Rrjeti nervor - çfarë është? Përkufizimi, kuptimi dhe shtrirja

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:49

I njohur më parë vetëm nga librat fantastiko-shkencor, termi rrjet nervor vitet e fundit ka hyrë gradualisht dhe në mënyrë të padukshme në jetën publike si pjesë përbërëse e zhvillimeve më të fundit shkencore. Sigurisht, për një kohë mjaft të gjatë, njerëzit e përfshirë në industrinë e lojërave e kanë ditur që ky është një rrjet nervor. Por në ditët e sotme termi gjendet nga të gjithë, është i njohur dhe i kuptuar nga masat e gjera. Pa dyshim, kjo tregon se shkenca është afruar më shumë me jetën reale dhe zbulime të reja na presin në të ardhmen. E megjithatë, çfarë është një rrjet nervor? Le të përpiqemi të kuptojmë kuptimin e fjalës.

E tashmja dhe e ardhmja

Në kohët e vjetra, rrjeti nervor, Hort dhe ecësit në hapësirë ishin koncepte të lidhura ngushtë, sepse ishte e mundur të takoheshim me inteligjencën artificiale me aftësi shumë më të larta se një makinë e thjeshtë vetëm në një botë fantazi që lind në imagjinatën e disa autorë. E megjithatë, tendencat janë të tilla që kohët e fundit rreth një personi të zakonshëm në realitet ka gjithnjë e më shumë nga ato objekte që u përmendën më parë vetëm në letërsinë fantashkencë. Kjo na lejon të themi se edhe fluturimi më i dhunshëm i fantazisë, ndoshta, herët a vonë do të gjejë ekuivalentin e tij në realitet. Tashmë libra rreth hiteve, rrjeteve nervoretani kanë më shumë të përbashkëta me realitetin sesa dhjetë vjet më parë, dhe kush e di se çfarë do të ndodhë në një dekadë tjetër?

Një rrjet nervor në realitetet moderne është një teknologji që ju lejon të identifikoni njerëzit, duke pasur në dispozicion vetëm një fotografi. Inteligjenca artificiale është mjaft e aftë për të drejtuar një makinë, mund të luajë dhe të fitojë një lojë poker. Për më tepër, rrjetet nervore janë mënyra të reja për të bërë zbulime shkencore, duke ju lejuar t'u drejtoheni aftësive llogaritëse të pamundura më parë. Kjo jep shanse unike për të kuptuar botën sot. Megjithatë, vetëm nga raportet e lajmeve që njoftojnë zbulimet më të fundit, rrallëherë është e qartë se çfarë është një rrjet nervor. A duhet të zbatohet ky term për një program, një makinë ose një kompleks serverësh?

Pamje e përgjithshme

Siç mund ta shihni edhe nga vetë termi "rrjet nervor" (fotot e paraqitura në këtë artikull gjithashtu bëjnë të mundur për të kuptuar këtë) është një strukturë që është projektuar në analogji me logjikën e trurit të njeriut. Sigurisht, kopjimi i një strukture plotësisht biologjike të një niveli kaq të lartë kompleksiteti për momentin nuk duket realist, por shkencëtarët tashmë kanë qenë në gjendje t'i afrohen dukshëm zgjidhjes së problemit. Le të themi se rrjetet nervore të krijuara së fundmi janë mjaft efektive. Hort dhe shkrimtarë të tjerë që botuan vepra fantastike vështirë se e dinin në kohën e shkrimit të veprave të tyre se shkenca do të ishte në gjendje të bënte kaq shumë përpara këtë vit.

E veçanta e trurit të njeriut është se është një strukturë me elementë të shumtë, ndërmjet të cilëveinformacioni transmetohet vazhdimisht përmes neuroneve. Në fakt, rrjetet e reja nervore janë gjithashtu struktura të ngjashme, ku impulset elektrike sigurojnë shkëmbimin e të dhënave përkatëse. Me një fjalë, ashtu si në trurin e njeriut. E megjithatë nuk është e qartë: a ka ndonjë ndryshim nga një kompjuter konvencional? Në fund të fundit, makina, siç e dini, është krijuar gjithashtu nga pjesë, të dhënat ndërmjet të cilave transferohen me anë të një rryme elektrike. Në librat për hapësirën, rrjetet nervore, gjithçka zakonisht duket magjepsëse - makina të mëdha ose të vogla, me një shikim në të cilat personazhet kuptojnë se me çfarë kanë të bëjnë. Por në realitet, situata është ndryshe deri tani.

