Jaringan saraf - apa itu? Definisi, Arti, dan Ruang Lingkup

2024 Pengarang: Leah Sherlock | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:39

Sebelumnya hanya dikenal dari buku-buku fiksi ilmiah, istilah jaringan saraf dalam beberapa tahun terakhir secara bertahap dan tidak terlihat memasuki kehidupan publik sebagai bagian integral dari perkembangan ilmiah terbaru. Tentu saja, untuk waktu yang cukup lama, orang-orang yang terlibat dalam industri game telah mengetahui bahwa ini adalah jaringan saraf. Namun saat ini istilah tersebut ditemukan oleh semua orang, dikenal dan dipahami oleh masyarakat luas. Tidak diragukan lagi, ini menunjukkan bahwa sains telah menjadi lebih dekat dengan kehidupan nyata, dan terobosan baru menanti kita di masa depan. Namun, apa itu jaringan saraf? Mari kita coba mencari tahu arti dari kata tersebut.

Sekarang dan masa depan

Di masa lalu, jaringan saraf, Hort, dan penjelajah ruang angkasa adalah konsep yang terkait erat, karena dimungkinkan untuk bertemu dengan kecerdasan buatan dengan kemampuan yang jauh lebih unggul daripada mesin sederhana hanya di dunia fantasi yang muncul dalam imajinasi beberapa penulis. Namun, trennya sedemikian rupa sehingga baru-baru ini di sekitar orang biasa pada kenyataannya ada semakin banyak objek yang sebelumnya hanya disebutkan dalam literatur fiksi ilmiah. Ini memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa bahkan pelarian fantasi yang paling kejam, mungkin, cepat atau lambat akan menemukan padanannya dalam kenyataan. Buku tentang hit, jaringan saraf sudahsekarang memiliki lebih banyak kesamaan dengan kenyataan daripada sepuluh tahun yang lalu, dan siapa yang tahu apa yang akan terjadi dalam dekade berikutnya?

Jaringan saraf dalam realitas modern adalah teknologi yang memungkinkan Anda mengidentifikasi orang, hanya memiliki foto yang Anda inginkan. Kecerdasan buatan cukup mampu mengendarai mobil, bisa bermain dan memenangkan permainan poker. Selain itu, jaringan saraf adalah cara baru untuk membuat penemuan ilmiah, memungkinkan Anda menggunakan kemampuan komputasi yang sebelumnya tidak mungkin. Ini memberikan peluang unik untuk memahami dunia saat ini. Namun, hanya dari laporan berita yang mengumumkan penemuan terbaru, jarang jelas apa itu jaringan saraf. Haruskah istilah ini diterapkan pada program, mesin, atau kompleks server?

Tampilan umum

Seperti yang Anda lihat dari istilah "jaringan saraf" (foto-foto yang disajikan dalam artikel ini juga memungkinkan untuk memahami hal ini) adalah struktur yang dirancang dengan analogi dengan logika otak manusia. Tentu saja, menyalin struktur biologis sepenuhnya dengan tingkat kerumitan yang begitu tinggi saat ini tampaknya tidak realistis, tetapi para ilmuwan telah dapat secara nyata mendekati pemecahan masalah. Katakanlah jaringan saraf yang baru dibuat cukup efektif. Hort dan penulis lain yang menerbitkan karya-karya fantastis hampir tidak tahu pada saat menulis karya mereka bahwa sains akan mampu melangkah sejauh ini pada tahun ini.

Keunikan otak manusia adalah bahwa ia adalah struktur dari banyak elemen, di antaranyainformasi terus-menerus ditransmisikan melalui neuron. Faktanya, jaringan saraf baru juga merupakan struktur yang serupa, di mana impuls listrik menyediakan pertukaran data yang relevan. Singkatnya, seperti di otak manusia. Namun tidak jelas: apakah ada perbedaan dari komputer konvensional? Bagaimanapun, mesin, seperti yang Anda tahu, juga dibuat dari bagian-bagian, yang datanya ditransfer melalui arus listrik. Dalam buku-buku tentang luar angkasa, jaringan saraf, semuanya biasanya terlihat mempesona - mesin besar atau kecil, sekilas di mana para karakter memahami apa yang mereka hadapi. Namun kenyataannya, situasinya berbeda sejauh ini.

