось бы все больше и больше (прогресс не стоит на месте!). Вместо этого я предлагаю отправиться в короткое путешествие по этому странному миру компьютеров, роботов и ИИ. Я покажу вам его главные достопримечательности и объясню некоторые фундаментальные идеи, лежащие в основе ИИ и робототехники. Порой вам будет казаться, что наше путешествие напоминает американские горки, ведь ИИ уже прожил удивительно долгую жизнь и у него были свои взлеты и падения. Но как бы то ни было, ИИ создан для того, чтобы изменить наш мир к лучшему, хоть иногда он и становится причиной глобальных проблем. Короче говоря, пристегнитесь и наслаждайтесь поездкой!

Питер Дж. Бентли

01. Путешествие в тысячу миль начинается с первого шага

Представьте, что вас окружают здания и статуи в классическом стиле. Вы прогуливаетесь по мощеным улицам красивого греческого острова и любуетесь видами. Зной спал, уступив место приятной прохладе. Лавки с фруктами и рыбой закрылись, а вслед за ними исчезли шум и суета повседневной жизни. Только звуки ваших собственных шагов отдаются эхом между богато украшенными домами. На углу улицы глаз выхватывает неожиданное движение. Но там никого нет. Вы пристально вглядываетесь.

Каменная статуяона двинулась! В изумлении вы подходите ближе, чтобы рассмотреть ее. Вам кажется, будто она дышит, будто ее грудь вздымается и опускается. Вы продолжаете смотреть на статую, и ее голова поворачивается влево, а затем вправо. Вы понимаете, что эта статуя не единственнаядвигаются все статуи вокруг, кажется вам. Переминаются с ноги на ногу, жестикулируютсловно ведут молчаливый каменный разговор. Они медленно оживают с наступлением ночи? Приглядевшись, вы замечаете, что во всех статуях, похоже, скрыты механизмы со стрекочущими винтиками и колесиками. Вы на острове каменных роботов.

Античные роботы

Место действиягреческий остров Родос 2400 лет назад, (еще до того, как там возвели гигантскую статую Гелиоса, бога солнца,  Колосс Родосский). Этот удивительный остров славился своими механическими изобретениями, в том числе выполненными из мрамора в натуральную величину автоматонами. Древнегреческий поэт Пиндар посетил Родос и рассказал о нем в стихотворении:

Ожившие фигуры стоят,

Украшая каждую городскую улицу,

И камень дышит,

А мраморные ноги движутся.

Может показаться невероятным, что еще до образования Римской империи, в 400 году до нашей эры, существовали такие технологии. Но многие подобные античные изобретения документально подтверждены.

Приводимые в движение водой или собственным весом рычащие механические львы, поющие металлические птицы и даже механические люди, играющие вместе в ансамбле. Утверждали, что у царя Соломона, правившего, по одной из версий, с 970 по 931 год до нашей эры, был механический золотой лев, который поднимал лапу, чтобы помочь царю подняться на трон, и орел, который водружал корону на его голову. В древнекитайских текстах встречается история о механическом человеке, подаренном царю Му-вану мастером Ян Ши. Архит Тарентский, основатель математической механики, философ и друг Платона, живший с 428 по 347 год до нашей эры, сконструировал механического голубялетающего деревянного робота, приводившегося в движение паром. Герон Александрийский (1070) написал целую книгу о создании автоматонов и о том, как может быть использована гидравлика, пневматика и механика. Герон также сконструировал первый механический кукольный театр, представлявший собой небольшое архитектурное сооружение. Куклы управлялись сложной системой нитей разной длины и исполняли в рамках спектакля различные номера, в том числе танцевальные.

Увлечение механической «жизнью» продолжалось и в Средние века. Бесчисленные умельцы создавали механические чудеса, предназначенные для развлечений. К XVIII веку изобретатели автоматизированных фабричных машин, сделавших возможной промышленную революцию, подняли это занятие на новый уровень. Удивительные паровые механизмы внезапно заменили людей в таком трудоемком процессе, как ткачество, для которого раньше всегда требовались обученные рабочие, и машины теперь могли создавать более тонкую ткань быстрее, чем люди когда-либо прежде. И хотя это повлекло за собой сокращение рабочих мест, появились целые новые отрасли промышленности, поскольку громадные машины нуждались в постоянном уходе и обслуживании.

Шли десятилетия, и машиностроение развивалось все стремительнее. Поезда, автомобили, самолеты и фабрики со сложным оборудованием стали обычным явлением. Вместе с зависимостью от автоматических машин росло и очарование роботами и их сходством с живыми существами, проникавшее в литературу и кино. Вероятно, это не случайность, что в двух самых ранних научно-фантастических фильмах, «Метрополис» (1927) и «Франкенштейн» (1931), речь идет о сумасшедших изобретателях, создающих жизнь.

В XX веке ученые пытались понять суть жизни в том числе путем создания ее аналогов. Возможно, они считали, что если смогут сотворить нечто движущееся и ведущее себя как живое существо, то им удастся раскрыть секреты, лежащие в основе жизни. Это было началом искусственного интеллекта и роботов в том виде, в каком мы знаем их сегодня.