Si është ndërtuar?

Sic mund ta shihni nga punimet shkencore mbi rrjetet neurale (“Spacewalkers”, fatkeqësisht, nuk i përkasin kësaj kategorie, sado magjepsëse që të jenë), ideja në strukturën më progresive në fushën e inteligjenca artificiale, në krijimin e një strukture komplekse, pjesët individuale të së cilës janë shumë të thjeshta. Në fakt, duke bërë një paralele me njerëzit, mund të gjesh një ngjashmëri: le të themi, vetëm një pjesë e trurit të një gjitari nuk ka aftësi, aftësi të mëdha dhe nuk mund të sigurojë sjellje inteligjente. Por kur bëhet fjalë për një person në tërësi, atëherë një krijesë e tillë e kalon me qetësi testin për nivelin e inteligjencës pa ndonjë problem të veçantë.

Pavarësisht këtyre ngjashmërive, një qasje e ngjashme për krijimin e inteligjencës artificiale u përjashtua disa vite më parë. Kjo mund të shihet si nga punimet shkencore ashtu edhe nga librat fantashkencë rreth rrjetit nervor (për shembull, "Spacewalkers" të përmendur më lart). Nga rruga, deri diku edhe deklarataCiceroni mund të lidhet me idenë moderne të rrjeteve nervore: në një kohë, ai sugjeroi në mënyrë kaustike që majmunët të hidhnin letra të shkruara në shenja në ajër, në mënyrë që herët a vonë të formohej një tekst kuptimplotë prej tyre. Dhe vetëm shekulli i 21-të tregoi se një keqdashje e tillë ishte plotësisht e pajustifikuar. Rrjeti nervor dhe fantashkenca shkuan rrugët e tyre të ndara: nëse i jepni një ushtrie majmunësh shumë argumente, ata jo vetëm që do të krijojnë një tekst kuptimplotë, por gjithashtu do të fitojnë fuqi mbi botën.

Forca është në unitet, vëlla

Siç mësuam nga eksperimente të shumta, trajnimi i një rrjeti nervor më pas çon në sukses kur vetë objekti përfshin një numër të madh elementësh. Siç bëjnë shaka shkencëtarët, në fakt, një rrjet nervor mund të mblidhet nga çdo gjë, madje edhe nga kutitë e shkrepseve, pasi ideja kryesore është një grup rregullash që komuniteti që rezulton i bindet. Zakonisht rregullat janë mjaft të thjeshta, por ato ju lejojnë të kontrolloni procesin e përpunimit të të dhënave. Në një situatë të tillë, një neuron (edhe pse artificial) nuk do të jetë aspak një pajisje, jo një strukturë komplekse ose një sistem i pakuptueshëm, por më tepër operacione të thjeshta aritmetike, të zbatuara me konsum minimal të energjisë. Zyrtarisht në shkencë, neuronet artificiale quhen "perceptrone". Rrjetet nervore (“Spacefalls” e ilustrojnë mirë këtë) duhet të jenë shumë më komplekse sipas pikëpamjes së disa autorëve shkencorë, por shkenca moderne tregon se thjeshtësia jep gjithashtu rezultate të shkëlqyera.

Funksionimi i një neuroni artificial është i thjeshtë: numrat janë të dhëna, vlera për secilin llogaritetblloku i informacionit, rezultatet mblidhen, dalja është një njësi ose vlera "-1". A ka dashur ndonjëherë lexuesi të jetë në mesin e të rënëve? Rrjetet nervore funksionojnë në një mënyrë krejtësisht të ndryshme në realitet, të paktën në kohën e tanishme, prandaj, kur e imagjinoni veten në një vepër fantazi, nuk duhet ta harroni këtë. Në fakt, një person modern mund të punojë me inteligjencën artificiale, për shembull, si kjo: ju mund të tregoni një foto, dhe sistemi elektronik do t'i përgjigjet pyetjes "ose - ose". Supozoni se një person vendos sistemin e koordinatave të një pike dhe pyet se çfarë përshkruhet - toka ose, të themi, qielli. Pas analizimit të informacionit, sistemi jep një përgjigje - mundësisht të pasaktë (në varësi të përsosmërisë së AI).

