Нейросети: назначение и практические возможности

Типы нейросетей

Ну а последние несколько месяцев и вовсе принесли нейронным сетям и их создателям небывалую славу: выстрелило приложение FaceApp, показывающее, как вы будете выглядеть через энное количество лет. Наверное, пока мы пишем эту статью, кто-то изобрел нейросеть, которая напишет эту статью за меня… Но на самом деле, развлечения – это не предел использования нейронных сетей. Куда важнее то, чему они могут научиться и чему научить нас.

Среди основных областей применения нейронных сетей — прогнозирование, принятие решений, распознавание образов, оптимизация, анализ данных. Нейросети лежат в основе большинства современных систем распознавания и синтеза речи, а также распознавания и обработки изображений. Они применяются в некоторых системах навигации, будь то промышленные роботы или беспилотные автомобили. О примерах мы поговорим чуть позже, а пока же узнаем…

Нейросеть не заменяет человеческий мозг в части мышления. Однако благодаря доступу к огромной базе данных текстов, картинок, видео, аудио, а также алгоритмов их комбинирования может во многих случаях не хуже человека собирать данные элементы в осмысленный и полезный контент.

В обучаемости. Без этого они просто были бы еще одной математической моделью, но благодаря обучению могут приводить в шок непосвященных. Нейросети могут распознавать более глубокие, иногда неожиданные закономерности в данных. Объяснить на пальцах это не так просто. В общем смысле слова, обучение заключается в нахождении верных коэффициентов связи между нейронами, а также в обобщении данных и выявлении сложных зависимостей между входными и выходными сигналами. Если вначале ее легко обмануть, то через пару сотен тысяч действий, она легко распознает, если вы пытаетесь дать ей что-то не то.

Пусть пользователь написал «отлично». Нейрон «Б» присвоил настроению статус 2 и передал сигнал нейрону «В». Тот подбирает и направляет пользователю фразу «рад за тебя» (или иную схожую по смыслу из тех, которые присутствуют в базе данных — как вариант, фраза подбирается в случайном порядке).

Такой метод обычно применяется, если полезность нейронки оценивается исходя из степени соответствия результата обработки информации тем или иным стандартам (требованиям), которые определяет человек. Типичный пример — обучение распознаванию голоса. Оно будет практически полезным, если нейросеть сможет преобразовать речь в грамматически корректные текстовые конструкции, независимо от способа произношения.

Представьте себе сельскохозяйственный комбайн, исполнительные механизмы которого снабжены множеством видеокамер. Он делает пять тысяч снимков в минуту каждого растения в полосе своей траектории. Каждый снимок сам по себе ничего не значит. Но используя нейросеть, сравнивая полученные результаты с теми, что есть в его программе, комбайн анализирует — не сорняк ли это, не поражено ли оно болезнью или вредителями. И обрабатывает каждое растение индивидуально. Фантастика? Уже не совсем. А через пять лет может стать нормой.

Однако нейронке вовсе и не обязательно уметь думать. Ее сильная сторона в другом — способности оперировать большими объемами данных. Компьютер в сравнении с людьми глуп, однако вполне конкурентоспособен в части способности запоминать информацию (и обеспечивать ее долгое хранение).

Преимущества и недостатки нейросетей

К середине 2019 года нейросети обрели невероятную мощь. До восстания машин еще далеко, но прогресс налицо: сначала все ринулись заменять лица одних актеров на другие (вставляя Юрия Никулина в «Криминальное чтиво», например), потом бросились узнавать, как они будут выглядеть в другом гендерном обличии в приложении Snapchat .

