SI, uczenie maszynowe i uczenie głębokie

SI, uczenie maszynowe i uczenie głębokie to nie synonimy; mają hierarchiczny związek i wyraźne różnice.

W dzisiejszej erze technologicznej terminy SI, uczenie maszynowe i uczenie głębokie są coraz powszechniejsze. Wiele osób używa ich nawet zamiennie, ale w rzeczywistości są to trzy blisko powiązane, lecz odrębne pojęcia.

Na przykład, gdy w 2016 roku AlphaGo Google pokonał mistrza gry Go Lee Sedola, media na przemian używały terminów SI, uczenie maszynowe i uczenie głębokie do opisania tego zwycięstwa. W rzeczywistości SI, uczenie maszynowe i uczenie głębokie przyczyniły się do sukcesu AlphaGo, ale nie są tym samym.

Ten artykuł pomoże Ci jasno zrozumieć różnice między SI, uczeniem maszynowym i uczeniem głębokim oraz ich wzajemne relacje. Poznajmy szczegóły razem z INVIAI !

Czym jest sztuczna inteligencja (SI)?

Sztuczna inteligencja (SI) to szeroka dziedzina informatyki skupiająca się na tworzeniu systemów, które potrafią symulować ludzką inteligencję i funkcje poznawcze.

Innymi słowy, SI obejmuje wszystkie techniki umożliwiające komputerom wykonywanie zadań, które normalnie wymagają ludzkiej inteligencji, takich jak rozwiązywanie problemów, podejmowanie decyzji, percepcja otoczenia, rozumienie języka i inne. SI nie ogranicza się do metod opartych na uczeniu się z danych, ale obejmuje także systemy oparte na regułach lub wiedzy programowane przez ludzi.

Kluczowa wskazówka: SI to najszersze pojęcie, obejmujące zarówno systemy oparte na regułach, jak i podejścia uczące się. Nie wszystkie systemy SI wykorzystują uczenie maszynowe.

Kategorie SI

Wąska SI (Słaba SI)

Sztuczna inteligencja o ograniczonym zakresie, biegła w konkretnym zadaniu (np. gra w szachy, rozpoznawanie twarzy). Większość dzisiejszych systemów SI należy do tej kategorii.

Ogólna SI (Silna SI)

Sztuczna inteligencja zdolna do rozumienia i wykonywania dowolnego zadania intelektualnego, które potrafi wykonać człowiek. To nadal cel przyszłości i nie istnieje jeszcze w rzeczywistości.
Dowiedz się więcej o podstawach SI
Czym jest sztuczna inteligencja
Wizualizacja koncepcji sztucznej inteligencji

Czym jest uczenie maszynowe?

Uczenie maszynowe (ML) to poddziedzina SI skupiająca się na opracowywaniu algorytmów i modeli statystycznych, które pozwalają komputerom uczyć się na podstawie danych i stopniowo poprawiać dokładność bez wyraźnego programowania krok po kroku. Zamiast tego, aby ludzie nie musieli pisać wszystkich instrukcji, algorytmy ML analizują dane wejściowe, aby wyodrębnić wzorce i podejmować przewidywania lub decyzje przy napotkaniu nowych danych.

Dziedzina nauki, która daje komputerom zdolność uczenia się bez wyraźnego programowania.

— Arthur Samuel, 1959

Rodzaje uczenia maszynowego

Uczenie nadzorowane

Modele trenowane na oznaczonych zbiorach danych, gdzie znane są poprawne odpowiedzi.

  • Prognozowanie cen domów
  • Wykrywanie spamu w e-mailach
  • Diagnostyka medyczna

Uczenie nienadzorowane

Modele, które znajdują struktury lub grupy w nieoznaczonych danych bez zdefiniowanych kategorii.

  • Segmentacja klientów
  • Wykrywanie anomalii
  • Odkrywanie wzorców

Uczenie ze wzmocnieniem

Modele, które wchodzą w interakcję ze środowiskiem i uczą się zachowań poprzez nagrody lub kary.

  • Sztuczna inteligencja do gier
  • Sterowanie robotyką
  • Optymalizacja zasobów
Ważna uwaga: Nie wszystkie systemy SI to uczenie maszynowe, ale wszystkie algorytmy uczenia maszynowego należą do SI. SI jest szersze niż ML – podobnie jak wszystkie kwadraty są prostokątami, ale nie wszystkie prostokąty są kwadratami.
uczenie-maszynowe
Proces i przebieg uczenia maszynowego

Czym jest uczenie głębokie?

