Штучний інтелект, машинне навчання та глибинне навчання

Штучний інтелект, машинне навчання та глибинне навчання — це не синоніми; між ними існує ієрархічний зв’язок і чіткі відмінності.

У сучасну технологічну епоху терміни штучний інтелект, машинне навчання та глибинне навчання стають дедалі поширенішими. Багато хто навіть використовує їх як синоніми, але насправді це три тісно пов’язані, але різні поняття.

Наприклад, коли у 2016 році AlphaGo від Google переміг чемпіона з гри Го Лі Седоля, медіа по черзі використовували терміни штучний інтелект, машинне навчання та глибинне навчання для опису цієї перемоги. Насправді штучний інтелект, машинне навчання та глибинне навчання всі сприяли успіху AlphaGo, але вони не є одним і тим самим.

Ця стаття допоможе вам чітко зрозуміти відмінності між штучним інтелектом, машинним навчанням та глибинним навчанням, а також їхні взаємозв’язки. Давайте дослідимо деталі разом із INVIAI !

Що таке штучний інтелект (ШІ)?

Штучний інтелект (ШІ) — це широка галузь комп’ютерних наук, що зосереджена на створенні систем, які можуть імітувати людський інтелект та когнітивні функції.

Іншими словами, ШІ охоплює всі методи, що дозволяють комп’ютерам виконувати завдання, які зазвичай потребують людського інтелекту, такі як розв’язання проблем, прийняття рішень, сприйняття навколишнього середовища, розуміння мови тощо. ШІ не обмежується методами навчання на основі даних, а також включає системи на основі правил або знань, запрограмовані людьми.

Ключове розуміння: ШІ — це найширше поняття, що охоплює як системи на основі правил, так і підходи на основі навчання. Не всі системи ШІ використовують машинне навчання.

Категорії ШІ

Вузький ШІ (слабкий ШІ)

Штучний інтелект із обмеженою сферою застосування, що добре виконує конкретне завдання (наприклад, гра в шахи, розпізнавання облич). Більшість сучасних систем ШІ належать до цієї категорії.

Загальний ШІ (сильний ШІ)

Штучний інтелект, здатний розуміти та виконувати будь-яке інтелектуальне завдання, яке може виконати людина. Це поки що є метою майбутнього і не існує в реальності.
Дізнайтеся більше про основи ШІ
Що таке штучний інтелект
Візуалізація концепції штучного інтелекту

Що таке машинне навчання?

Машинне навчання (МН) — це підмножина ШІ, що зосереджена на розробці алгоритмів і статистичних моделей, які дозволяють комп’ютерам навчатися на даних і поступово підвищувати точність без явного покрокового програмування. Замість того, щоб люди писали всі інструкції, алгоритми МН аналізують вхідні дані, щоб виявити закономірності та робити прогнози або приймати рішення при зустрічі з новими даними.

Область досліджень, що дає комп’ютерам здатність навчатися без явного програмування.

— Артур Самуель, 1959

Типи машинного навчання

Навчання з учителем

Моделі навчаються на позначених наборах даних, де відомі правильні відповіді.

  • Прогнозування цін на житло
  • Виявлення спаму в електронній пошті
  • Медична діагностика

Навчання без учителя

Моделі знаходять структури або групи в непозначених даних без заздалегідь визначених категорій.

  • Сегментація клієнтів
  • Виявлення аномалій
  • Відкриття закономірностей

Навчання з підкріпленням

Моделі взаємодіють із середовищем і навчаються поведінці через винагороди або покарання.

  • Штучний інтелект для ігор
  • Керування робототехнікою
  • Оптимізація ресурсів
Важлива примітка: Не всі системи ШІ є машинним навчанням, але всі алгоритми машинного навчання належать до ШІ. ШІ ширший за МН — подібно до того, як усі квадрати — це прямокутники, але не всі прямокутники — квадрати.
машинне навчання
Робочий процес і процес машинного навчання

Що таке глибинне навчання?

