Обучение нейронной сети

Способы машинного обучения

Случайный лес — универсальный, быстро обучаемый механизм для обнаружения связей внутри набора данных. В пример можно привести нежелательные массовые рассылки, создающие проблемы не только пользователям, но и провайдерам Интернета, которым из-за спама приходится иметь дело с повышенной нагрузкой на серверы. Для борьбы с проблемой были разработаны автоматизированные методы фильтрации спама, которые с помощью ансамбля решающих деревьев быстро и эффективно определяют нежелательные письма.

При этом обучение с подкреплением рассчитано не только на успешное прохождение игр. Нейросети , подготовленные к самостоятельной работе таким способом, могут в дальнейшем управлять транспортом в качестве автопилота или выступать техподдержкой, получая положительную обратную связь за каждый верно решенный запрос.

С технической точки зрения обучение нейросетей — процесс определения оптимальных значений параметров ИИ, минимизирующий ошибки на обучающих датасетах. Это достигается путем снижения функции потерь, которая вычисляет разницу между верными результатами и ответами ИИ

При обучении с подкреплением машине позволяют взаимодействовать с окружением (например, сбрасывать бракованную продукцию с конвейера в корзину) и «вознаграждают», когда она правильно выполняет задание. Автоматизировав подсчет вознаграждений, можно дать возможность машине обучаться самостоятельно.

После разработки нейросети нельзя сразу вводить в эксплуатацию. Необходимо провести обучение нейронной сети, в рамках которого она получит достаточно входных данных и опыта для выполнения определенных задач. Хотя модели искусственного интеллекта часто сравнивают с человеческим мозгом, принципы и способы машинного обучения существенно отличаются.

Специфика нейронных сетей заключается в том, что они используются для решения интеллектуальных и сложных задач, для которых нет единственно верного ответа. Из-за этого программист не может просто заложить определенный механизм действий. Вместо этого ИИ-разработчики занялись обучением нейронной сети, во время которого компьютер получает данные (обработанные или нет) и на их основе пытается решить поставленную задачу.

Как происходит обучение нейросети

Главная проблема такого формата обучения — необходимость сбора и обработки огромных массивов информации на соответствующих высоких мощностях. Это длительный, дорогостоящий и технически сложный процесс, позволить себе который могут только крупные компании, не говоря уже о частных лицах. Кроме того, обучение с учителем подходит далеко не для всех типов данных. Оно предполагает, что в дальнейшем система будет работать только с информацией, аналогичной обучающему датасету, иначе эффективность ее функционирования точно предсказать невозможно.

Метод обучения с учителем ( supervised learning) аналогичен получению знаний в школе, где нейросеть выступает в качестве ученика, а человек — в роли преподавателя. Роль учителя заключается в том, чтобы подать на вход модели исходные данные и их «расшифровку » . По аналогии с математическими задачами это будет «вопрос » и «правильный «ответ » (метка). Например, при обучении задаче классификации изображений каждой отдельной картинке будет присвоена метка, означающая класс изображения (например, кошка или собака на фото). Так происходит настройка параметров для минимизации ошибок между собственными предположениями и « правильными ответами» (метками). Сопоставляя их из раза в раз, нейронная сеть б удет самос тоятельно обучаться отвечать и на последующие запросы правильно уже без помощи человека.

Отсутствие контроля человека при тренировке моделей увеличивает вероятность ошибок. Самостоятельный анализ данных может привести к неверному объединению или группировке по тем признакам, которые не важны для человека. Кроме того, подобная подготовка требует большего количества времени и информации — ведь для того, чтобы без подсказок учителя сделать верные выводы, нужно проанализировать больший объем информации, чем с ними.

Обучать нейронные сети выполнению задач можно по-разному: процесс развития навыков возможен с учителем или без него, а также с подкреплением. Каждый формат предназначен для решения конкретных задач: классификации, прогнозирования, распознавания изображения и так далее. Как выбрать оптимальный формат и чем между ними разница?

Обучение с учителем используется для нейросетей , которые в дальнейшем будут решать задачи классификации: получать на входной слой большой объем данных и разделять информацию по заданным категориям. Этот механизм лежит в основе разных функций: модель может в будущем специализироваться и на генерации текста или продолжении предложений (нейронная сеть LSTM), и на идентификации и классификации картинок (сверточная нейронная сеть CNN). Кроме того, обучение с учителем позволяет модели успешно работать с прогнозами: оценивать динамику спроса на товар и менять цену и другие количественные характеристики для максимизации выручки или строить прогноз на бирже.

Искусственный интеллект в бизнесе используют для разных задач. У этой технологии нет жестких ограничений, поэтому разработчики могут реализовать любую функциональность. Главное — организовать процессы обучения и контроля результатов. В 2024 году ИИ внедряют в промышленность, банковскую сферу, компьютерные игры, образование, медицину и т.д.

Три типа обучения нейронных сетей

Россия, благодаря традиционно сильной математической школе не отстает от мировых тенденций. И если судить по докладам на конференции «Технологии машинного обучения. Искусственный интеллект и нейросети: инструменты и опыт реальных проектов», организованной издательством «Открытые системы», применение средств ИИ в нашей стране уже стало если не обыденностью, то достаточно распространенным способом не только оптимизировать, но и радикально поменять бизнес-процессы.

Нейросети , прошедшие обучение без учителя, не хуже предыдущих решают задачи кластеризации. Деление большого количества данных на группы способна совершить каждая обучающаяся модель, а далее с уже первично отсортированными сведениями могут работать люди или более тонко настроенные модели. Помимо задач группировки, нейронные сети умеют определять связи в данных. Этот механизм часто используется в маркетинге: анализируя историю покупок, искусственный интеллект предполагает, какие товары и услуги дополнительно предложить этому же человеку. Детектирование аномалий — еще одна профильная задача самостоятельного машинного обучения, решаемая автокодировщиком Autoencoder.

У моделей искусственного интеллекта сложна архитектура, которая состоит из множества элементов, настраивающихся в автоматическом режиме. Есть разные подходы, как обучить ИИ выполнять определенную задачу. Один из вариантов — предоставить обработанные данные (например, чертежи с прописанными площадями), а затем дать нейросети задачу самому указать площади в «сырых» чертежах.

Нейронные сети имитируют структуру головного мозга: каждый искусственный нейрон соединяется с несколькими другими нейронами. Нейросети имеют многослойную структуру: нейроны на одном слое передают данные нескольким нейронам на следующем и т. д. В конечном счете данные достигают выходного слоя, где сеть выдает предположение о том, как решить задачу, классифицировать объект и т. п.

Машинное обучение без учителя (unsupervised learning) — менее популярный формат развития навыков нейросетей . Из названия понятно, что оно предполагает самостоятельное совершенствование модели. Как это работает? На вход модели подаются неразмеченные данные и система без чьей-либо помощи ищет в них закономерности. Этот формат отличается от предыдущего тем, что модели заранее не известен «правильный ответ» и его нужно найти. Для поиска следует проанализировать все данные и обнаружить в них общие скрытые структуры или паттерны для будущей классификации, которую она проводит без явного руководства. Модель, натренированная таким образом, легко справится с задачей распределения тысяч статей по тематике в зависимости, например, от упоминаемых ключевых слов.

Данные
Одним общим словом называют все, что требуется для обучения и дальнейшей работы. Необходимые типы данных зависят от будущих задач. Разработчики могут загрузить словари иностранных языков и примеры переводов, статистику и описание произошедших фактов, изображения и т.д. Информация накапливается годами и собирается в датасеты