Przebiegłe maszyny - ebook

MANIFEST NAUKOWY

Zanim przejdziemy dalej, oto jedno zdanie, w które naprawdę wierzę i które chcę, żebyście zapamiętali: każdy może być naukowcem. Powiem nawet więcej: każdy jest naukowcem.

Gdy patrzymy wstecz na historię naszej cywilizacji, prędzej czy później zdajemy sobie sprawę, że nikt nigdy nie urodził się ani nie został wyszklony, aby zostać naukowcem lub wynalazcą zmieniającym świat. Pierre de Fermat, siedemnastowieczny geniusz, którego badania wpływają na matematyków od wielu pokoleń, zarabiał na życie jako prawnik. Albert Einstein zrewolucjonizował całą fizykę, choć pracował w urzędzie patentowym. Problem polega na tym, że w dzisiejszych czasach ludzie są zniechęcani do nauki. Kiedy teorie Einsteina zostały potwierdzone w eksperymentach, stał się celebrytą bardziej rozpoznawalnym niż gwiazdy muzyki. Najważniejsze gazety na świecie ogłosiły konkursy na opisanie teorii względności w najprostszej możliwej formie. Uczestników były tysiące – ludzi różnych profesji, nie tylko fizyków. Świat był naprawdę zafascynowany tym tematem. Obecnie rokrocznie dokonywanych jest więcej odkryć niż w ciągu całych dziesięcioleci w poprzednim stuleciu. Lecz my ich nie dostrzegamy. Albo nie chcemy widzieć. Albo nie mamy na to czasu. Dlaczego?

Pierwszym powodem jest pośpiech. Wyścig z czasem jest po prostu modny. Niestety to samo dzieje się w szkole i w miejscu pracy. Jako nauczyciel akademicki słyszałem już wiele razy: „To mi nie będzie potrzebne. Chcę się nauczyć tylko tego, co będę wykorzystywać w pracy”. A takie podejście to początek końca. Końca kreatywności. Wiedza kształconych teraz ludzi jest coraz bardziej ograniczona, skierowana tylko na konkretne zadania. Z błyskotliwych, myślących istot powoli zmieniamy się w narzędzia. Ludzie zaczynają unikać teorii i uczą się tylko, jak je stosować w praktyce. Nie ma czasu na zrozumienie kontekstu całej koncepcji – mamy go tylko tyle, aby zastosować rozwiązania, które nam pokazano. Nie mamy czasu zapytać „dlaczego?”, zostajemy wyłącznie z pytaniem „jak?”.

Drugim powodem jest jedno z największych kłamstw, które z powodzeniem powtarza się wszędzie coraz młodszym ludziom. Mówi się im, że nie będą w stanie czegoś zrozumieć. Niektórzy są uważani za „humanistów”, więc nie powinni nawet próbować patrzeć na równanie matematyczne (ponieważ mogliby od tego oślepnąć). Ludzie są w jakiś sposób klasyfikowani już po pierwszej próbie zrobienia czegoś. A czy wiecie, że pierwsza wersja pracy doktorskiej Einsteina została odrzucona? Albo że przez ponad dwa lata bezskutecznie szukał pracy jako nauczyciel? Co by mu dziś powiedziano? Prawdopodobnie coś w stylu: „Zostaw to. Po prostu naucz się korzystać z tego oprogramowania. Pracodawca potrzebuje ludzi, którzy to umieją. I do tego dobrze płaci”.

Nie rezygnujcie z wiedzy. Nie patrzcie na widoczne korzyści. Nie rezygnujcie, nawet jeśli szef wam powie, że dana wiedza nie jest niezbędna. Kontakt z nauką nie tylko rozwija wasze umiejętności, ale co ważniejsze, rozwija umysł. Jeśli wyszkolicie swój mózg, żeby unikał wyzwań, prędzej czy później znajdziecie się w sytuacji, w której nie będziecie mieć zielonego pojęcia, co robić. Będziecie mieli w głowie pustkę. Po prostu nauczcie się interesować światem. Porzućcie na chwilę zwyczajowe metody i standardy pracy i spójrzcie na swoje codzienne obowiązki z punktu widzenia obserwatora. Zatrzymajcie się przez chwilę na ulicy i pomyślcie o materiałach, z których jest wykonana.

Najlepsze jest to, że nie musicie się uczyć kreatywności. Musicie sobie tylko przypomnieć, jak to jest być twórczym. Dzieci są bardzo kreatywne i zadają tysiące pytań. Niestety tak się składa, że gdy dorastają, mówi się im, że nie muszą znać wszystkich odpowiedzi.

