Текст книги "#Нейруха, или Введение в нейроэру"

#Нейруха, или Введение в нейроэру
Иван Тэ

Дизайнер обложки Иван Тимофеев

Иллюстратор YandexART (создано в приложении Шедеврум)

Корректор Светлана Иванова

© Иван Тэ, 2024

© Иван Тимофеев, дизайн обложки, 2024

© YandexART (создано в приложении Шедеврум), иллюстрации, 2024

ISBN 978-5-0062-5769-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

От автора

В 2022 году начался нейросетевой бум – как пользовательский, так и среди тех, кто нейросети создаёт. Даже больше: среди создателей нейросетей началась настоящая гонка и борьба за лидерство.

Интерес к появляющимся новым цифровым инструментам заставил меня завести сначала список, а затем и таблицу с перечнем нейросетей и их функционала для дальнейшего личного использования.

Вскоре я увидел, что появились списки, онлайн-каталоги и библиотеки нейросетей, а также масса различных интернет-ресурсов, посвящённых им. Стало заметно, что множество людей начинают опробовать нейросетевые чат-боты, нейросетевых иллюстраторов, а также нейросетевые сервисы других разнообразных специализаций и направленностей.

Но наряду с этим стали проявляться и некоторые проблемы, связанные с использованием нейросетевых технологий, и уже не первый раз в истории, но уже с новой силой разгорелись этические споры на предмет создания и использования искусственного интеллекта. Снова выступили вперёд вопросы и о перспективах развития нейросетевых технологий и робототехники.

В то же время внимание привлекло то, что множество людей либо отстраняется от этих технологий, либо не слишком хорошо понимает, как они могут их использовать. А то и вовсе делает вид, что никаких нейросетей не существует. Своим близким и знакомым, которые относятся как раз к такой категории людей, мне несколько раз приходилось популярно объяснять своё видение относительно развития и использования нейросетевых технологий.

Многих интересует: во многом ли сегодня современный ИИ способен заменить человека? А завтрашний? Отберёт ли ИИ у человека работу? И, конечно, интересует то, как можно применить быстро становящиеся доступными возможности нейросетей в учёбе, творчестве и работе.

В итоге всё прочитанное, опробованное и прослушанное по этим вопросам, а также мои рассуждения и мысли сконструировались в небольшую книжку, которую вы и видите перед собой.

Эта книга написана не для профессиональных компьютерных инженеров, специалистов по кибернетике или математиков, программистов или системных администраторов. Здесь вы не найдёте сложных описаний алгоритмов или программного кода. На этих страницах вы сможете прочесть написанную самым простым языком информацию для тех, кто не слишком хорошо разбирается в современных цифровых технологиях и тенденциях их развития. Немного истории, немного объяснений, немного рассуждений о нейросетях, которые становятся доступны каждому, о перспективах их применения и примеры нейросетевых сервисов – вот о чём написано в этой книге.

Я не профессиональный программист или сисадмин, а управленец, который посвящает много времени творчеству. В то же время больше 20 лет я стараюсь не отставать от современных цифровых технологий и обоснованно считаю себя опытным пользователем современного программного обеспечения, а при случае могу сам собрать или починить персональный компьютер.

Случилось так, что я и сам стал напрямую причастен к нейросетевым технологиям. В результате своего интереса к ним я стал AI-тренером, или редактором нейросетевых технологий, в российской IT-корпорации. С тех пор большой частью моей жизни стала работа с нейросетями, или, как часто их называют в компании, с моделями искусственного интеллекта.

Ответы на вопросы, которые вы хотели задать, но не знали, как к ним подступиться, – о нейросетях и об искусственном интеллекте – вы найдёте в этой книге, написанной простым и понятным языком.

Введение

Нейросети семимильными шагами идут по планете. Прогресс, как известно, не остановить. Выбор у нас как у пользователей невелик: либо стоять в стороне, наблюдая, как мимо проносится «цифровой поезд» новых технологий, либо принять изменения и постараться научиться пользоваться новым замечательным инструментарием – для работы, учёбы, творчества и отдыха.

Итак, начнём.