Përshëndetje

Siç mund ta shihni nga logjika e rrjetit nervor modern, çdo element i tij po përpiqet të hamendësojë përgjigjen e saktë për pyetjen që i bëhet sistemit. Në këtë rast, ka pak saktësi, rezultati është i krahasueshëm me rezultatin e hedhjes së një monedhe. Por puna e vërtetë shkencore fillon kur vjen koha për të trajnuar rrjetin nervor. Hapësira, eksplorimi i botëve të reja, depërtimi në thelbin e ligjeve fizike të universit tonë (të cilat shkencëtarët modernë mbështeten në përdorimin e rrjeteve nervore) do të bëhen të hapura pikërisht në momentin kur inteligjenca artificiale do të mësojë me efikasitet dhe efektivitet shumë më të madh se një person.

Fakti është se personi që i bën sistemit një pyetje e di përgjigjen e saktë për të. Pra, mund ta shkruani në blloqet e informacionit të programit. Një perceptron që jep përgjigjen e saktë fiton vlerë, dhekëtu ai që është përgjigjur gabim e humbet, duke marrë një gjobë. Çdo cikël i ri i nisjes së programit ndryshon nga ai i mëparshmi për shkak të ndryshimit të nivelit të vlerës. Kthimi në shembullin e mëparshëm: herët a vonë programi do të mësojë të bëjë dallimin e qartë midis tokës dhe hapësirës. Rrjetet nervore mësojnë sa më efektivisht, aq më saktë hartohet programi i studimit - dhe formimi i tij u kushton shumë përpjekje shkencëtarëve modernë. Si pjesë e detyrës së vendosur më herët: nëse rrjetit nervor i jepet një foto tjetër për analizë, ai ndoshta nuk do të jetë në gjendje ta përpunojë menjëherë atë me saktësi, por, bazuar në të dhënat e marra gjatë trajnimit më herët, do të kuptojë me saktësi se ku është toka dhe ku janë retë, hapësira apo diçka tjetër.

Zbatimi i një ideje në realitet

Sigurisht, në realitet, rrjetet nervore janë shumë më të ndërlikuara se ato të përshkruara më sipër, megjithëse vetë parimi mbetet i njëjtë. Detyra kryesore e elementeve nga të cilët formohet rrjeti nervor është sistemimi i informacionit numerik. Kur kombinoni një bollëk elementësh, detyra bëhet më e ndërlikuar, pasi informacioni hyrës mund të mos jetë nga jashtë, por nga perceptroni, i cili tashmë e ka kryer punën e tij të sistemimit.

Nëse kthehemi në detyrën e mësipërme, atëherë brenda rrjetit nervor mund të dilni me proceset e mëposhtme: një neuron dallon pikselët blu nga të tjerët, tjetri përpunon koordinatat, i treti analizon të dhënat e marra nga i pari. dy, në bazë të të cilave vendos nëse toka apo qielli janë në pikën e caktuar. Për më tepër, renditja në pikselë blu dhe të tjerë mund t'u besohet disa neuroneve njëkohësisht, dhe informacioni që ata marrin mund të përmblidhen. Ato perceptrone që do të japinnjë rezultat më i mirë dhe më i saktë do të marrë një bonus në formën e një vlere më të lartë në fund dhe rezultatet e tyre do të jenë prioritet gjatë ripërpunimit të çdo detyre. Sigurisht, rrjeti nervor rezulton të jetë jashtëzakonisht voluminoz dhe informacioni i përpunuar në të do të jetë një mal i padurueshëm fare, por do të jetë e mundur të merren parasysh dhe analizohen gabimet dhe parandalimi i tyre në të ardhmen. Implantet kryesisht të bazuara në rrjetet nervore që gjenden në shumë libra fantastiko-shkencor funksionojnë kështu (përveç nëse, sigurisht, autorët shqetësohen të mendojnë se si funksionon).

Piketa historike

Mund të befasojë laikët, por rrjetet e para nervore u shfaqën në vitin 1958. Kjo për faktin se pajisja e neuroneve artificiale është e ngjashme me elementët e tjerë kompjuterikë, midis të cilëve informacioni transmetohet në formatin e një sistemi numrash binar. Në fund të viteve gjashtëdhjetë, u shpik një makinë, e quajtur Mark I Perceptron, në të cilën u zbatuan parimet e rrjeteve nervore. Kjo do të thotë se rrjeti i parë nervor u shfaq vetëm një dekadë pas ndërtimit të kompjuterit të parë.