Глибинне навчання (ГН) — це спеціалізована галузь машинного навчання, яка використовує багатошарові штучні нейронні мережі для навчання на даних.

Термін «глибинне» відноситься до мереж із багатьма прихованими шарами (зазвичай більше трьох) — ця багатошарова структура дозволяє моделі вивчати складні ознаки на високих рівнях абстракції. Глибинне навчання натхненне функціонуванням людського мозку, де штучні «нейрони» з’єднані для імітації біологічних нейронних мереж.

Автоматичне вилучення ознак

Моделі глибинного навчання можуть виявляти важливі закономірності та характеристики без необхідності надання людьми заздалегідь визначених вхідних ознак, що робить їх особливо ефективними для складних типів даних.

Багатошарова архітектура

Мережі з кількома прихованими шарами можуть навчатися ієрархічним поданням — від простих ознак на ранніх шарах до складних патернів на глибших.

Вимоги та переваги

Вимоги

Що потрібно глибинному навчанню

  • Дуже великі набори даних (мільйони зразків)
  • Потужні обчислювальні ресурси (GPU, TPU)
  • Тривалий час навчання (години до днів)
  • Вищі витрати на інфраструктуру
Переваги

Що ви отримуєте натомість

  • Вищу точність у складних завданнях
  • Відмінне розпізнавання зображень і мови
  • Просунуту обробку природної мови
  • Рівень продуктивності на рівні людини або кращий
глибинне навчання
Архітектура нейронної мережі глибинного навчання

Взаємозв’язок між ШІ, МН та ГН

Розуміння ієрархічного зв’язку між цими технологіями є ключовим: Глибинне навчання ⊂ Машинне навчання ⊂ Штучний інтелект. ШІ — це найширша галузь, машинне навчання — підмножина ШІ, а глибинне навчання — частина машинного навчання.

Ключовий зв’язок: Всі алгоритми глибинного навчання є алгоритмами машинного навчання, а всі методи машинного навчання належать до ШІ. Однак зворотне не завжди вірне — не всі системи ШІ використовують машинне навчання.
1

Штучний інтелект (найширший)

Усі методи, що дозволяють машинам імітувати інтелект, включаючи системи на основі правил і на основі даних. Приклад: шахова програма з фіксованими алгоритмами — це ШІ, але не МН.

2

Машинне навчання (підмножина ШІ)

Методи ШІ, засновані на навчанні машин на даних для покращення продуктивності. Приклад: фільтри спаму в електронній пошті, що навчаються на зразках позначених листів.

3

Глибинне навчання (підмножина МН)

Методи МН, що використовують багатошарові нейронні мережі для розпізнавання складних патернів. Приклад: системи розпізнавання зображень, які автоматично вивчають візуальні ознаки.

Взаємозв’язок між ШІ, машинним навчанням та глибинним навчанням
Ієрархічний зв’язок між ШІ, МН та ГН

Основні відмінності між ШІ, МН та ГН

Хоча між ними існує ієрархічний зв’язок, ШІ, МН та ГН мають чіткі відмінності за сферою застосування, принципами роботи та технічними вимогами. Розглянемо ключові відмінності:

Сфера та визначення

  • ШІ: Загальне поняття, що включає всі методи, які дозволяють машинам імітувати інтелект (як на основі правил, так і на основі даних)
  • Машинне навчання: Звужує поняття до методів ШІ, заснованих на навчанні машин на даних
  • Глибинне навчання: Ще більше звужує до МН із використанням багатошарових нейронних мереж

ГН є і МН, і ШІ, але ШІ охоплює значно більше, ніж лише підходи на основі навчання.