Глава 1. История появления нейросетей

Нейросети не появились вдруг и из ниоткуда. Первым работам по их созданию скоро исполнится сотня лет. Идеи использовать в принципах построения машинного мышления новые знания о работе человеческого мозга появились в одно время с зарождением науки кибернетики и практически сразу же после того, как учёные начали узнавать про нейроны человеческого мозга и получили первые представления о том, как и почему они, эти нейроны, работают.

Да-да, именно поэтому нейросети так и называются. Живые нейроны, синаптические связи, электромагнитные импульсы, бегущие по ним с невероятной скоростью, и среда, в которой всё это происходит, и стали основой теории и создания компьютерных нейросетей.

Изначально термин «нейросеть» в отношении компьютерного программирования был применён к типу машинного обучения, при котором компьютерная программа имитирует работу человеческого мозга. Впервые идею нейронных сетей в отношении к программно-аппаратным технологиям предложили использовать Уоррен Мак-Каллок и Уолтер Питтс, исследователи-разработчики Чикагского университета в 1943—1944 годах. Уоррен Мак-Каллок – учёный-нейропсихолог и нейрофизиолог, теоретик искусственных нейросетей и один из отцов кибернетики. Уолтер Питтс – нейролингвист и математик. Вместе они начали разрабатывать модель нейронных компьютерных нейросетей, получившую название модель Мак-Каллока – Питтса, и работали над созданием искусственных нейронов. Учёным удалось сформулировать концепцию нейронных сетей, а их разработки и модели заложили основы понимания того, что же такое искусственный интеллект. Их идеи также способствовали возникновению революционных представлений о человеческом мозге как о некоем суперкомпьютере, что в свою очередь стимулировало развитие кибернетики как науки и теоретической нейрофизиологии человеческого мозга.

Множество учёных-исследователей во всём мире стали разрабатывать варианты и модели построения и обучения компьютерных систем, опираясь на новые данные и теории Мак-Каллока и Питтса. Упомяну здесь лишь нескольких.

Первую обучаемую нейросеть в 1957 году продемонстрировал психолог Корнеллского университета Фрэнк Розенблатт. Структура этой нейросети была примитивной (одноуровневой), но именно Розенблатт построил первую программу на нейросетевых принципах, по которым была создана и аппаратная версия нейросети. В 1962 году (в 1965 году на русском языке) вышла его книга – «Принципы нейродинамики».

В 1959 году первая в СССР работающая модель простой нейросети была построена горячим поклонником идей Розенблатта, советским учёным-кибернетиком Алексеем Ивахненко, автором книги «Техническая кибернетика», изданной в 1962 году. В своих последующих работах (книги «Предсказание случайных процессов» и «Системы эвристической самоорганизации в технической кибернетике») Ивахненко (в соавторстве с другими учёными) удивительно точно предсказал будущие тренды в развитии компьютерных технологий, при этом указав даже точные годы воплощения идей и опытов в кибернетике в прикладном их исполнении. Приведу здесь некоторые прогнозы Ивахненко, сделанные им в 1971 году:

1974 год – полный контроль над воздушным сообщением;

1975 год – автоматизация домашней работы;

1976 год – автоматические библиотеки с применением голографических устройств памяти;

1979 год – скоростной автоматический перевод;

1980 год – машины, принимающие сложные и ответственные решения;

1980 год – создание единого (мирового?) вычислительного центра;

1985 год – автоматический диагноз болезней;

1988 год – радар для слепых;

1988 год – использование роботов для домашних работ;

1998 год – введение информации от машины прямо в мозг человека;

2000 год – симбиоз между человеком и вычислительной машиной;

2000 год – автодороги с автоматическим управлением автомобилями;

2025 год – устранение механизма старения, «бессмертие» людей;

2045 год – автоматическое чтение мысли и другое.

Ивахненко также писал, что «уже в 1990 году кибернетические системы автоматизированного управления производством (в масштабе завода, отрасли и всей страны) сократят потребность в рабочей силе на 50%, то есть рабочая неделя может быть снижена до трёх рабочих дней». В своих трудах автор также рассуждал о широком распространении персональных компьютеров, о развитии объединённых компьютерных сетей и о том, как с помощью новейших открытий в кибернетике человечество будет бороться (и победит) «старение и умирание».