Uczenie głębokie (DL) to wyspecjalizowana gałąź uczenia maszynowego, która wykorzystuje wielowarstwowe sztuczne sieci neuronowe do uczenia się na podstawie danych.

Termin „głębokie” odnosi się do sieci z wieloma ukrytymi warstwami (zwykle więcej niż trzema) – ta wielowarstwowa struktura pozwala modelowi uczyć się złożonych cech na wysokich poziomach abstrakcji. Uczenie głębokie jest inspirowane funkcjonowaniem ludzkiego mózgu, z „neuronami” sztucznymi połączonymi tak, aby naśladować biologiczne sieci neuronowe.

Automatyczne wydobywanie cech

Modele uczenia głębokiego potrafią odkrywać ważne wzorce i cechy bez konieczności dostarczania przez ludzi zdefiniowanych wcześniej cech wejściowych, co czyni je szczególnie skutecznymi dla złożonych typów danych.

Wielowarstwowa architektura

Sieci z wieloma ukrytymi warstwami mogą uczyć się reprezentacji hierarchicznych, od prostych cech w warstwach początkowych do złożonych wzorców w warstwach głębszych.

Wymagania a korzyści

Wymagania

Czego potrzebuje uczenie głębokie

  • Bardzo duże zbiory danych (miliony próbek)
  • Potężne zasoby obliczeniowe (GPU, TPU)
  • Długi czas treningu (od godzin do dni)
  • Wyższe koszty infrastruktury
Korzyści

Co zyskujesz w zamian

  • Wyższą dokładność w złożonych zadaniach
  • Doskonałe rozpoznawanie obrazów i mowy
  • Zaawansowane przetwarzanie języka naturalnego
  • Wydajność na poziomie ludzkim lub lepsza
uczenie-glebokie
Architektura sieci neuronowej uczenia głębokiego

Relacje między SI, ML i uczeniem głębokim

Zrozumienie hierarchicznych relacji między tymi technologiami jest kluczowe: Uczenie głębokie ⊂ uczenie maszynowe ⊂ SI. SI to najszersza dziedzina, uczenie maszynowe jest podzbiorem SI, a uczenie głębokie jest częścią uczenia maszynowego.

Kluczowa relacja: Wszystkie algorytmy uczenia głębokiego są algorytmami uczenia maszynowego, a wszystkie metody uczenia maszynowego należą do SI. Jednak odwrotnie nie zawsze jest prawdą – nie wszystkie systemy SI wykorzystują uczenie maszynowe.
1

Sztuczna inteligencja (najszerzej)

Wszystkie techniki umożliwiające maszynom symulowanie inteligencji, w tym systemy oparte na regułach i na danych. Przykład: program szachowy używający stałych algorytmów to SI, ale nie ML.

2

Uczenie maszynowe (podzbiór SI)

Metody SI oparte na uczeniu się maszyn z danych w celu poprawy wydajności. Przykład: filtry spamu w e-mailach uczące się na podstawie wzorców w oznaczonych wiadomościach.

3

Uczenie głębokie (podzbiór ML)

Metody ML wykorzystujące wielowarstwowe sieci neuronowe do rozpoznawania złożonych wzorców. Przykład: systemy rozpoznawania obrazów, które automatycznie uczą się cech wizualnych.

Relacje między SI, uczeniem maszynowym i uczeniem głębokim
Hierarchiczne relacje między SI, ML i DL

Główne różnice między SI, ML i uczeniem głębokim

Chociaż mają hierarchiczne relacje, SI, ML i DL różnią się wyraźnie pod względem zakresu, działania i wymagań technicznych. Poznajmy kluczowe różnice:

Zakres i definicja

  • SI: Ogólne pojęcie obejmujące wszystkie metody umożliwiające maszynom symulowanie inteligencji (zarówno oparte na regułach, jak i na danych)
  • Uczenie maszynowe: Zawężenie do metod SI opartych na uczeniu się maszyn z danych
  • Uczenie głębokie: Dalsze zawężenie do ML wykorzystującego wielowarstwowe sieci neuronowe

DL jest zarówno ML, jak i SI, ale SI obejmuje znacznie więcej niż tylko podejścia oparte na uczeniu się.