Рождение ИИ и робототехники

Одни из первых автономных роботов, созданных, чтобы помочь нам понять биологические системы, сконструировал в конце 1940-х годов в Великобритании, в Бристоле, нейрофизиолог Грей Уолтер. Он назвал их Элмер и Элси. Роботы Уолтера напоминали черепах и были уникальны, поскольку не следовали какой-либо заданной программе.

Примерно в то же время, когда Уолтер создавал своих экспериментальных роботов, он состоял в клубе молодых британских ученых, известном как Ratio Club. Нейробиологи, инженеры, математики и физики регулярно встречались, чтобы выслушать приглашенного докладчика, а затем обсудить свои взгляды на кибернетикунауку об общих закономерностях процессов управления и связи как в машинах, так и в живых организмах. Ratio Club был в числе первых клубов, посвященных роботам и ИИ. Большинство его членов стали выдающимися учеными в своих областях. Одного из увлеченных математиков звали Алан Тьюринг.

К 1950 году Тьюринг уже внес огромный вклад в зарождавшуюся тогда область компьютерных технологий. В его ранних работах представлено фундаментальное математическое доказательство того, что ни один компьютер не в силах предсказать, сможет ли он прекратить вычисления для какой-либо конкретной программы, или, другими словами, что некоторые проблемы не поддаются вычислению. Тьюринг участвовал в разработке самых первых программируемых компьютеров, а его секретная работа в Блетчли-парке помогла декодировать зашифрованные сообщения во время Второй мировой войны.

Как и многие пионеры компьютерных технологий, Тьюринг интересовался интеллектом. Что это? Как можно создать его искусственный аналог? И если кому-то удастся сконструировать компьютер, который будет думать так же, как живые существа, как его создатель узнает об этом? Тьюринг решил, что необходим метод оценки способности машины думать. Он назвал его «Игра в имитацию», но более известен этот метод как тест Тьюринга.

Тест Тьюринга стал важным критерием для ИИ, но также вызвал и много критики. Хотя он способен дать некоторое представление о возможности ИИ вдумчиво отвечать на письменные запросы, он не позволяет оценить другие его способности, такие как прогнозирование и оптимизация или управление роботом и распознавание изображений.

Почти все пионеры компьютерной эры задумывались об ИИ, Тьюринг не был единственным. В США Джон фон Нейман, математический гений, который в 1945 году описал, как сконструировать первые программируемые компьютеры, работал с Тьюрингом над интеллектуальными компьютерами. Последний проект фон Неймана был посвящен самовоспроизводящимся машинам, которые, как он надеялся, смогут выполнять большинство функций человеческого мозга и воспроизводить самих себя. К сожалению, в 1953 году фон Нейман умер от рака, не успев завершить этот проект.

Еще один гений, Клод Шеннон, создавший теорию информации и криптографии, придумавший термин «бит» для обозначения минимальной единицы измерения количества информации в двоичной системе счисления, тоже был глубоко вовлечен в процесс развития ИИ на его самых ранних стадиях. Шеннон сконструировал роботизированную мышь, которую можно было научить находить выход из лабиринта, и написал компьютерную программу, игравшую в шахматы. В последние годы своей жизни он создал и другие удивительные вещи, например робота, который мог жонглировать мячиками. В 1955 году Шеннон вместе с Джоном Маккарти, Марвином Мински и Натаниэлем Рочестером предложил организовать летнюю конференцию, чтобы собрать ученых для обсуждения ИИ. Дартмутская конференция прошла летом 1956 года и длилась шесть недель. Она стала первым в истории мероприятием, посвященным изучению (и введению термина) ИИ. В результате многодневных обсуждений удалось сформулировать несколько ключевых идей, которые призваны были доминировать в этой новой области исследований на протяжении многих последующих десятилетий.

Взлеты и падения ИИ

Оживление, вызванное ИИ, быстро росло после проведения Дартмутской конференции. Новые идеи, касающиеся логических функций, процесса принятия решений, планируемого поведения и даже моделирования нейронов, наполняли исследователей оптимизмом. Некоторые из них полагали, что проблема машинного перевода будет решена очень скоро благодаря достижениям в таких областях, как теория информации, например, и формулированию правил, описывающих, как слова объединяются в предложения в естественных языках. Другие исследователи концентрировались на изучении того, как работают нейроны, каким образом мозг использует нейронные сети, чтобы обучаться и делать прогнозы. Уолтер Питтс и Уоррен Мак-Каллок разработали одну из первых искусственных нейронных сетей; Марвин Мински сконструировал искусственную нейронную сеть SNARC. (см. главу 5). Однако к началу 1960-х годов даже очень опытные и умные исследователи делали слегка нереалистичные прогнозы, учитывая состояние технологий на тот момент.

Благодаря такому воодушевлению росло также финансирование, и исследователи лихорадочно работали над проектами машинного перевода и искусственных нейронных сетей. И все же ажиотаж оказался слишком велик. К 1964 году спонсоры в США (Национальный исследовательский совет) начали беспокоиться из-за отсутствия прогресса в области машинного перевода. Консультативный комитет по автоматической обработке текстовой информации изучил проблему. Казалось, исследователи недооценили многозначность словтот факт, что их значение зависит от контекста. В результате в 1960-х годах ИИ допускал весьма досадные ошибки. Так, при переводе с английского на русский и обратно «с глаз долойиз сердца вон» превратилось в «слепой идиот».