Прогнозы, которые я привёл здесь, как мы видим, довольно оптимистичные, но учёные, горящие своими идеями, нередко забегают вперёд. При всём этом прогнозы направления развития ИИ, сделанные учёными полвека назад, сейчас выглядят практически как некий путевой лист для их воплощения.

Над моделями построения и обучения ИИ с помощью технологий нейросетевых алгоритмов работали многие учёные, хотя у разных специалистов и были приняты различные названия этих моделей. Среди исследователей-кибернетиков, нейрофизиологов и математиков значительный вклад в развитие нейросетевых технологий внесли Норберт Виннер (автор представлений сложных биологических процессов с помощью математических моделей), Дональд Хебб (первый алгоритм обучения), Бернард Уидроу, Александр Петров, Марвин Минский, Теуво Кохонен, Борис Хакимов, Пол Вербос, Александр Галушкин, Кунихико Фукушима, Джон Хопфилд, Дэвид Румельхарт, Джеффри Хинтон, Рональд Вильямс, Сергей Барцев, Виктор Охонин и многие другие.

Можно сказать, что основы современного бума ИИ (искусственного интеллекта, или artificial intelligence, AI) заложили Йошуа Бенджио, Джеффри Хинтон и Ян Лекун – специалисты в области исследования и внедрения ИИ и лауреаты премии Тьюринга (которую называют Нобелевской премией в области информатики) за 2018 год. Подходы к машинному обучению и методы, которые разрабатывали эти специалисты в 1990-х и 2000-х годах, позволили сделать гигантский прорыв в таких сложных областях, как компьютерное зрение и распознавание речи.

Так что же такое современная компьютерная нейросеть?

Глава 2. Современная компьютерная нейросеть

Хочу сразу отметить: «искусственный интеллект» и «нейросеть» – понятия не тождественные, хотя и связанные. «ИИ» – обобщённое понятие для различных технологических решений. «Нейросеть – это одна из реализаций, один из механизмов, используемых в искусственном интеллекте, но механизм не единственный.

Современная цифровая нейросеть – это разновидность компьютерных программ, которые по своей структуре имитируют работу человеческого мозга. Отсюда, соответственно, и происходит их общее название – нейросети.

Такая программа состоит из множества взаимосвязанных узлов, называемых нейронами, которые обрабатывают и передают информацию друг другу. Каждый такой нейрон получает входные данные, выполняет над ними некоторые вычисления и передаёт результат следующему нейрону в сети нейронов.

В нейросети данные в момент запроса пользователя подаются на вход, затем проходят через множество слоёв цифровых нейронов, где каждый слой обрабатывает информацию по-своему. Каждый цифровой нейрон принимает решение на основе входящей информации, которую он получает от предыдущих нейронов, и передаёт свои результаты следующим нейронам. Именно таким образом нейросеть способна обучаться на примерах и улучшать свою работу, делая более точные прогнозы и принимая более сложные решения.

Эти нейроны соединены между собой через синапсы – каналы для передачи данных от одного элемента к другому. У каждого синапса есть определённый весовой коэффициент, показывающий степень его влияния на итоговый результат деятельности сети.

В начале обучения нейросети все веса выставлены случайным образом. По мере тренировок, если определённый маршрут ведёт данные к успешному решению задачи, значимость этого маршрута (или его вес) увеличивается. Этот процесс аналогичен укреплению нейронных связей в человеческом мозге в процессе обучения новым навыкам и закрепления навыков старых.

Современные нейросети уже используются для решения различных нетривиальных (сложных) задач, таких как распознавание образов, прогнозирование, классификация данных и построение библиотек. Нейросети также используют для редактирования данных в соответствии с заданными параметрами – обработка видео и звука, фотографий и нарисованных изображений. Кроме редактирования, нейросети способны генерировать и новые данные – создавать уникальный аудиовизуальный и текстовый контент.

Обучение нейросетей происходит путём загрузки в сеть набора данных с известными ответами и корректировки определений между разными нейронами таким образом, чтобы минимизировать ошибку предсказания. Для первичного обучения нейросетевых систем используются значительные по количеству данные.

