Архитекторы интеллекта. Вся правда об искусственном интеллекте от его создателей

Мартин Форд

Архитекторы интеллекта. Вся правда об искусственном интеллекте от его создателей

Посвящается Сяо-Сяо, Элейн, Колину и Тристану

© ООО Издательство "Питер", 2019

Вступление

Мартин Форд

Футуролог, эксперт в области искусственного интеллекта, консультант по расчетам индекса робототехники Rise Of The Robots В Societe Generale, предприниматель из кремниевой долины, член совета директоров и инвесторов компании Genesis Systems

Мартин Форд – автор книг «Роботы наступают: развитие технологий и будущее без работы»[1] (отмечена премией Financial Times & McKinsey Business Book of the Year, переведена более чем на 20 языков) и «Технологии, которые изменят мир»[2]. Писал о технологиях будущего для The New York Times, Fortune, Forbes, The Atlantic, The Washington Post, Harvard Business Review, The Guardian и The Financial Times. Выступал на многочисленных радио- и телешоу, в том числе на NPR, CNBC, CNN, MSNBC и PBS. Часто делает доклады о влиянии ИИ на экономику, рынок труда и общество будущего (наиболее известно выступление на конференции TED 2017 г.). Получил степень бакалавра в области вычислительной техники в Мичиганском университете в Анн-Арборе и степень магистра бизнеса в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). В компании Genesis Systems участвует в разработке автоматизированных систем с автономным питанием, генерирующих воду непосредственно из воздуха.

Искусственный интеллект (ИИ) быстро переходит из области научной фантастики в повседневную жизнь. Современные устройства понимают человеческую речь, способны отвечать на вопросы и выполнять машинный перевод. В самых разных областях, от управления беспилотным автомобилем до диагностирования рака, применяются алгоритмы распознавания объектов на базе ИИ, возможности которых превосходят человеческие. Крупные медиакомпании используют роботизированную журналистику, создающую из собранных данных статьи, подобные авторским. Очевидно, что ИИ готов стать одним из важнейших факторов, формирующих наш мир, являясь по-настоящему универсальной технологией, такой как электричество.

В последние годы в СМИ широко освещаются достижения в области ИИ. Бесчисленные статьи, книги, документальные фильмы и телепрограммы предсказывают новую эру, мешая в одну кучу анализ фактических данных с ажиотажем, спекуляциями и даже нагнетанием паники. Говорят, что через несколько лет дороги полностью захватят беспилотные автомобили, оставив без работы водителей грузовиков и такси. В некоторых алгоритмах машинного обучения обнаружили признаки дискриминации по расовому и половому признакам. Неясно, как повлияет на конфиденциальность распознавание лиц. Роботы могут стать оружием. А обладающие интеллектом машины представляют угрозу существованию человечества. Свое мнение озвучивают многие общественные деятели, которые не являются экспертами в сфере ИИ. Радикальнее всего выступил Илон Маск, заявивший, что разработки ИИ сродни призыву демонов и опаснее ядерного оружия. Даже Генри Киссинджер и Стивен Хокинг публиковали мрачные прогнозы.

Поэтому мне хотелось бы рассказать о том, что такое ИИ, и осветить связанные с ним возможности и риски. Для этого я провел серию интервью с выдающимися учеными и предпринимателями, занимающимися ИИ. Многие из них лично повлияли на трансформацию окружающего нас мира; другие – основали компании, которые расширяют границы ИИ, робототехники и машинного обучения.

Разумеется, сформированный мной список субъективен – в развитии ИИ участвует множество профессионалов. Но я уверен, что почти любой человек, обладающий глубокими знаниями в этой области, поддержит мой выбор. Всех этих людей можно без преувеличения назвать творцами ИИ, приближающими начало новой научно-технической революции.

