Нейросети: назначение и практические возможности

В чем заключается важность нейронных сетей?

Его суть — в наделении компьютера способностью детально распознавать изображения (видео) с камеры или экрана, чтобы затем использовать результат такого распознавания в практически значимых целях. Например, обеспечить автономное управление автомобилем. Нейросети в этом случае могут анализировать дорожную обстановку на основе получаемого видеоконтента, а затем передавать контроллерам на автомобилях сигналы для осуществления необходимых маневров.

Но по какой логике пересчитываются веса, понять можно. В ходе обучения нейросеть анализирует данные, а потом ей дают правильный ответ. Этот ответ для нее — числовое значение. Поэтому она подгоняет веса так, чтобы в своей работе сеть приближалась к эталонному значению. Мы подробнее расскажем об этом процессе ниже, когда поговорим про обучение.

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.

Нейросеть (искусственная нейронная сеть) — реализованная в компьютерной программе математическая модель, которая создана по принципам действия нейронных сетей в живых организмах. Назначение этой модели — наделение компьютера функционалом для обработки информации на уровне, сопоставимом с возможностями человеческого мозга.

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).

Нейросеть — аналог мозга?

Но разработки в этом направлении ведутся — правда, пока такие проекты находятся на стадии исследований. И даже с небольшим по сравнению с мозгом количеством нейронов нейросети могут достигать поразительных результатов в обучении. Некоторые даже проходят тест Тьюринга, но с оговоркой: сознания у них нет, просто они хорошо научились имитировать его наличие. Иногда даже человек не всегда способен распознать в своем собеседнике нейронную сеть.

Нейросетевые сервисы способны стать серьезным подспорьем для специалистов в областях, где отставание от актуальных трендов некритично. В будущем нейронки могут существенно подтянуться в области обучения анализу текущей обстановки. И если это произойдет, то варианты их практического применения в целях автоматизации человеческого труда значительно расширятся.

Глубокие нейронные сети или сети глубокого обучения имеют несколько скрытых слоев с миллионами связанных друг с другом искусственных нейронов. Число, называемое весом, указывает на связи одного узла с другими. Вес является положительным числом, если один узел возбуждает другой, или отрицательным, если один узел подавляет другой. Узлы с более высокими значениями веса имеют большее влияние на другие узлы.
Теоретически глубокие нейронные сети могут сопоставлять любой тип ввода с любым типом вывода. Однако стоит учитывать, что им требуется гораздо более сложное обучение, чем другим методам машинного обучения. Таким узлам нужны миллионы примеров обучающих данных, а не сотни или тысячи, как в случае с простыми сетями.

Не являясь достаточно умными в части вычислений, компьютеры могут использовать гигантские базы данных. В них могут быть прописаны миллиарды правил и алгоритмов, на основе которых компьютеры производят различные операции. Кроме того, в этих базах могут размещаться файлы, содержащие, к примеру:

Выходной слой дает окончательный результат обработки всех данных искусственной нейронной сетью. Он может иметь один или несколько узлов. Например, при решении задачи двоичной классификации (да/нет) выходной слой будет иметь один выходной узел, который даст результат «1» или «0». Однако в случае множественной классификации выходной слой может состоять из более чем одного выходного узла.

Компьютеры, следуя соответствующим правилам и алгоритмам, в установленном порядке комбинируют указанные данные, в результате чего может конструироваться осмысленный текст или создаваться картинка. Если человек текст придумывает (полагаясь в том числе на интуитивную составляющую), то компьютер — составляет из «конструктора», руководствуясь правилами.

В последние годы с развитием нейронных сетей их стали использовать в том числе в SMM. Уже сейчас есть блоги, где изображения и другой контент частично генерируются нейросетями. Применяют их и в развлекательных целях: различные сервисы «перерисовывают» лица людей, делают из них картины, персонажей мультфильмов, вставляют лица в отрывки из кино. Все это возможно благодаря машинному обучению и нейросетям.

Нейронные сети помогают компьютерам принимать разумные решения с ограниченным участием человека. Они могут изучать и моделировать отношения между нелинейными и сложными входными и выходными данными. Например, нейронные сети могут выполнять следующие задачи.

Преимущества и недостатки нейросетей

Рассмотренный нами выше пример трехнейронной сети — простейший вариант нейронки прямого распространения. Сигнал от первой «клетки», получившей запрос от пользователя, передается во вторую, которая передает пользователю ответ, не информируя об этом первую клетку.

Архитектура нейронных сетей повторяет структуру человеческого мозга. Клетки человеческого мозга, называемые нейронами, образуют сложную сеть с высокой степенью взаимосвязи и посылают друг другу электрические сигналы, помогая людям обрабатывать информацию. Точно так же искусственная нейронная сеть состоит из искусственных нейронов, которые взаимодействуют для решения проблем. Искусственные нейроны — это программные модули, называемые узлами, а искусственные нейронные сети — это программы или алгоритмы, которые используют вычислительные системы для выполнения математических вычислений.

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.

Нейронными сетями занимаются специалисты по машинному обучению. Они не пишут программы, основанные на алгоритмах: вместо этого они создают модель и обучают ее, а потом тестируют, насколько хорошо она работает. Есть отдельные компании, специализирующиеся на разработке нейросетей, а есть продуктовые отделы крупных IT-организаций, например Google.

Искусственные нейронные сети постоянно обучаются, используя корректирующие циклы обратной связи для улучшения своей прогностической аналитики. Проще говоря, речь идет о данных, протекающих от входного узла к выходному узлу по множеству различных путей в нейронной сети. Правильным является только один путь, который сопоставляет входной узел с правильным выходным узлом. Чтобы найти этот путь, нейронная сеть использует петлю обратной связи, которая работает следующим образом:

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.