Neuronet e para të rrjetit të parë nervor përbëheshin nga rezistorë, tuba radio (në atë kohë, një kod i tillë që shkencëtarët modernë mund të përdornin ende nuk ishte zhvilluar). Puna me një rrjet nervor ishte detyra e Frank Rosenblatt, i cili krijoi një rrjet me dy shtresa. Një ekran me rezolucion prej 400 pikselësh u përdor për të transmetuar të dhëna të jashtme në rrjet. Makina ishte shpejt në gjendje të njihte forma gjeometrike. Kjo tashmë sugjeroi që, me përmirësimin e zgjidhjeve teknike, rrjetet nervore mundmësoni të lexoni shkronja. Dhe kush e di çfarë tjetër?

Rrjeti i parë nervor

Siç mund të shihet nga historia, Rosenblatt fjalë për fjalë digjej me punën e tij, ai ishte i orientuar në mënyrë të përkryer në të, ai ishte një specialist në neurofiziologji. Ai ishte autor i një kursi universitar magjepsës dhe popullor, në të cilin çdokush mund të kuptonte se si të zbatonte trurin e njeriut në një mishërim teknik. Edhe atëherë, komuniteti shkencor shpresonte se së shpejti do të kishte mundësi reale për të formuar robotë inteligjentë të aftë për të lëvizur, folur dhe formuar sisteme të ngjashme me veten e tyre. Kush e di, ndoshta këta robotë do të shkonin për të kolonizuar planetë të tjerë?

Rosentblatt ishte një entuziast dhe ju mund ta kuptoni atë. Shkencëtarët besonin se inteligjenca artificiale mund të realizohej nëse logjika matematikore mishërohej plotësisht në një makinë. Në këtë pikë, testi Turing tashmë ekzistonte, Asimov popullarizoi idenë e robotikës. Komuniteti shkencor ishte i bindur se eksplorimi i universit ishte çështje kohe.

Skepticizmi i justifikuar

Tashmë në vitet gjashtëdhjetë kishte shkencëtarë që debatonin me Rosenblatt dhe mendje të tjera të mëdha që punonin në inteligjencën artificiale. Një ide mjaft e saktë e logjikës së tyre të trillimeve mund të merret nga botimet e Marvin Minsky, i njohur në fushën e tij. Nga rruga, dihet se Isaac Asimov dhe Stanley Kubrick folën shumë për aftësitë e Minsky (Minsky e ndihmoi atë të punonte në A Space Odyssey). Minsky nuk ishte kundër krijimit të rrjeteve nervore, për të cilatFilmi i Kubrick dëshmon dhe si pjesë e karrierës së tij shkencore, ai ishte i angazhuar në mësimin e makinerive në vitet pesëdhjetë. Sidoqoftë, Minsky ishte kategorik për mendimet e gabuara, duke kritikuar shpresat për të cilat në atë moment nuk kishte ende një themel të fortë. Nga rruga, Marvin nga librat e Douglas Adams është emëruar pas Minsky.

Kritika ndaj rrjeteve nervore dhe qasjes së asaj kohe është sistemuar në botimin "Perceptron", datë 1969. Ishte ky libër që vrau fjalë për fjalë interesin e shumë njerëzve për rrjetet nervore që në fillim, sepse një shkencëtar me një reputacion të shkëlqyer tregoi qartë se Mark i Parë kishte një sërë të metash. Së pari, prania e vetëm dy shtresave ishte qartësisht e pamjaftueshme, dhe makina mund të bënte shumë pak, pavarësisht nga madhësia e saj gjigante dhe konsumi i madh i energjisë. Pika e dytë e kritikës iu kushtua algoritmeve të zhvilluara nga Rosenblatt për trajnimin e rrjetit. Sipas Minsky, informacioni për gabimet humbi me një probabilitet të lartë dhe shtresa e nevojshme thjesht nuk mori sasinë e plotë të të dhënave për një analizë të saktë të situatës.

Gjërat ndaluan

Pavarësisht se ideja kryesore e Minsky ishte t'u tregonte gabimet kolegëve të tij për t'i stimuluar ata të përmirësonin zhvillimin, situata ishte ndryshe. Rosenblatt vdiq në vitin 1971 dhe nuk kishte njeri që ta vazhdonte punën e tij. Gjatë kësaj periudhe filloi epoka e kompjuterëve dhe kjo fushë e teknologjisë po ecte përpara me hapa të mëdhenj. Mendjet më të mira në matematikë dhe shkenca kompjuterike u punësuan në këtë sektor dhe inteligjenca artificiale dukej si një humbje e paarsyeshme e energjisë dhe burimeve.