Bagaimana cara membuatnya?

Seperti yang dapat Anda lihat dari makalah ilmiah tentang jaringan saraf ("Spacewalkers", sayangnya, tidak termasuk dalam kategori ini, tidak peduli betapa menariknya mereka), gagasan dalam struktur paling progresif di bidang kecerdasan buatan, dalam menciptakan struktur yang kompleks, yang bagian-bagiannya sangat sederhana. Faktanya, menggambar paralel dengan manusia, orang dapat menemukan kesamaan: katakanlah, hanya satu bagian otak mamalia yang tidak memiliki kemampuan, kapabilitas, dan perilaku yang cerdas. Tetapi ketika menyangkut seseorang secara keseluruhan, maka makhluk seperti itu dengan tenang melewati ujian untuk tingkat kecerdasan tanpa masalah khusus.

Terlepas dari kesamaan ini, pendekatan serupa untuk menciptakan kecerdasan buatan dikucilkan beberapa tahun lalu. Hal ini dapat dilihat baik dari makalah ilmiah maupun dari buku-buku fiksi ilmiah tentang jaringan saraf (“Spacewalkers” yang disebutkan di atas, misalnya). Omong-omong, sampai batas tertentu bahkan pernyataanCicero dapat dikaitkan dengan gagasan modern tentang jaringan saraf: pada suatu waktu, ia dengan agak pedas menyarankan agar monyet melemparkan surat yang ditulis pada token ke udara, sehingga cepat atau lambat teks yang bermakna akan terbentuk dari mereka. Dan hanya abad ke-21 yang menunjukkan bahwa kebencian seperti itu sama sekali tidak dapat dibenarkan. Jaringan saraf dan fiksi ilmiah berpisah: jika Anda memberikan banyak token kepada pasukan monyet, mereka tidak hanya akan membuat teks yang bermakna, tetapi juga mendapatkan kekuasaan atas dunia.

Kekuatan ada dalam persatuan, saudara

Seperti yang telah kita pelajari dari berbagai eksperimen, melatih jaringan saraf kemudian mengarah pada kesuksesan ketika objek itu sendiri mencakup sejumlah besar elemen. Sebagai ilmuwan bercanda, pada kenyataannya, jaringan saraf dapat dirakit dari apa saja, bahkan dari kotak korek api, karena ide utamanya adalah seperangkat aturan yang dipatuhi oleh komunitas yang dihasilkan. Biasanya aturannya cukup sederhana, tetapi memungkinkan Anda untuk mengontrol proses pemrosesan data. Dalam situasi seperti itu, neuron (meskipun buatan) tidak akan menjadi perangkat sama sekali, bukan struktur yang kompleks atau sistem yang tidak dapat dipahami, melainkan operasi aritmatika sederhana, diimplementasikan dengan konsumsi energi minimal. Secara resmi dalam sains, neuron buatan disebut "perceptrons". Jaringan saraf ("Spacefalls" menggambarkan ini dengan baik) seharusnya jauh lebih kompleks dalam pandangan beberapa penulis ilmiah, tetapi sains modern menunjukkan bahwa kesederhanaan juga memberikan hasil yang sangat baik.

Pengoperasian neuron buatan sederhana: angka dimasukkan, nilai untuk masing-masing dihitungblok informasi, hasilnya dijumlahkan, keluarannya berupa satuan atau nilai “-1”. Apakah pembaca pernah ingin berada di antara orang-orang yang jatuh? Jaringan saraf bekerja dengan cara yang sama sekali berbeda dalam kenyataan, setidaknya pada saat ini, oleh karena itu, ketika membayangkan diri Anda dalam karya fantasi, Anda tidak boleh melupakan hal ini. Faktanya, orang modern dapat bekerja dengan kecerdasan buatan, misalnya, seperti ini: Anda dapat menunjukkan gambar, dan sistem elektronik akan menjawab pertanyaan "baik - atau". Misalkan seseorang menetapkan sistem koordinat satu titik dan menanyakan apa yang digambarkan - bumi atau, katakanlah, langit. Setelah menganalisis informasi, sistem memberikan jawaban - sangat mungkin salah (tergantung pada kesempurnaan AI).