Nigdy nie przestawajcie zadawać pytań. Ciekawość jest jednym z naszych najsilniejszych instynktów. Nie walczcie z nią, traktujcie jak dar. Uczcie się i bądźcie z tego dumni, bez względu na wiek. Podejście naukowe może pomóc znaleźć rozwiązania i w pracy i w życiu osobistym. Ciekawość wspiera aktywność umysłu i zapobiega demencji.

Nie wierzcie nikomu, kto mówi, że nie jesteście w stanie czegoś zrozumieć. Wszyscy rodzimy się z tą samą ciekawością w naszych umysłach i sercach. Podążajcie za nią.

Każdy jest naukowcem.ROZDZIAŁ 1
WPROWADZENIE: MAGIA UJAWNIONA

Sztuczna inteligencja (SI, ang. Artificial Intelligence – AI) to dwa słowa słyszane nie tylko w filmach i laboratoriach badań kosmicznych, ale coraz częściej powtarzane w miejscach, gdzie jeszcze kilka lat temu w ogóle nie występowały. W dzisiejszych czasach pojawiają się w wypowiedziach ludzi biznesu, przywódców religijnych, najważniejszych polityków i to nie jako w formie żartu – występują w zdaniach obok słów takich jak: przyszłość, cywilizacja, nadzieja, niebezpieczeństwo. A prawda jest taka, że chociaż jest to wyrażenie powtarzane przez wielu, dobrze rozumiane jest tylko przez nielicznych.

To dlatego systemy sztucznej inteligencji są trochę jak sztuczki magików. Uwielbiamy oglądać magię i chociaż wszyscy wiemy, że to tylko iluzja, i tak chcemy oglądać takie popisy. Chcemy się w niej zanurzyć i poczuć się znowu jak dzieci. Niniejsza książka wyjaśnia zagadnienie sztucznej inteligencji. Pomoże zrozumieć, co naprawdę oznacza, jak działa i czego możemy od niej oczekiwać. Magia zostanie ujawniona, gęsty dym zniknie, a wy będziecie mogli zajrzeć za kulisy pokazu magii. Dlatego w tym miejscu daję pierwsze ostrzeżenie: musicie być pewni, że chcecie się tego wszystkiego dowiedzieć, ponieważ następnym razem, gdy usłyszycie sformułowanie „sztuczna inteligencja” w telewizji, nie będziecie już tak oczarowani i podekscytowani jak wcześniej. Macie więc teraz ostatnią szansę, aby po prostu pozostać na widowni – zamknijcie tę książkę, odłóżcie na półkę, wyjdźcie z księgarni i nigdy nie wracajcie. Ale jeśli zdecydujecie się kontynuować tę przygodę, mogę obiecać wam rzecz jeszcze bardziej fascynującą: prawdziwą magią sztucznej inteligencji, jak i całej nauki, jest to, że im więcej wiecie, tym więcej chcecie się nauczyć. Wiedza uzależnia. I to jest drugie ostrzeżenie. Przemyślcie to dobrze!

Nadal tu jesteście? Bardzo się z tego cieszę i myślę, że to mądry wybór. Poprowadzę was przez niesamowity świat sztucznej inteligencji…

Wiele tematów związanych ze sztuczną inteligencją zostanie omówionych w tej książce później; jest jednak jeden tak ważny, że chciałbym go omówić już tutaj, zanim rozpocznie się nasza dalsza podróż. Tym tematem są uczucia. Wokół SI jest ich dużo, co można zauważyć w przestrzeni publicznej. Jednym z najsilniejszych jest strach. Strach o nas samych, o nasze rodziny i naszą przyszłość. Strach, który jest sprytnie wykorzystywany przez całą branżę rozrywkową zajmującą się fantastyką naukową. Zatem, czy nasze koszmary są racjonalne?

Po pierwsze, strach jest uczuciem całkiem naturalnym w zetknięciu z nieznanym, z rzeczami, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy lub z procesami, których nie umiemy wyjaśnić. Nie ma powodu, aby się tego wstydzić – to instynkt powstały na drodze ewolucji, który pomagał naszym przodkom przetrwać w dziczy. W czasach nowożytnych podobne obawy pojawiały się na przykład w latach 90. XIX w., kiedy powstawały pierwsze kinematografy: ludzie byli tak przerażeni nadciągającym pociągiem (na ekranie), że w trakcie pokazów zdarzały się ucieczki spanikowanej publiczności. Jednak w dzisiejszych czasach nawet producenci filmów 3D muszą się nieźle nagimnastykować, aby puls widzów przyspieszył.