Метод навчання та участь людини

Традиційне машинне навчання

Висока участь людини

  • Інженери повинні обирати ознаки
  • Потрібне ручне вилучення ознак
  • Необхідна експертиза в предметній області
  • Приклад: визначення форм, кольорів, країв для розпізнавання зображень
Глибинне навчання

Автоматичне навчання ознак

  • Автоматичне вилучення ознак
  • Навчається ознакам на кількох рівнях
  • Зменшена участь людини
  • Приклад: автоматичне виявлення візуальних патернів із сирих зображень

Вимоги до даних

Машинне навчання

  • Добре працює з помірними наборами даних
  • Може працювати з меншими обсягами даних
  • Потрібні якісні, чисті дані
  • Ознаки мають бути чітко визначені

Глибинне навчання

  • Потребує дуже великих наборів даних
  • Мільйони зразків необхідні
  • Приклад: десятки тисяч годин для розпізнавання мови
  • Ідеально підходить для сценаріїв з великими даними
Контекст великих даних: Понад 80% даних організацій є неструктурованими (текст, зображення, аудіо), що робить глибинне навчання особливо цінним для обробки такого типу інформації.

Вимоги до обчислювальної інфраструктури

Аспект Машинне навчання Глибинне навчання
Обладнання Достатньо CPU Потрібні GPU/TPU
Час навчання Хвилини до годин Години до днів
Інфраструктура Підходять персональні комп’ютери Потрібні високопродуктивні кластери
Вартість Низька до помірної Висока
Масштабованість Обмежена складністю алгоритму Висока масштабованість із ресурсами

Моделі глибинного навчання потребують підтримки GPU для прискорення паралельних матричних обчислень, тому інвестиції в інфраструктуру є ключовим фактором.

Продуктивність і точність

  • Мета ШІ: Успішно розв’язати поставлене завдання, не обов’язково через навчання на даних
  • Мета МН: Оптимізувати точність прогнозів, навчаючись на тренувальних наборах даних
  • Перевага ГН: Досягати дуже високої точності, перевищуючи традиційне МН за наявності достатніх даних і обчислювальних потужностей
Точність глибинного навчання (при достатніх даних) 95%+
Точність традиційного МН 75-85%
Компроміс: Глибинне навчання досягає вищої точності, але за рахунок збільшених обчислювальних вимог і зниження пояснюваності моделей.
Основні відмінності між ШІ, машинним навчанням та глибинним навчанням
Порівняльний огляд характеристик ШІ, МН та ГН

Відповідні сфери застосування

Застосування машинного навчання

Найкраще підходить для структурованих даних із помірною складністю та обсягом:

  • Прогнозування поведінки клієнтів
  • Аналіз кредитного ризику
  • Виявлення шахрайства
  • Фільтрація спаму
  • Бізнес-прогнозування
  • Рекомендаційні системи

Застосування глибинного навчання

Відмінно працює з неструктурованими даними та складним розпізнаванням патернів:

  • Розпізнавання зображень і облич
  • Розпізнавання та синтез мови
  • Обробка природної мови
  • Автономне водіння
  • Аналіз медичних зображень
  • Генеративний ШІ (ChatGPT, DALL-E)

Практичні застосування ШІ, МН та ГН

Щоб краще зрозуміти відмінності, розглянемо типові приклади застосування кожної технології в реальних сценаріях:

Застосування штучного інтелекту (ШІ)

ШІ присутній у багатьох розумних системах навколо нас — від прогнозних алгоритмів до автономних систем:

  • Пошукові системи: прогнозні алгоритми Google для розуміння запитів і потреб користувачів
  • Транспорт: додатки для виклику таксі, як Uber/Grab, що оптимізують маршрути та ціни
  • Авіяція: автопілот на комерційних літаках
  • Ігри: Deep Blue у шахах, AlphaGo у грі Го
  • Розробка ігор: ШІ, що керує NPC (неігровими персонажами) за допомогою систем на основі правил
Примітка: Деякі системи ШІ можуть не використовувати машинне навчання. Наприклад, ШІ, що керує персонажами в іграх, може базуватися виключно на фіксованих правилах, запрограмованих розробниками.