Jempol ke atas

Seperti yang dapat Anda lihat dari logika jaringan saraf modern, setiap elemennya mencoba menebak jawaban yang benar untuk pertanyaan yang diajukan ke sistem. Dalam hal ini, ada sedikit akurasi, hasilnya sebanding dengan hasil lemparan koin. Tetapi pekerjaan ilmiah yang sebenarnya dimulai ketika tiba saatnya untuk melatih jaringan saraf. Ruang angkasa, eksplorasi dunia baru, wawasan tentang esensi hukum fisika alam semesta kita (yang diandalkan oleh para ilmuwan modern menggunakan jaringan saraf) akan menjadi terbuka pada saat kecerdasan buatan akan belajar dengan efisiensi dan efektivitas yang jauh lebih besar daripada seseorang.

Faktanya adalah bahwa orang yang mengajukan pertanyaan kepada sistem mengetahui jawaban yang benar untuknya. Jadi, Anda dapat menuliskannya di blok informasi program. Perceptron yang memberikan jawaban yang benar memperoleh nilai, dandi sini orang yang menjawab salah kehilangannya, menerima denda. Setiap siklus peluncuran program baru berbeda dari yang sebelumnya karena perubahan tingkat nilai. Kembali ke contoh sebelumnya: cepat atau lambat program akan belajar membedakan dengan jelas antara bumi dan luar angkasa. Jaringan saraf belajar lebih efektif, semakin tepat program studi disusun - dan pembentukannya menghabiskan banyak usaha bagi para ilmuwan modern. Sebagai bagian dari tugas yang ditetapkan sebelumnya: jika jaringan saraf dilengkapi dengan foto lain untuk dianalisis, mungkin tidak akan segera dapat memprosesnya secara akurat, tetapi, berdasarkan data yang diperoleh selama pelatihan sebelumnya, ia akan secara akurat mengetahui di mana bumi berada, dan di mana awan, ruang angkasa, atau sesuatu yang lain.

Menerapkan ide pada kenyataan

Tentu saja, pada kenyataannya, jaringan saraf jauh lebih rumit daripada yang dijelaskan di atas, meskipun prinsipnya sendiri tetap sama. Tugas utama elemen-elemen dari mana jaringan saraf terbentuk adalah mensistematisasikan informasi numerik. Ketika menggabungkan banyak elemen, tugas menjadi lebih rumit, karena informasi input mungkin bukan dari luar, tetapi dari perceptron, yang telah melakukan tugasnya sistematisasi.

Jika kita kembali ke tugas di atas, maka di dalam jaringan saraf Anda dapat melakukan proses berikut: satu neuron membedakan piksel biru dari yang lain, yang lain memproses koordinat, yang ketiga menganalisis data yang diterima oleh yang pertama dua, atas dasar yang memutuskan apakah bumi atau langit di titik tertentu. Selain itu, pengurutan ke dalam piksel biru dan lainnya dapat dipercayakan ke beberapa neuron secara bersamaan, dan informasi yang mereka terima dapat diringkas. Perceptron yang akan memberihasil yang lebih baik dan lebih akurat akan menerima bonus berupa nilai yang lebih tinggi di akhir, dan hasilnya akan menjadi prioritas saat memproses ulang tugas apa pun. Tentu saja, jaringan saraf ternyata sangat banyak, dan informasi yang diproses di dalamnya akan menjadi gunung yang tak tertahankan sama sekali, tetapi akan mungkin untuk memperhitungkan dan menganalisis kesalahan dan mencegahnya di masa depan. Implan berbasis jaringan saraf yang sebagian besar ditemukan di banyak buku fiksi ilmiah bekerja seperti ini (kecuali, tentu saja, penulis repot-repot memikirkan cara kerjanya).

Tonggak sejarah

Ini mungkin mengejutkan orang awam, tetapi jaringan saraf pertama muncul pada tahun 1958. Ini disebabkan oleh fakta bahwa perangkat neuron buatan mirip dengan elemen komputer lainnya, di antaranya informasi ditransmisikan dalam format sistem bilangan biner. Pada akhir tahun enam puluhan, sebuah mesin ditemukan, yang disebut Mark I Perceptron, di mana prinsip-prinsip jaringan saraf diimplementasikan. Ini berarti bahwa jaringan saraf pertama muncul hanya satu dekade setelah pembangunan komputer pertama.