Ważne jest również zrozumienie, że niektóre zagrożenia mogą być złagodzone już przez sam sposób, w jaki rzeczywiście będziemy wykorzystywać sztuczną inteligencję w przyszłości. Szukając analogii, możemy powiedzieć, że to trochę jak praca z elektryką wysokich napięć: jeśli nie ma się wystarczającej wiedzy oraz odzieży ochronnej, można zginąć. Nie oznacza to jednak, że elektryczność robi to celowo. Podobnie, nawet jeśli sztuczna inteligencja zyska samoświadomość i stanie się kreatywna, naszym obowiązkiem jest nauczyć ją, co jest dobre, a co złe. Na początku sztuczna inteligencja jest jak czysta kartka papieru: bez odziedziczonych odruchów czy instynktów (co można zaobserwować w świecie zwierząt – pies może być czasem niezwykle niebezpieczny pomimo dobrego wychowania od szczeniaka). Zatem to głównie do ludzi należy dokładne określenie granic, które nie mogą zostać przekroczone. Będziemy twórcami – prawdopodobnie i niestety.

Napisałem tę książkę głównie w jednym celu – aby umożliwić każdemu poznanie sztucznej inteligencji i zasad jej działania. Zajmuję się tą dziedziną nauki od 12 lat, uzyskałem z niej zarówno tytuł magistra, jak i doktora, pracowałem w ramach rządowych grantów, wygłaszałem wykłady uniwersyteckie i konferencyjne i przyczyniałem się do popularyzacji nauki o sztucznej inteligencji. Stale zauważam, że sztuczna inteligencja bardzo często nie jest zagadnieniem poprawnie rozumianym przez ludzi mówiących o niej w środkach masowego przekazu. Z kolei specjaliści zwykle koncentrują się na głębokich i zaawansowanych szczegółach technicznych, które są praktycznie niezrozumiałe dla kogoś bez podobnego wykształcenia. Wszystkie te czynniki generują więcej mitów i błędów, co sprawia, że cały temat staje się jeszcze bardziej skomplikowany i mylący.

Ale prawda jest taka, że podstawy sztucznej inteligencji nie są żadną nauką kosmiczną. Nie potrzeba doktoratu, aby zrozumieć, jak działa podstawowa sieć neuronowa. W istocie nawet nie trzeba zaawansowanych umiejętności komputerowych, aby się tego nauczyć. Oczywiście zarówno doktorat, jak i umiejętności informatyczne na wysokim poziomie mogą okazać się niezbędne do zgłębienia tajników sztucznej inteligencji i wynalezienia własnych rozwiązań, które będzie można udostępnić lub sprzedać. Ale jeśli po prostu chcecie zrozumieć podstawy, żadne dodatkowe przygotowanie nie jest konieczne. Jeśli ktoś mówi, że nie jesteście gotowi na tego rodzaju wiedzę, oznacza to, że dana osoba chce wam sprzedać drogi kurs wstępny lub po prostu nie chce jej się poświęcić czasu na wyjaśnienia. Albo po prostu, że nie rozumie dobrze zagadnienia, ponieważ używa tylko jednego wyuczonego rozwiązania, powtarzanego w pracy bez refleksji. Ta książka prezentuje inne podejście. Chęć poznania i ciekawość to jedyne warunki, które są konieczne. Żadne podstawy naukowe nie są potrzebne. Możecie nawet wyłączyć komputer (chyba że macie opanowane programowanie na poziomie średniozaawansowanym – ale o tym później). Czasami może być potrzebny papier i ołówek.

Jak już wcześniej powiedziałem, ta książka jest dla wszystkich – nawet jeśli nie jesteście ludźmi o zainteresowaniach technicznych i nie widzicie swojej przyszłości w pracy z SI. Oprócz przedstawienia koncepcji podstawowych rozwiązań sztucznej inteligencji będę również mówił o historii oraz o inspiracjach, które pomogły jej powstaniu – będą to opowieści o niespodziewanych powiązaniach między światem codziennym a wielkimi przełomami naukowymi. Wierzę, że to również może zmienić wasz sposób postrzegania świata. Mam nadzieję, że będzie to inspiracją nie tylko do tego, aby dowiedzieć się więcej o sztucznej inteligencji, ale także do zadawania licznych pytań i poszukiwania własnych rozwiązań, zamiast zwykłego przestrzegania standardów (niezależnie od rodzaju pracy). Właśnie od tego wzięły swój początek wielkie wynalazki – od zadawania pytań i od chęci zmiany. Bądźcie otwarci, zadawajcie pytania i codziennie ćwiczcie swoją ciekawość.