Rrjetet nervore nuk kanë tërhequr vëmendjen e komunitetit shkencor për më shumë se një dekadë. Pika e kthesës erdhi kur cyberpunk-u hyri në modë. U bë e mundur gjetja e formulave me të cilat gabimet mund të llogariten me saktësi të lartë. Në 1986, problemi i formuluar nga Minsky gjeti tashmë një zgjidhje të tretë (të tre u zhvilluan nga grupe të pavarura shkencëtarësh), dhe ishte ky zbulim që i shtyu entuziastët të eksploronin një fushë të re: puna në rrjetet nervore u bë përsëri aktive. Sidoqoftë, termi perceptron u zëvendësua në heshtje nga llogaritja njohëse, u hoq nga pajisjet eksperimentale, filloi të përdorte kodimin, duke përdorur teknikat më efektive të programimit. Vetëm disa vjet, dhe neuronet tashmë janë mbledhur në struktura komplekse që mund të përballojnë detyra mjaft serioze. Me kalimin e kohës, ishte e mundur, për shembull, të krijoheshin programe për leximin e shkrimit të dorës njerëzore. Rrjetet e para u shfaqën të afta për të mësuar vetë, domethënë ata gjetën në mënyrë të pavarur përgjigjet e sakta, pa një aluzion nga personi që kontrollonte kompjuterin. Rrjetet nervore kanë gjetur aplikimin e tyre në praktikë. Për shembull, në strukturat bankare në Amerikë përdoren programe që identifikojnë numrat në çeqe.

Përpara me hapa të mëdhenj

Në vitet '90, u bë e qartë se një tipar kryesor i rrjeteve nervore që kërkon vëmendje të veçantë të shkencëtarëve është aftësia për të eksploruar një zonë të caktuar në kërkim të zgjidhjes së duhur pa nxitje nga një person. Programi përdor metodën e provës dhe gabimit, në bazë të së cilës krijon rregulla të sjelljes.

Kjo periudhë u karakterizua nga një rritje e interesitpublike deri te robotët e improvizuar. Dizajnerët entuziastë nga e gjithë bota filluan të dizajnojnë në mënyrë aktive robotët e tyre të aftë për të mësuar. Në vitin 1997, ky shënoi suksesin e parë vërtet serioz në nivel botëror: për herë të parë, një kompjuter mundi shahistin më të mirë në botë, Garry Kasparov. Sidoqoftë, nga fundi i viteve nëntëdhjetë, shkencëtarët arritën në përfundimin se ata kishin arritur tavanin dhe inteligjenca artificiale nuk mund të rritet më tej. Për më tepër, një algoritëm i optimizuar mirë është shumë më efikas se çdo rrjet nervor në zgjidhjen e të njëjtave probleme. Disa funksione mbetën me rrjetet nervore, për shembull, njohja e teksteve arkivore, por asgjë më e komplikuar nuk ishte e disponueshme. Në thelb, siç thonë shkencëtarët modernë, kishte mungesë të aftësive teknike.

Koha jonë

Rrjetet nervore sot janë një mënyrë për të zgjidhur problemet më komplekse duke përdorur metodën "zgjidhja do të gjendet vetë". Në fakt, kjo nuk lidhet me ndonjë revolucion shkencor, vetëm shkencëtarët modernë, ndriçuesit e botës së programimit, kanë akses në një teknikë të fuqishme që u lejon atyre të vënë në praktikë atë që një person mund të imagjinonte vetëm në terma të përgjithshëm më parë. Duke iu rikthyer frazës së Ciceronit për majmunët dhe argumentet: nëse u caktoni kafshëve dikë që do t'u japë një shpërblim për frazën e saktë, ata jo vetëm që do të krijojnë një tekst kuptimplotë, por do të shkruajnë një "Lufta dhe Paqe" të re dhe jo më keq.

Rrjetet neurale të ditëve tona janë në shërbim me kompanitë më të mëdha që punojnë në fushën e teknologjisë së informacionit. Këto janë rrjete neurale me shumë shtresa të implementuara përmes serverëve të fuqishëm,duke përdorur mundësitë e World Wide Web, grupet e informacionit të grumbulluar gjatë dekadave të fundit.