Neuron pertama dari jaringan saraf pertama terdiri dari resistor, tabung radio (pada waktu itu, kode yang dapat digunakan ilmuwan modern belum dikembangkan). Bekerja dengan jaringan saraf adalah tugas Frank Rosenblatt, yang menciptakan jaringan dua lapis. Layar dengan resolusi 400 piksel digunakan untuk mengirimkan data eksternal ke jaringan. Mesin itu segera mampu mengenali bentuk-bentuk geometris. Ini sudah menunjukkan bahwa, dengan peningkatan solusi teknis, jaringan saraf dapatbelajar membaca huruf. Dan siapa yang tahu apa lagi?

Jaringan saraf pertama

Seperti yang dapat dilihat dari sejarah, Rosenblatt benar-benar terbakar dengan pekerjaannya, dia berorientasi sempurna di dalamnya, dia adalah seorang spesialis dalam neurofisiologi. Dia adalah penulis kursus universitas yang menarik dan populer di mana siapa pun dapat memahami bagaimana menerapkan otak manusia dalam perwujudan teknis. Meski begitu, komunitas ilmiah berharap segera ada peluang nyata untuk membentuk robot cerdas yang mampu bergerak, berbicara, dan membentuk sistem yang serupa dengan dirinya. Siapa tahu, mungkin robot-robot ini akan pergi menjajah planet lain?

Rosentblatt adalah seorang yang antusias, dan Anda dapat memahaminya. Para ilmuwan percaya bahwa kecerdasan buatan dapat diwujudkan jika logika matematika sepenuhnya diwujudkan dalam sebuah mesin. Pada titik ini, tes Turing sudah ada, Asimov mempopulerkan gagasan robotika. Komunitas ilmiah yakin bahwa penjelajahan Alam Semesta hanyalah masalah waktu.

Skeptisisme dibenarkan

Sudah di tahun enam puluhan ada ilmuwan yang berdebat dengan Rosenblatt dan pemikir hebat lainnya yang mengerjakan kecerdasan buatan. Gagasan yang cukup akurat tentang logika fabrikasi mereka dapat diperoleh dari publikasi Marvin Minsky, yang terkenal di bidangnya. Omong-omong, diketahui bahwa Isaac Asimov dan Stanley Kubrick sangat memuji kemampuan Minsky (Minsky membantunya mengerjakan A Space Odyssey). Minsky tidak menentang penciptaan jaringan saraf, yang tentangnyaFilm Kubrick bersaksi, dan sebagai bagian dari karir ilmiahnya, ia terlibat dalam pembelajaran mesin pada tahun lima puluhan. Namun demikian, Minsky kategoris tentang pendapat yang salah, mengkritik harapan yang pada saat itu masih belum ada dasar yang kuat. Omong-omong, Marvin dari buku Douglas Adams dinamai Minsky.

Kritik jaringan saraf dan pendekatan waktu itu disistematisasikan dalam publikasi "Perceptron", tertanggal 1969. Buku inilah yang benar-benar membunuh minat banyak orang pada jaringan saraf sejak awal, karena seorang ilmuwan dengan reputasi yang sangat baik dengan jelas menunjukkan bahwa Mark the First memiliki sejumlah kekurangan. Pertama, kehadiran hanya dua lapisan jelas tidak cukup, dan mesin dapat melakukan terlalu sedikit, meskipun ukurannya sangat besar dan konsumsi energi yang besar. Titik kritik kedua dikhususkan untuk algoritma yang dikembangkan oleh Rosenblatt untuk pelatihan jaringan. Menurut Minsky, informasi tentang kesalahan hilang dengan probabilitas tinggi, dan lapisan yang diperlukan tidak menerima jumlah penuh data untuk analisis situasi yang benar.

Hal-hal berhenti

Meskipun ide utama Minsky adalah untuk menunjukkan kesalahan kepada rekan-rekannya untuk merangsang mereka untuk meningkatkan perkembangan, situasinya berbeda. Rosenblatt meninggal pada tahun 1971, dan tidak ada yang melanjutkan pekerjaannya. Selama periode ini, era komputer dimulai, dan bidang teknologi ini bergerak maju dengan langkah besar. Para pemikir terbaik dalam matematika dan ilmu komputer dipekerjakan di sektor ini, dan kecerdasan buatan tampak seperti pemborosan energi dan sumber daya yang tidak masuk akal.