Metoda uczenia i interwencja człowieka

Tradycyjne ML

Wysoka interwencja człowieka

  • Inżynierowie muszą wybierać cechy
  • Wymagana ręczna ekstrakcja cech
  • Potrzebna wiedza dziedzinowa
  • Przykład: definiowanie kształtów, kolorów, krawędzi do rozpoznawania obrazów
Uczenie głębokie

Automatyczne uczenie cech

  • Automatyczna ekstrakcja cech
  • Uczenie cech na wielu poziomach
  • Zmniejszona interwencja człowieka
  • Przykład: automatyczne odkrywanie wzorców wizualnych z surowych obrazów

Wymagania dotyczące danych

Uczenie maszynowe

  • Dobrze działa na umiarkowanych zbiorach danych
  • Może pracować na mniejszych ilościach danych
  • Wymaga wysokiej jakości, czystych danych
  • Cechy muszą być jasno zdefiniowane

Uczenie głębokie

  • Wymaga bardzo dużych zbiorów danych
  • Potrzebne miliony próbek
  • Przykład: dziesiątki tysięcy godzin dla rozpoznawania mowy
  • Idealne dla scenariuszy big data
Kontekst big data: Ponad 80% danych organizacji to dane nieustrukturyzowane (tekst, obrazy, dźwięk), co czyni uczenie głębokie szczególnie cennym do przetwarzania tego typu informacji.

Wymagania dotyczące infrastruktury obliczeniowej

Aspekt Uczenie maszynowe Uczenie głębokie
Sprzęt Wystarczający CPU Wymagane GPU/TPU
Czas treningu Minuty do godzin Godziny do dni
Infrastruktura Komputery osobiste wystarczą Potrzebne klastry wysokiej wydajności
Koszt Niski do umiarkowanego Wysoki
Skalowalność Ograniczona przez złożoność algorytmu Wysoka skalowalność z zasobami

Modele uczenia głębokiego wymagają wsparcia GPU do przyspieszenia równoległych obliczeń macierzowych, co czyni inwestycję w infrastrukturę kluczowym aspektem.

Wydajność i dokładność

  • Cel SI: Skuteczne rozwiązanie zadania, niekoniecznie poprzez uczenie się z danych
  • Cel ML: Optymalizacja dokładności predykcji poprzez uczenie się na zbiorach treningowych
  • Zaleta DL: Osiąganie bardzo wysokiej dokładności, przewyższającej tradycyjne ML przy wystarczającej ilości danych i mocy obliczeniowej
Dokładność uczenia głębokiego (przy wystarczających danych) 95%+
Dokładność tradycyjnego ML 75-85%
Kompromis: Uczenie głębokie osiąga wyższą dokładność, ale kosztem zwiększonych wymagań obliczeniowych i mniejszej wyjaśnialności modelu.
Główne różnice między SI, uczeniem maszynowym i uczeniem głębokim
Porównawcze zestawienie cech SI, ML i DL

Odpowiednie zastosowania

Zastosowania uczenia maszynowego

Najlepsze dla danych ustrukturyzowanych o umiarkowanej złożoności i objętości:

  • Prognozowanie zachowań klientów
  • Analiza ryzyka kredytowego
  • Wykrywanie oszustw
  • Filtrowanie spamu
  • Prognozowanie biznesowe
  • Systemy rekomendacyjne

Zastosowania uczenia głębokiego

Świetne w przypadku danych nieustrukturyzowanych i złożonego rozpoznawania wzorców:

  • Rozpoznawanie obrazów i twarzy
  • Rozpoznawanie i synteza mowy
  • Przetwarzanie języka naturalnego
  • Autonomiczna jazda
  • Analiza obrazów medycznych
  • Generatywna SI (ChatGPT, DALL-E)

Praktyczne zastosowania SI, ML i uczenia głębokiego

Aby lepiej zrozumieć różnice, poznajmy typowe przykłady zastosowań każdej technologii w rzeczywistych scenariuszach:

Zastosowania sztucznej inteligencji (SI)

SI jest obecna w wielu inteligentnych systemach wokół nas, od algorytmów predykcyjnych po systemy autonomiczne:

  • Wyszukiwarki: Algorytmy predykcyjne Google do przewidywania zapytań i zrozumienia potrzeb użytkownika
  • Transport: Aplikacje do zamawiania przejazdów jak Uber/Grab optymalizujące trasy i ceny
  • Awiacja: Systemy autopilota w samolotach komercyjnych
  • Gry: Deep Blue grający w szachy, AlphaGo grający w Go
  • Tworzenie gier: SI sterująca postaciami NPC za pomocą systemów opartych na regułach
Uwaga: Niektóre systemy SI mogą nie wykorzystywać uczenia maszynowego. Na przykład SI sterująca postaciami w grach może opierać się wyłącznie na stałych regułach zaprogramowanych przez twórców.

Zastosowania uczenia maszynowego

Uczenie maszynowe jest szeroko stosowane w wielu dziedzinach, szczególnie tam, gdzie rozpoznawanie wzorców i predykcja są cenne:

Wirtualni asystenci

Siri, Alexa, Google Assistant uczą się na podstawie danych użytkownika, aby rozumieć polecenia i odpowiednio reagować.