В интервью я старался задать наиболее острые вопросы, появившиеся в процессе развития ИИ. Какие подходы и технологии считаются наиболее перспективными? Какие крупные открытия возможны в ближайшие годы? Можно ли создать по-настоящему мыслящую машину или ИИ, сравнимый с человеческим, и как скоро? Какие риски и угрозы связаны с ИИ и как их избежать? Требуется ли для этой области государственное регулирование? Вызовет ли ИИ хаос в экономике и на рынке труда? Смогут ли суперинтеллектуальные машины выйти из-под контроля человека и превратиться в реальную угрозу? Нужно ли беспокоиться о «гонке вооружений» в области ИИ?

Разумеется, предсказать будущее невозможно. Тем не менее эксперты знают о текущем состоянии технологий, а также об инновациях ближайшего будущего больше, чем кто бы то ни было. Поэтому их мысли и мнения заслуживают внимания. Помимо ИИ, мы обсудили образование, карьеру и исследовательские интересы, поэтому чтение будет увлекательным и вдохновляющим.

Искусственный интеллект – это широкая область исследований, сопряженная с множеством дополнительных дисциплин. Многие из моих собеседников совмещали работу в нескольких областях. Сейчас я кратко расскажу, как опрошенные относятся к наиболее важным инновациям в исследованиях ИИ и задачам будущего. Основная информация о каждом из них будет приведена в начале соответствующего интервью.

Подавляющее большинство достижений сферы ИИ последнего десятилетия – от распознавания лиц до машинного перевода и победы в игре го – основаны на технологии глубокого обучения, или глубоких нейронных сетей. Искусственные нейронные сети, в которых программно эмулируется структура и взаимодействие нейронов головного мозга, появились примерно в 1950-х гг. Простые версии этих сетей могли решать элементарные задачи по распознаванию объектов на изображениях, что сначала вызывало сильный энтузиазм. Однако к 1960 г., частично из-за критики Марвина Минского – одного из пионеров ИИ, – нейронные сети потеряли популярность, а им на смену пришли другие подходы.

В течение примерно 20 лет, начиная с 1980-х гг., небольшая группа исследователей продолжала верить в технологию нейронных сетей и продвигать ее. Среди них выделялись Джеффри Хинтон (Geoffrey Hinton), Иошуа Бенджио (Yoshua Bengio) и Ян Лекун (Yann LeCun). Они не только внесли вклад в лежащую в основе глубокого обучения математическую теорию, но и первыми стали продвигать технологию «глубоких» сетей с несколькими слоями искусственных нейронов. Им удалось донести идею нейронных сетей до времен экспоненциального роста вычислительных мощностей и увеличения объема доступных данных. В 2012 г. команда аспирантов Хинтона из Университета Торонто победила в конкурсе по распознаванию объектов на изображениях.

После этого события глубокое обучение стало общедоступным. Большинство крупных технологических компаний – Google, Facebook, Microsoft, Amazon, Apple, Baidu и Tencent – инвестировали огромные суммы в новую технологию, чтобы использовать ее в своем бизнесе. Разработчики микропроцессорных и графических чипов (GPU), такие как NVIDIA и Intel, переорганизовали бизнес под создание оборудования, оптимизированного для нейронных сетей. Именно глубокое обучение сегодня раскрывает сферу ИИ.

Такие ученые, как Эндрю Ын (Andrew Ng), Фей-Фей Ли (Fei-Fei Li), Джефф Дин (Jeff Dean) и Демис Хассабис (Demis Hassabis), используют современные нейронные сети в таких областях, как поисковые системы, компьютерное зрение, беспилотные автомобили и универсальный ИИ. Это признанные лидеры в области преподавания, управления и предпринимательства на базе технологии нейронных сетей.

Однако глубокое обучение подвергается критике. Ряд ученых считают его «одним из инструментов в наборе», утверждая, что для дальнейшего прогресса нужны идеи из других областей. Барбара Грош (Barbara Grosz) и Дэвид Ферруччи (David Ferrucci) занимаются проблемами понимания естественного языка. Гари Маркус (Gary Marcus) и Джош Тененбаум (Josh Tenenbaum) изучают человеческое познание. Орен Этциони (Oren Etzioni), Стюарт Рассел (Stuart Russell) и Дафна Коллер (Daphne Koller) специализируются на вероятностных методах. Джуда Перл (Judea Pearl) за работу по вероятностным (или байесовским) подходам к ИИ и машинному обучению получил премию Тьюринга.