Jaringan saraf tidak menarik perhatian komunitas ilmiah selama lebih dari satu dekade. Titik balik datang ketika cyberpunk menjadi populer. Itu mungkin untuk menemukan formula dimana kesalahan dapat dihitung dengan akurasi tinggi. Pada tahun 1986, masalah yang dirumuskan oleh Minsky telah menemukan solusi ketiga (ketiganya dikembangkan oleh kelompok ilmuwan independen), dan penemuan inilah yang mendorong para penggemar untuk menjelajahi bidang baru: bekerja pada jaringan saraf menjadi aktif kembali. Namun, istilah perceptron diam-diam digantikan oleh komputasi kognitif, menyingkirkan perangkat eksperimental, mulai menggunakan pengkodean, menggunakan teknik pemrograman yang paling efektif. Hanya beberapa tahun, dan neuron sudah dirakit menjadi struktur kompleks yang dapat mengatasi tugas yang cukup serius. Seiring waktu, dimungkinkan, misalnya, untuk membuat program untuk membaca tulisan tangan manusia. Jaringan pertama muncul mampu belajar mandiri, yaitu, mereka secara mandiri menemukan jawaban yang benar, tanpa petunjuk dari orang yang mengendalikan komputer. Jaringan saraf telah menemukan aplikasinya dalam praktik. Misalnya, pada merekalah program yang mengidentifikasi nomor pada cek digunakan dalam struktur perbankan di Amerika.

Maju dengan pesat

Pada tahun 90-an, menjadi jelas bahwa fitur utama jaringan saraf yang membutuhkan perhatian khusus dari para ilmuwan adalah kemampuan untuk menjelajahi area tertentu untuk mencari solusi yang tepat tanpa diminta dari seseorang. Program ini menggunakan metode coba-coba, atas dasar yang menciptakan aturan perilaku.

Periode ini ditandai dengan lonjakan minatpublik untuk robot darurat. Para desainer antusias dari seluruh dunia mulai aktif merancang robot mereka sendiri yang mampu belajar. Pada tahun 1997, ini menandai kesuksesan pertama yang benar-benar serius di tingkat dunia: untuk pertama kalinya, sebuah komputer mengalahkan pemain catur terbaik dunia, Garry Kasparov. Namun, pada akhir tahun sembilan puluhan, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa mereka telah mencapai langit-langit, dan kecerdasan buatan tidak dapat berkembang lebih jauh. Selain itu, algoritma yang dioptimalkan dengan baik jauh lebih efisien daripada jaringan saraf mana pun dalam memecahkan masalah yang sama. Beberapa fungsi tetap dengan jaringan saraf, misalnya, pengenalan teks arsip, tetapi tidak ada yang lebih rumit yang tersedia. Pada dasarnya, seperti yang dikatakan ilmuwan modern, ada kekurangan kemampuan teknis.

Waktu kita

Jaringan saraf saat ini adalah cara untuk memecahkan masalah paling kompleks dengan menggunakan metode "solusi akan ditemukan dengan sendirinya". Faktanya, ini tidak terkait dengan revolusi ilmiah apa pun, hanya ilmuwan modern, tokoh-tokoh dunia pemrograman, yang memiliki akses ke teknik yang kuat yang memungkinkan mereka untuk mempraktikkan apa yang hanya dapat dibayangkan seseorang secara umum sebelumnya. Kembali ke frasa Cicero tentang monyet dan token: jika Anda menugaskan seseorang ke hewan yang akan memberi mereka hadiah untuk frasa yang benar, mereka tidak hanya akan membuat teks yang bermakna, tetapi juga menulis "Perang dan Damai" baru, dan tidak lebih buruk.

Jaringan saraf saat ini beroperasi dengan perusahaan terbesar yang bekerja di bidang teknologi informasi. Ini adalah jaringan saraf multilayer yang diimplementasikan melalui server yang kuat,menggunakan kemungkinan World Wide Web, susunan informasi yang terakumulasi selama beberapa dekade terakhir.