Systemy bezpieczeństwa

Filtry spamu i oprogramowanie do wykrywania złośliwego oprogramowania wykorzystują algorytmy ML do identyfikacji zagrożeń na podstawie nauczonych wzorców.

Analiza biznesowa

Prognozowanie, analiza ryzyka finansowego i przewidywanie zachowań klientów dla podejmowania strategicznych decyzji.

Systemy rekomendacyjne

Sugestie filmów na Netflix, rekomendacje produktów na Amazon, personalizacja treści.

Zastosowania uczenia głębokiego

Uczenie głębokie stoi za ostatnimi przełomami w SI, szczególnie w obszarach wymagających złożonego rozpoznawania wzorców:

Rozpoznawanie mowy

Konwersja mowy na tekst, zasilanie wirtualnych asystentów rozumieniem języka naturalnego.

Wizja komputerowa

Wykrywanie obiektów, rozpoznawanie twarzy, analiza obrazów medycznych z wysoką dokładnością.

Pojazdy autonomiczne

Samochody autonomiczne analizujące w czasie rzeczywistym dane wideo i sensoryczne do podejmowania decyzji nawigacyjnych.

Przetwarzanie języka naturalnego

Tłumaczenie maszynowe, analiza sentymentu, generowanie tekstu z kontekstowym rozumieniem.

Generatywna SI

GPT-4 napędzający ChatGPT, DALL-E tworzący obrazy, modele bazowe generujące nowe treści.

Diagnostyka medyczna

Analiza skanów medycznych, przewidywanie wyników chorób, przyspieszenie odkrywania leków.

Przełomowy wpływ: Modele uczenia głębokiego trenowane na ogromnych zbiorach danych mogą wielokrotnie przyspieszyć tworzenie wartości w porównaniu z tradycyjnymi metodami, szczególnie w zastosowaniach generatywnej SI.
Praktyczne zastosowania SI, ML i uczenia głębokiego
Zastosowania w rzeczywistych warunkach technologii SI, ML i DL

Kluczowe wnioski

Zrozumienie różnic między SI, uczeniem maszynowym i uczeniem głębokim jest niezbędne do podejmowania świadomych decyzji technologicznych i prawidłowego używania terminologii.

Sztuczna inteligencja

Szeroki obraz inteligencji maszynowej, obejmujący wszystkie podejścia do symulowania ludzkich funkcji poznawczych – zarówno systemy oparte na regułach, jak i uczące się.

Uczenie maszynowe

Potężny podzbiór SI, który umożliwia maszynom uczenie się na podstawie danych i stopniową poprawę, idealny do rozpoznawania wzorców i zadań predykcyjnych.

Uczenie głębokie

Najnowocześniejsza forma ML wykorzystująca wielowarstwowe sieci neuronowe, osiągająca doskonałe wyniki przy dużych zbiorach danych, napędzająca dzisiejsze przełomy w SI.
Wybór odpowiedniego podejścia: Czasem prosty model uczenia maszynowego wystarczy do rozwiązania problemu, ale złożone wyzwania z danymi nieustrukturyzowanymi wymagają uczenia głębokiego. Zrozumienie tych różnic pomaga wybrać najbardziej odpowiednie i opłacalne rozwiązanie.

W przyszłości, wraz ze wzrostem danych i rosnącymi wymaganiami, oczekuje się, że uczenie głębokie będzie nadal odgrywać kluczową rolę w napędzaniu nowych postępów w dziedzinie SI. Synergia między tymi technologiami otworzy bezprecedensowe możliwości w różnych branżach.

Patrząc w przyszłość: Granice między SI, ML i DL nadal się rozwijają. Bycie na bieżąco z tymi różnicami i ich praktycznymi implikacjami będzie kluczowe dla skutecznego wykorzystania tych technologii w Twoich projektach i karierze.
Odnośniki zewnętrzne
Ten artykuł został opracowany na podstawie następujących źródeł zewnętrznych:
96 artykuły
Rosie Ha jest autorką w Inviai, specjalizującą się w dzieleniu wiedzy i rozwiązań dotyczących sztucznej inteligencji. Dzięki doświadczeniu w badaniach oraz zastosowaniu AI w różnych dziedzinach, takich jak biznes, tworzenie treści i automatyzacja, Rosie Ha dostarcza przystępne, praktyczne i inspirujące artykuły. Misją Rosie Ha jest pomaganie ludziom w efektywnym wykorzystaniu AI w celu zwiększenia wydajności i rozwijania kreatywności.
Szukaj