Специфика современных искусственных компьютерных нейронных сетей заключается в их способности принимать обоснованные решения, опираясь на опыт, полученный ими раньше. Это отличает их от традиционных программных приложений, которые работают согласно жёстко заданной последовательности шагов, направленных на достижение желаемого исхода, где каждый возможный исход или действие заранее определён в их коде. Нейросети же разрабатывают свой собственный подход к решению задачи. Они самостоятельно выявляют образы, связи и правила, которые не были изначально заложены их создателями.

Модели искусственного интеллекта благодаря уникальному механизму обработки информации способны интерпретировать данные, которые не обладают чёткой структурированностью, могут быть в различных форматах и типах. Нейросеть способна обнаруживать огромное количество сложных, неочевидных взаимосвязей, исправлять собственные ошибки и на основе этого постоянно совершенствоваться. Нейросети анализируют множество схожих ситуаций и предлагают самое, на их взгляд, оптимальное решение.

На разных стадиях и на разных уровнях работы с нейросетями их обучением занимаются различные специалисты. Это компьютерные инженеры, аналитики, программисты, AI-тренеры и AI-редакторы, а также множество других специалистов в области машинного обучения.

Если инженеры и программисты – специальности преимущественно технические, то в зависимости от направленности задач, для которых предназначается нейросеть, AI-тренерами и AI-редакторами могут быть специалисты гуманитарных профессий. Например, для того чтобы обучить нейросеть хорошо и правильно отвечать на широчайший спектр вопросов пользователей, как это делают ставшие популярными чат-боты, необходимо, чтобы с системами работали специалисты именно гуманитарных профессий: языковеды (лингвисты и филологи), преподаватели языка и литературы, переводчики, журналисты, райтеры, пишущие на заданные темы, писатели, специалисты во всевозможных областях человеческой деятельности.

Ниже хочу немного рассказать про уже упомянутый популярный нейросетевой чат-бот ChatGPT, предназначенный для выполнения широчайшего спектра задач, и подобные ему нейросетевые решения.

ChatGPT (GPT здесь – сокращение английского Generative Pre-trained Transformer, что переводится как генеративный предварительно обученный трансформер) создан в виде чат-бота с искусственным интеллектом. Основой этой нейросети стал алгоритм «Трансформер», разработанный специалистами Google Brain (исследовательский проект корпорации Google) в 2017 году.

Этот алгоритм изначально был предназначен для упрощённой обработки последовательностей (в отличие от более сложных нейросетевых алгоритмов), таких как текст на естественном языке, а также для решения таких задач, как машинный перевод и автоматическое реферирование, то есть для создания кратких версий исходных текстов. Говоря совсем просто, алгоритм «Трансформер» может «предсказать» по первым словам вводимого текста то, что у него хочет спросить пользователь, и предложить наиболее вероятный ответ, написав его всякий раз уникально, используя заложенные в него возможности и перевода, и реферирования.

Вопреки распространённому мнению, ChatGPT и подобные ему нейросетевые алгоритмы ничего не создают в истинном значении этого слова. Этот алгоритм, грубо говоря, «великий компилятор». Он обучен на основании сотен тысяч и миллионов образцов, видов и вариантов примеров и создаёт для пользователя ответ на поставленную перед алгоритмом задачу, всякий раз делает новую сборку, которая новой выглядит только для нас. Точно так же работают и многие другие «прямолинейные» нейросети.

Варианты использования этого алгоритма достаточно широки, так как это всё же не «усложнённый Т9», как его часто называют специалисты. Алгоритм способен работать не только с человеческими языками (настоящими и вымышленными), но и с языками программирования. В последних версиях ChatGPT алгоритм «Трансформер» уже научился очень неплохо структурировать данные – составлять пользовательские календари, расписания, таблицы, каталоги, заходить для поисков ответов в интернет и многое другое. Также «Трансформер» уже неплох в том, что касается вариативности – он способен предложить огромное количество различных ответов на один и тот же вопрос. Например, если попросить его придумать несколько вариантов названия чего-либо. GPT-чат-бот становится идеальным исполнителем и в качестве рерайтера текстов, выдавая максимальное количество уникальных текстов-пересказов одного конкретного исходного материала.

Так что же, в целом, даёт нам возрастающая доступность и широкое распространение нейросетевых сервисов?

