Вычислительное мышление. Метод решения сложных задач - читать онлайн книгу. Автор: Пол Керзон, Питер Макоуэн cтр.№ 24

Как вы думаете?

Мы не будем пытаться сразу же сконструировать интеллект, но, используя вычислительное мышление, начнем создавать простой мозг постепенно и с нуля. Это поможет нам изучить, как на самом деле работает человеческий мозг, состоящий из множества связанных между собой нервных клеток, и как формируется наше сложное поведение. В итоге мы начнем понимать, как создать искусственный интеллект, который не просто ведет себя как человек, а делает это, потому что его мозг работает похожим образом. Возможно, что, если получится точно воссоздать мозг, в нем зародится интеллект.

Искусственный интеллект учится играть в карты

Мы уже знаем, что компьютеры слепо выполняют написанные для них инструкции — алгоритмы. В этом их сила, но трудно утверждать, что компьютеры разумны. Наш интеллект проявляется не только в способности решить конкретные задачи, но и в гибкости. Мы учимся. Они — нет. Обучение — ключевой элемент интеллекта, но как будет учиться искусственный интеллект, если он всегда следует инструкциям? Выходит, нужно создать алгоритм для обучения!

Давайте начнем с действительно простого задания для ИИ — проверить, получил ли он необходимое число монет. Сформулируем задачу точнее. Чему именно должен научиться наш простой ИИ? Допустим, нам нужно, чтобы он смог сообщить, когда у него есть две монеты — но только если это действительно так. Если монет нет или на столе только одна монета, делать ничего не надо. Будем считать, что у ИИ есть сенсор для монет, однако нужно научиться их считать.

Чтобы объяснить, как в этом случае происходит обучение, мы используем простую версию самообучающейся машины. Для этого понадобится игровое поле, показанное на рис. 44, и набор карт (не важно, что на них изображено). Сыграв серию раундов этой игры, машина научится правильно определять, есть ли у нее нужное число монет. Игроки кладут (или не кладут) монету на игровое поле, после этого карты перемещают по столу, складывают и сравнивают числа. В итоге машина выдает ответ.

У машины есть две щели, куда каждый из двух игроков помещает монеты, чтобы их посчитали. Карты обоих игроков выкладываются в нужную позицию на поле. Еще есть зона карточного стола, где играют в карты, и зона, куда складывают карты дома. Итоговую карту раунда кладут в последнюю зону — зону выхода. Выбирают из двух итоговых карт, на одной стоит 0, а на второй — 1.

Игра идет слева направо следующим образом. Мы сдаем небольшое произвольное число карт двум игрокам и дому — это, соответственно, И1, И2 и Д. Потом мы играем серию раундов. Каждый игрок должен положить монету в щель, чтобы получить право сыграть раунд. Сделав это, игроки открывают карты — И1 и И2. Эти карты отправляются в зону карточного стола (там они складываются, и мы получаем сумму — С). Сумма играет против дома. Если у игроков больше карт, чем у дома (С > Д), то они выиграли. В этой ситуации выход равен 1. Нам нужно, чтобы в конечном итоге это означало «Есть две монеты». Если выигрывает дом, то выход равен 0, и мы надеемся, что это будет означать «Двух монет НЕТ». В любом случае карты игроков отправляются в начальную точку и начинается следующий раунд.

Поскольку мы сдаем произвольное количество карт и оно определяет результат, мозг настольной игры тоже будет действовать произвольно. Нам необходимо, чтобы после многократного повторения игры наш мозг научился менять изначальное случайное число карт на число, которое всегда дает нужный результат. То есть в конце выход должен быть равен 1, только если присутствует две монеты. Результат, которого мы хотим добиться, представлен на рис. 45.

Машина учится это делать в ходе серии раундов, и после каждого раунда мы применяем следующие простые порождающие правила, где М1 обозначает число монет, которое положил игрок 1 (одну монету или ни одной), а М2 — число монет, которое положил игрок 2.

Правило П1:

ЕСЛИ сыгранная партия дает правильный выход,

ТО не делайте ничего — не меняйте число карт.

Правило П2:

ЕСЛИ сыгранная партия дает на выходе 1, но мы хотели получить 0, чтобы это соответствовало таблице выходов,

ТО заберите М1 карт у игрока 1 и М2 карт у игрока 2.

Правило П3:

ЕСЛИ сыгранная партия дает на выходе 0, но мы хотели получить 1,

ТО добавьте М1 карт игроку 1 и М2 карт игроку 2.

Эти правила — обучающий алгоритм для нашего мозга. Пора оценить их, поэтому давайте посмотрим на примеры.

Пример игры 1. Удачный расклад, все хорошо!

Представим, что сейчас в игре три карты, сданные игроку 1, четыре — игроку 2 и три — дому (И1 = 3, И2 = 4, Д = 5). В щели 1 есть монета (М1 = 1), а в щели 2 монеты нет (М2 = 0). Мы запишем, что (М1, М2) = (1, 0).

Поскольку в щели 1 есть монета (М1 равно 1), то три карты И1 выкладываются на стол, а карты И2 — не выкладываются, потому что М2 равно 0. Соответственно, на карточном столе у нас три карты (рис. 46).

Можно обобщить количество карт (С), которое отправляется на стол. Оно вычисляется с помощью уравнения:

С = ((М1 × И1) + (М2 × И2)).

В нашем примере получается (1 × 3 + 0 × 4) = (3 + 0) = 3. Из операции умножения следует, что значения М1 и М2 определяют, будут ли сложены соответствующие суммы. Если М равно 0, то значение И не учитывается в сумме, а если оно равно 1, то значение остается.

Таким образом, сумма С для нашего мозга равна 3, и это меньше, чем Д, равное 5 (3 < 5), поэтому карта, помеченная как 0, помещается в зону выхода: «Двух монет НЕТ». Это выход, который мы хотим получить, когда в игре только одна монета. В этом случае мы применяем правило П1 и ничего не делаем.

Теперь попробуем другой вариант. Все карты возвращаются туда, откуда они взяты. Однако на этот раз давайте поместим по монете в обе щели: (М1, М2) = (1, 1). Теперь карты обоих игроков идут на стол, поскольку в обеих щелях есть монеты. И остается семь карт: (1 × 3 + 1 × 4) = 7.

Теперь 7 > 5, и на выходе 1, как нам и нужно: «Есть две монеты». И снова мы следуем правилу П1 и не делаем ничего.

Более того, если мы попробуем все четыре комбинации монет в щелях, то каждая из них даст правильный выход. Ура! Обучения не потребовалось. Но в данном случае нам повезло. Нам случайно сдали столько карт (три, четыре и пять), что машина сработала правильно. С таким количеством карт она всегда может правильно сказать, присутствуют две монеты или нет. Но что будет, если не повезет? Тогда придется играть по-другому и учиться необходимому поведению. Давайте рассмотрим другую игру.