Сфера робототехники также развивается благодаря таким ученым, как Родни Брукс (Rodney Brooks), Даниэла Рус (Daniela Rus) и Синтия Бризил (Cynthia Breazeal). Бризил вместе с Раной эль Калиуби (Rana El-Kaliouby) – первопроходцы в построении систем, умеющих распознавать эмоции, реагировать на них и вступать в социальные взаимодействия с людьми. Брайан Джонсон (Bryan Johnson) основал компанию Kernel, направляющую технологии ИИ в развитие человека.

По моему мнению, особый интерес представляют три основные темы, поэтому они будут рассматриваться в каждом интервью. Первая касается автоматизации человеческого труда, ведущей к росту безработицы. Глубже всего эту тему раскрыл Джеймс Маника (James Manyika) – глава Глобального института McKinsey (MGI), где активно исследуется влияние технологий на рынок труда.

Второй вопрос, который я задавал всем, касается ИИ, сравнимого с человеческим. Это так называемый сильный ИИ (artificial general intelligence, AGI), который был недостижимой мечтой. Демис Хассабис рассказал, что предпринимается в компании DeepMind, которая является крупнейшей и наиболее финансируемой инициативой по исследованиям сильного ИИ. Дэвид Ферруччи, руководивший разработкой суперкомпьютера IBM Watson, – генеральный директор стартапа Elemental Cognition, – описал создание сильного ИИ путем эффективного применения понимания языка. Важные идеи высказал и Рэймонд Курцвейл (Raymond Kurzweil) – автор книги Singularity is Near («Сингулярность уже близка»), в настоящее время руководящий проектом Google, связанным с обработкой естественного языка.

Всем я задал вопрос: «К какому году с вероятностью 50 % будет создан ИИ уровня человеческого?» Большинство предпочло поделиться своими предположениями анонимно. Двое из опрошенных выразили желание официально поделиться своей точкой зрения. Результаты этого опроса приведены в конце книги. Вы увидите, как мнения по важным темам зачастую кардинально расходятся, что представляет собой один из наиболее интересных аспектов данной книги.

Третья обсуждаемая тема связана с последствиями прогресса в области ИИ, ожидаемыми как в ближайшем, так и в отдаленном будущем. Становится очевидной проблема уязвимости взаимосвязанных автономных систем к атакам через интернет. Также выявлена предрасположенность алгоритмов машинного обучения к предвзятости по расовому и половому признакам. Многие из моих собеседников подчеркнули важность решения этой проблемы и рассказали об исследованиях в этой области. Некоторые дали оптимистический прогноз, предположив, что ИИ поможет нам избавиться от предвзятости и дискриминации.

Многих волнует опасность появления полностью автономного оружия. В сообществе исследователей ИИ существует мнение, что роботы или дроны, способные убивать без контроля человека, в конечном итоге могут стать не менее опасными, чем биологическое или химическое оружие. В июле 2018 г. более 160 компаний и 2400 исследователей (среди которых есть мои собеседники) подписали соглашение о запрете производства смертоносных алгоритмов[3].

Более отдаленной и умозрительной является проблема несоответствия собственных целей сильного ИИ с желаниями человека. Этой темы касались почти все мои собеседники. Чтобы адекватно и рационально осветить эту проблему, я поговорил с Ником Бостромом (Niсk Bostrom) из оксфордского Института будущего человечества (Future of humanity institute, FHI) – автором бестселлера «Искусственный интеллект: этапы, угрозы, стратегии»[4], в котором тщательно рассматриваются потенциальные риски, связанные с машинами, интеллектуально превосходящими человека.