Сама нейросеть представляет собой систему из множества таких нейронов (процессоров). По отдельности эти процессоры достаточно просты (намного проще, чем процессор персонального компьютера), но будучи соединенными в большую систему, нейроны способны выполнять очень сложные задачи по сбору информации, ее анализу и созданию новой. Вот вам хорошо иллюстрирующий этот принцип работы пример:

Итак, нейросети уже не теоретическая наработка, а практически значимый в жизни современного человека инструмент. Постоянно притом совершенствуемый. Нейронки прежде всего призваны автоматизировать действия человека по написанию текста, созданию картинок и видео, управлению устройствами. В современном поколении возможности нейросетей в данной области объективно ограничены (что обусловлено прежде всего «догоняющими» принципами формирования баз данных нейронок).

Чаще всего, для этого нужно «прогнать» её работу на десятках миллионов наборов входных данных, указывая ей верные и убирая неверные варианты. Она учитывает это и, когда снова принимается за работу, обрабатывает полученную информацию в зависимости от новых вводных алгоритмов. И так до достижения нужного результата.

Возможности современных нейронок предопределяют их растущую важность в жизни человека. Сейчас нейросети могут создавать (преобразовывать) в соответствии с запросом пользователя различные виды данных — текстовые, графические, видео или аудио. Либо формировать иные значимые сигналы (например, обеспечивающие управление устройствами).

Вариативность также свойственна и для речи в текстовом изложении. В память нейросетей закладываются огромные массивы лингвистических конструкций, на основе которых компьютер анализирует тексты, интерпретирует их, генерирует собственный контент. Еще варианты — переводит на другой язык, производит рерайт.

По сути, принцип работы нейронных сетей, о которых мы сейчас рассказываем, близок к человеческой нервной системе. Каждый нейрон здесь – это этакая ячейка, у которой имеется множество входных отверстий для получения информации и одно выходное. Каким образом многочисленные входящие сигналы формируются в выходящий, как раз и определяет алгоритм вычисления.

В основе биологической сети — нейроны, то есть нервные клетки, соединенные друг с другом синапсами. Связки между искусственными нейронами (алгоритмическими участками математической модели) обозначаются тем же термином. Искусственная нейросеть, подобно биологической, приспособлена к приему информации (сигналов) от другой сети, пользователя или иного источника, ее обработке и выводу (передаче в другую сеть).

В чем значимость нейронок?

Главное преимущество нейросети — высокая скорость выполнения автоматизированных операций. За считаные секунды сеть может сгенерировать целый увлекательный роман или нарисовать красочный пейзаж на тему, заданную пользователем. Работа нейронок во многих случаях бесплатна или очень дешева.

Современные высокотехнологичные нейросети, конечно же, совершают в миллиарды раз больше операций, чем наши нейроны «А», «Б» и «В» (при комбинировании несопоставимо большего количества слоев в структуре нейросети). Функционируют нейронки на базе алгоритмов, создаваемых лучшими учеными и программистами мира, которые являются экспертами в сфере искусственного интеллекта.

Но что еще главное – людям понравилось, и они стали готовы платить за развлечение. В итоге, когда пару лет назад белорусские разработчики создали приложение MSQRD, добавляющее маски к вашим лицам на камере онлайн, они и подумать не могли о том, что пользователем забавной игрушки станут миллионы. Популярность приложения стала так высока, что Facebook купила их за 85 миллионов долларов. Неплохо для небольшой компании!

В нескольких абзацах расскажем, что это такое, как работает и чего ждать. Сразу скажем – на научную точность не претендуем, потому что тему в трех словах не опишешь, зато оставим в конце несколько ссылок на интересные примеры использования нейронных сетей, которые могут пригодиться и вам.

К середине 2019 года нейросети обрели невероятную мощь. До восстания машин еще далеко, но прогресс налицо: они умеют не только развлекать, но и лечить, учить и работать. Попробуем на простых примерах, рассказать, что это такое, и как нейросети, обучаясь сами, обучают и нас

Особенность человеческой речи в том, что она не слишком стандартна — может произноситься с акцентом, диалектизмами, дефектами, разной тональностью, эмоциональной окраской. Нейросети используют большие базы данных вариаций построения речи, и это помогает более точно распознавать ее компьютерным программам соответствующего назначения.