Застосування машинного навчання

Машинне навчання широко застосовується у багатьох сферах, особливо там, де цінним є розпізнавання патернів і прогнозування:

Віртуальні помічники

Siri, Alexa, Google Assistant навчаються на даних користувачів, щоб розуміти команди і відповідати належним чином.

Системи безпеки

Фільтри спаму та програми для виявлення шкідливого ПЗ використовують алгоритми МН для ідентифікації загроз на основі вивчених патернів.

Бізнес-аналітика

Прогнозування, аналіз фінансових ризиків і поведінки клієнтів для стратегічного прийняття рішень.

Рекомендаційні системи

Пропозиції фільмів на Netflix, рекомендації товарів на Amazon, персоналізована доставка контенту.

Застосування глибинного навчання

Глибинне навчання лежить в основі останніх проривів у ШІ, особливо в сферах, що потребують складного розпізнавання патернів:

Розпізнавання мови

Перетворення мови в текст, забезпечення роботи віртуальних помічників із розумінням природної мови.

Комп’ютерний зір

Виявлення об’єктів, розпізнавання облич, аналіз медичних зображень із високою точністю.

Автономні транспортні засоби

Автомобілі з автопілотом аналізують відео та дані сенсорів у реальному часі для прийняття навігаційних рішень.

Обробка природної мови

Машинний переклад, аналіз настроїв, генерація тексту з контекстним розумінням.

Генеративний ШІ

GPT-4, що живить ChatGPT, DALL-E для створення зображень, базові моделі для генерації нового контенту.

Діагностика в охороні здоров’я

Аналіз медичних сканів, прогнозування результатів хвороб, прискорення відкриття ліків.

Проривний вплив: Моделі глибинного навчання, навчені на величезних наборах даних, можуть багаторазово прискорити створення цінності порівняно з традиційними методами, особливо в застосуваннях генеративного ШІ.
Практичні застосування ШІ, МН та ГН
Застосування в реальному світі технологій ШІ, МН та ГН

Основні висновки

Розуміння відмінностей між штучним інтелектом, машинним навчанням та глибинним навчанням є необхідним для прийняття обґрунтованих технологічних рішень і правильного використання термінології.

Штучний інтелект

Загальна картина машинного інтелекту, що охоплює всі підходи до імітації людських когнітивних функцій — як системи на основі правил, так і на основі навчання.

Машинне навчання

Потужна підмножина ШІ, що дозволяє машинам навчатися на даних і поступово покращуватися, ідеальна для завдань розпізнавання патернів і прогнозування.

Глибинне навчання

Передовий рівень МН із використанням багатошарових нейронних мереж, що досягають вищої продуктивності з великими наборами даних, стимулюючи сучасні прориви в ШІ.
Вибір правильного підходу: Іноді достатньо простої моделі машинного навчання для розв’язання проблеми, але складні виклики з неструктурованими даними потребують глибинного навчання. Розуміння цих відмінностей допомагає обрати найбільш відповідне та економічно ефективне рішення.

У майбутньому, зі зростанням обсягів даних і вимог, очікується, що глибинне навчання продовжить відігравати ключову роль у розвитку нових досягнень у сфері ШІ. Синергія між цими технологіями відкриє безпрецедентні можливості в різних галузях.

Погляд у майбутнє: Межі між ШІ, МН та ГН продовжують еволюціонувати. Бути в курсі цих відмінностей і їхніх практичних наслідків буде ключовим для ефективного використання цих технологій у ваших проєктах і кар’єрі.
Зовнішні джерела
Цю статтю було складено з урахуванням таких зовнішніх джерел:
96 статті
Розі Ха — авторка на Inviai, яка спеціалізується на поширенні знань та рішень у сфері штучного інтелекту. Завдяки досвіду досліджень та впровадження ШІ у різні галузі, такі як бізнес, створення контенту та автоматизація, Розі Ха пропонує зрозумілі, практичні та надихаючі матеріали. Її місія — допомогти кожному ефективно використовувати ШІ для підвищення продуктивності та розширення творчих можливостей.
Пошук