Создатели интеллекта

Интервью для этой книги проводились с февраля по август 2018 г. Практически все они длились не меньше часа, а некоторые существенно дольше. Записанные, транскрибированные, а затем отредактированные командой издательства Packt тексты я дал своим собеседникам на проверку. Уверен, что книга верно отражает мысли респондентов.

Эксперты, с которыми я общался, имеют разное происхождение и сотрудничают с разными компаниями. Но вы быстро обнаружите, насколько сильно влияние Google на сообщества, связанные с ИИ. Из двадцати трех специалистов у семи есть или были связи с Google или холдингом Alphabet. Много талантливых людей работает в Массачусетском технологическом институте (MIT) и Стэнфорде. Джеффри Хинтон и Иошуа Бенджио представляют университеты Торонто и Монреаля соответственно, а правительство Канады ведет четкую промышленную политику, ориентированную на робототехнику и ИИ. В Соединенных Штатах работали 19 из 23 опрошенных, но больше половины из них родились за пределами США: в Австралии, Китае, Египте, Франции, Израиле, Родезии (ныне Зимбабве), Румынии и Великобритании. Это ярко иллюстрирует роль иммиграции квалифицированных кадров в технологическом лидерстве США.

Проводя интервью, я все время помнил, что книгу будут читать самые разные люди, от специалистов по теории вычислительных машин и систем до менеджеров и инвесторов. Но самая важная часть аудитории – молодые люди, которые могут задуматься о карьере в области ИИ. Сейчас в ней наблюдается дефицит кадров, особенно специалистов с навыками глубокого обучения, что дает возможность для хорошего карьерного роста. В настоящее время прилагаются усилия по привлечению в отрасль талантливых специалистов, и уже широко признается необходимость профессиональной интеграции.

Около четверти опрошенных мной – женщины. Здесь их доля выше, чем в сфере ИИ и машинного обучения в целом. Согласно недавним исследованиям, женщины составляют примерно 12 % ведущих сотрудников в области машинного обучения[5]. В процессе интервью многие подчеркивали необходимость увеличения доли как женщин, так и представителей меньшинств.

Одна из моих собеседниц уделяет особое внимание многообразию в области ИИ. Фей-Фей Ли из Стэнфорда – соучредитель AI4ALL[6], устраивающей летние учебные лагеря для старшеклассников из мало представленных в этой сфере групп. AI4ALL получила поддержку отрасли, а также грант от Google, и теперь такие программы проводятся в шести американских университетах. В этом направлении еще многое предстоит сделать, но основания для оптимистических прогнозов уже есть.

Хотя книга рассчитана на широкий круг читателей, в тексте будут встречаться специальные понятия и термины. Если вы ранее ничего не знали об ИИ, то я рад, что вас познакомят с ним ведущие специалисты, и рекомендую вам начать с краткого словаря, приведенного ниже. В интервью Стюарта Рассела – соавтора ведущего учебника по ИИ – вы найдете объяснение ключевых концепций области.

Возможность взять эти интервью была для меня честью. Надеюсь, вы тоже увидите в моих собеседниках вдумчивость, умение рассказывать и глубокую приверженность идее работы на благо человечества. Чего в книге нет, так это единодушия. Она наполнена разнообразными, зачастую резко противоречивыми представлениями, мнениями и прогнозами. Понятно только одно: ИИ – широко открытое пространство. Можно строить предположения о природе будущих инноваций, скорости их появления и конкретных вариантах их применения. Именно из-за этой комбинации потенциальной разрушительности с фундаментальной неопределенностью необходим содержательный и всеобъемлющий разговор о будущем ИИ и его влиянии на наш образ жизни. Надеюсь, моя книга внесет в него свой вклад.

Краткий словарь терминов

В нескольких интервью углубленно рассматриваются методы, используемые в сфере ИИ. Для понимания материала специальных знаний не требуется, но встречающиеся термины желательно знать. Вот объяснение наиболее важных из них. Если вы сочтете какой-то раздел технически сложным и запутанным, просто пропустите его и переходите к следующему.