Глава 3. Программы можешь не писать, но юзером ты быть обязан

Современные нейросети выводят на новый, более доступный уровень взаимодействия человека и цифровых систем. Эти алгоритмы значительно упрощают (даже по сравнению с тем, что было пару лет назад) для несравнимо более широкой аудитории огромную массу сложных задач.

Новые средства, применяемые в различных сферах жизнедеятельности – от написания программного кода до обработки изображений, помогают человеку ускорить повторяющиеся рутинные процессы, облегчая всю сферу производства продуктов, в которых можно задействовать нейросетевые алгоритмы. А вот направления разработки, фундаментальные решения – от построения композиции в творческом или техническом продукте до создания новых идей – всё это остаётся прерогативой человека.

Что значит сейчас пройти мимо набирающего немыслимые обороты развития нейросетевых технологий? Это то же самое, что 15 лет назад не использовать доступ во Всемирную паутину – Интернет или не начать пользоваться смартфоном. Это то же самое, что не начинать становиться уверенным пользователем ПК 25 лет назад. Это значит быть в числе отстающих. Отставать на быстро меняющихся рынках трудовых вакансий, отставать как специалист во множестве профессий, отставать от уровня современного высокотехнологичного мира в принципе.

Стоит обратить внимание на то, что среди среднего (по возрасту) поколения практически не осталось тех, кто так или иначе не использует компьютеры и смартфоны в повседневной жизни. Статистика говорит и о том, что даже самые старшие поколения всё больше компьютеризируются и всё чаще используют персональные компьютерные устройства.

Ещё 20 лет назад мне регулярно встречались люди, которые искренне считали, что компьютер им не пригодится и им удастся проскочить мимо цифровых технологий – и в работе, и в личной жизни. Естественно, были и те, кто с ходу, методом проб и ошибок просто влетали в мир компьютеров, а затем и в мир Интернета. Но с годами стало очевидно, что и тем и другим пришлось бы осваиваться в новом для них цифровом измерении жизни. Естественно, те, кто стремился освоить персональные компьютеры и наладить общение с ними (пусть и на минимальном пользовательском уровне), чувствовали себя намного увереннее, чем те, кто делать этого категорически не хотел. Есть и те, кто, освоив компьютерную грамотность в преклонном возрасте, обрели для себя и новые цифровые увлечения, и даже новые специальности, связанные с использованием компьютеров.

В наши дни, по крайней мере в России, я думаю, сложно найти дом, в котором бы персональный компьютер (а то и не один) уверенно не занял своё место и широко используется в повседневной жизни – от игр и просмотра фильмов до работы и обучения. А без смартфона – карманного персонального компьютера-коммуникатора сейчас обходятся, полагаю, единицы.

А что уже знают простые люди о нейросетях?

По данным «Нейростата» (проект компании Яндекс, первая в России регулярная оценка знания и использования генеративных нейросетей), опубликованным в конце 2023 года о генеративных нейросетях к концу лета слышали 57% участников опроса, а осенью – 58%. При этом число интернет-пользователей, которые пробовали создавать тексты с помощью нейросетей, увеличилось с 24% до 31%. О нейросетях для создания изображений знает ещё больше людей. В августе 2023 года 73% опрошенных заявляли, что слышали про такие инструменты, а в ноябре – 75%. Количество пользователей, которые применяют такие нейросети, также выросло: с 26% до 31%. Следить за статистикой роста популярности нейротехнологий можно на сайте «Нейростата».

А бизнес? В конце того же 2023 года аналитики из Сбера опубликовали на интернет-ресурсе «СберБизнес Live» данные исследования «Предприниматели России: исследовательский мониторинг» (совместный проект Сбера, Минэкономразвития России и Фонда «Общественное мнение»). Согласно опубликованным данным, почти половина (45%) предпринимателей в России уже применяли искусственный интеллект в работе. Ещё 72% использовали его в личных целях. При этом 75% опрошенных знакомы с понятием ИИ – оно у них ассоциируется с программированием, IT, нейросетями, автоматизацией.

Полный текст исследования можно найти на «СберБизнес Live».

Настолько сильно компьютеризированное население никак не сможет миновать и нынешний всплеск развития нейросетевых технологий, который, по сути, не что иное, как новый и более высокий уровень взаимодействия человека и сложных компьютерных систем.