Машинное обучение (machine learning) – раздел ИИ о методах построения алгоритмов, способных обучаться на данных. Другими словами, алгоритмы машинного обучения – это компьютерные программы, которые, по сути, программируют сами себя, просматривая информацию. Раньше считалось, что «компьютеры совершают только те действия, которые были запрограммированы», но эта ситуация меняется. Среди многочисленных типов алгоритмов машинного обучения самый революционный (и привлекающий всеобщее внимание) – это глубокое обучение.

Глубокое обучение (deep learning) – вид машинного обучения, в котором используются глубокие (или многоуровневые) искусственные нейронные сети (artificial neural networks), то есть программное обеспечение, имитирующее работу нейронов мозга. Глубокое обучение послужило основной движущей силой развития ИИ.

Есть и другие термины, которые, скорее всего, новичкам покажутся сложными. Без их глубокого понимания вполне можно обойтись, но краткое пояснение лишним не будет.

Метод обратного распространения ошибки (backpropagation) – алгоритм, используемый в системах глубокого обучения. Информация, поступающая в нейронную сеть, распространяется обратно через слои нейронов, вызывая у некоторых из них изменение настроек – весов (см. ниже «Обучение с учителем»). Так постепенно сеть находит правильный ответ. В 1986 г. Джеффри Хинтон стал соавтором первой полноценной статьи на эту тему, о чем более подробно вы узнаете из интервью с ним.

Еще более непонятный термин – градиентный спуск (gradient descent) – относится к математической технике, которую алгоритм обратного распространения использует для уменьшения ошибки в процессе обучения сети.

Встречаются в книге и термины, относящиеся к типам или конфигурациям нейронных сетей: рекуррентные (recurrent) и сверточные (convolutional) сети, а также машины Больцмана (Boltzmann machines). Различия обычно сводятся к способам связи нейронов. Детальное рассмотрение этих понятий выходит за рамки книги. Тем не менее я попросил объяснить их Яна Лекуна – изобретателя сверточной архитектуры, которая широко используется в распознавании объектов на изображениях.

Термин байесовский (bayesian) можно перевести как «вероятностный». Он встречается в таких сочетаниях, как «байесовские методы машинного обучения» или «байесовские сети». Они относятся к алгоритмам, которые используют вероятностные зависимости. Термин назван в честь священника Томаса Байеса (1701–1761), который сформулировал способ обновления вероятности события после возникновения другого, статистически взаимозависимого с ним. Байесовские методы очень популярны как среди специалистов по теории вычислительных машин и систем, так и среди ученых, моделирующих человеческое познание. Больше всего по этой теме рассказал Джуда Перл.

Способы обучения ИИ-систем

Существуют разные типы машинного обучения. Решающую роль в развитии искусственного интеллекта играют инновации, то есть новые способы обучения систем ИИ.

При обучении с учителем (supervised learning) алгоритму передаются структурированные, классифицированные и снабженные метками данные. Например, чтобы научить систему глубокого обучения распознавать на снимках собак, ей нужно предоставить много тысяч (или даже миллионов) изображений этого животного с меткой «собака». Кроме того, потребуется огромное количество изображений без собаки с меткой «нет собаки». После обучения можно показывать системе новые фотографии, и она будет определять наличие на них собаки на уровне, превосходящем возможности обычного человека.

Обучение с учителем – наиболее распространенный метод, применяемый в современных системах ИИ. На его долю приходится около 95 % практических приложений. Именно оно послужило основой машинного перевода (после обучения на миллионах предварительно переведенных документов) и ИИ-систем диагностики (после обучения на снимках с пометками «рак» и «нет рака»). К сожалению, для такого обучения требуются огромные объемы маркированных данных. Именно поэтому лидирующее положение в технологии глубокого обучения занимают такие компании, как Google, Amazon и Facebook.

Обучение с подкреплением (reinforcement learning), по сути, представляет собой обучение на практике или методом проб и ошибок. Система учится не на правильных размеченных данных, а самостоятельно ищет решение, получая подкрепление в случае успеха. Это напоминает дрессировку животных, которым в случае правильных действий дается кусочек вкусной еды. Именно обучение с подкреплением применялось для построения систем ИИ, играющих в игры. Из интервью с Демисом Хассабисом вы узнаете, что компания DeepMind использовала этот тип обучения для разработки компьютерной системы AlphaGo.

Проблема обучения по этому алгоритму заключается в необходимости огромного количества тренировочных попыток. Поэтому он применяется в основном для игр или для задач, которые можно воспроизводить на компьютере с высокой скоростью. Обучение с подкреплением можно использовать при разработке беспилотных автомобилей, но не для их эксплуатации на реальных дорогах. Виртуальные машины обучаются в искусственной среде, а после завершения обучения программное обеспечение устанавливается на реальные автомобили.

Обучение без учителя (unsupervised learning) обеспечивает непосредственное обучение на поступающих из окружающей среды неструктурированных данных. Именно так учатся люди. Например, дети учатся говорить, слушая речь родителей. Разумеется, человек использует и другие типы обучения, но самым характерным для него остается наблюдение и неконтролируемое взаимодействие с окружающей средой.

Обучение без учителя – один из наиболее многообещающих путей развития ИИ. Только представьте системы, умеющие обучаться сами без подготовки данных. Но их разработка – одна из самых сложных задач. Ее решение станет важной точкой на пути к созданию сильного ИИ.

Термин сильный ИИ обозначает истинно мыслящую машину, изначальную цель создания ИИ. Еще его называют интеллектом, сравнимым с человеческим разумом. Примеры сильного ИИ можно наблюдать в научной фантастике: компьютер HAL 9000 из «Космической одиссеи», главный компьютер космического корабля «Энтерпрайз» (или Дэйта) из «Звездного пути», андроид C3PO из «Звездных войн» и агент Смит из «Матрицы». Все эти вымышленные системы могли пройти тест Тьюринга (Turing test), то есть вести беседу как человек. Этот тест был предложен Аланом Тьюрингом в статье 1950 г. «Вычислительные машины и разум»[7], которую можно считать основополагающей работой в области ИИ.

Есть вероятность, что когда-нибудь появится cуперинтеллект (superintelligence), или машина, превосходящая интеллектуальные способности любого человека. Это может произойти в результате простого увеличения аппаратных мощностей и быть ускорено самосовершенствованием этой машины. Так она запустит «рекурсивный цикл улучшения» или «быстрый интеллектуальный взлет», создавая проблему «выравнивания», если вступит в противоречие с интересам человека.

Иошуа Бенджио

“ИИ, который существует сейчас и может появиться в обозримом будущем, не понимает и не чувствует нормы морали".

Директор Монреальского института алгоритмов обучения (MILA), доктор computer science, профессор кафедры информатики и математических методов Монреальского университета, соруководитель проекта Learning in Machines & Brains Канадского института перспективных исследований (CIFAR)

Иошуа Бенджио широко известен как один из пионеров глубокого обучения. Он активно продвигал исследования нейронных сетей, в частности обучение без учителя, и стал соавтором книги «Глубокое обучение»[8] – одним из основных учебников по одноименному предмету.

Мартин Форд: Вы играете ведущую роль в исследованиях ИИ, поэтому начать мне хотелось бы с вопроса о том, какие исследовательские проблемы стоят на пути к сильному ИИ.

Иошуа Бенджио: До создания ИИ, сравнимого с человеческим, нам еще очень далеко. Нужно понять, к примеру, почему невозможно создать машину, которая понимала бы окружающую действительность так же, как человек. Чего нам не хватает: обучающих данных или вычислительных мощностей? Многие считают, что причина состоит в отсутствии необходимых базовых компонентов, например, умения видеть причинно-следственные связи в данных, которое позволяет делать обобщения и находить правильные ответы в условиях, отличных от тренировочных.