Sądzę, że ta książka może również zainteresować programistów i architektów, którzy pracują lub chcą pracować z SI. Nawet jeśli używacie algorytmów w pracy, jak dobrze rozumiecie ich pochodzenie? Czy potraficie dobrze wytłumaczyć swoje wnioski/wyniki szefowi, działowi biznesowemu lub klientowi? Ta książka może pomóc. A może jesteście nauczycielami szukającymi nowych ćwiczeń klasowych lub prostych metafor? Też powinniście ją przeczytać.

No dobrze, dość tego wprowadzenia. Teraz kilka słów o strukturze samej książki. Jeszcze tylko kilka linijek dzieli was od ukończenia tego rozdziału. W następnym (rozdział drugi) wyjaśniam główne pojęcia – co tak naprawdę oznacza sztuczna inteligencja, gdzie ją znaleźć, w jaki sposób naukowcy starają się ją ocenić i jakie są jej główne ograniczenia. Rozdziały od trzeciego do szóstego zawierają prosty opis najpopularniejszych technik sztucznej inteligencji, wraz z całym tłem (jej początkami i pochodzeniem), anegdotami i kilkoma prostymi przykładami, które nie tylko ułatwiają zrozumienie tych tematów, lecz także dają trochę zabawy i rozrywki. Obszary SI wyjaśnione w tej książce to:

▶ sztuczne sieci neuronowe,

▶ algorytm genetyczny,

▶ metoda Monte Carlo,

▶ przetwarzanie języka naturalnego,

▶ ontologie i ich zastosowania.

Rozdziały te można czytać w dowolnej kolejności; sugeruję jednak przestrzeganie sekwencji oryginalnej. W rozdziale siódmym omawiam przyszłość sztucznej inteligencji, to, czego możemy się spodziewać za kilka lat i dziesięcioleci oraz jakie są szanse i zagrożenia związane ze sztuczną inteligencją. I wreszcie podziękowania – jest wiele osób, którym chciałbym podziękować. Bez ich pomocy i wsparcia nigdy nie mielibyście szansy przeczytać tej książki. Zastosowałem dwa specjalne wyróżniki redakcyjne, aby ułatwić poruszanie się po książce, wyodrębnić dodatkowe treści i lepiej podsumować zdobytą wiedzę. Pierwszy znak to ramka z ikoną rakiety () u góry – używam go do zaznaczenia dodatkowego fragmentu tekstu związanego z omawianym tematem, lecz który jest nieco bardziej zaawansowany (a zatem może wymagać nieco wiedzy matematycznej lub technicznej). Oczywiście nie jest to prawdziwy „(ale) kosmos”; można jednak pominąć te części, nie tracąc przy tym dalszego kontekstu. Możecie również powrócić do tych sekcji później, podczas ponownej lektury rozdziału. Traktujcie je jako wskazówki do dalszych badań na własną rękę, jeśli stwierdzicie, że konkretny aspekt jest bardziej interesujący. Sami zadecydujecie, jak daleko się zagłębicie. Drugie oznaczenie to ramka podsumowująca z ikoną ołówka (), którą można znaleźć na końcu każdego rozdziału. Ramki te zawierają listę krótkich uwag, które przywołują najważniejsze pojęcia i przemyślenia z konkretnego rozdziału. Na samym końcu książki znajduje się także skorowidz, przygotowany dla wszystkich chcących szybko wrócić do najciekawszych koncepcji lub sprawdzić, czy konkretny temat jest omawiany w tomie. Temat SI jest równie ważny i interesujący zarówno dla programistów IT, jak i dla osób nietechnicznych. Przyszłość jest rozpatrywana nie tylko przez światowych liderów, lecz jest także tematem przy śniadaniu w przeciętnych rodzinach. Wszyscy ludzie rodzą się, by być naukowcami; chodzi tylko o to, że środowisko i wyzwania codzienności nie zawsze dają nam wystarczająco dużo czasu, aby spojrzeć w niebo…

To już wszystko. Koniec ze wstępem. Koniec z nudą. Nadszedł czas na prawdziwą rozrywkę i przekonanie się, jaką frajdą jest nauka. Wkrótce dowiecie się rzeczy zrozumiałych dla nielicznych. Cieszcie się tym i bądźcie z siebie dumni. Otwórzcie swój umysł, weźcie głęboki oddech i zanurzcie się w świat sztucznej inteligencji. Wchodzicie za kulisy dzisiejszego pokazu magii. Wszystkie sekrety zostaną wkrótce w pełni ujawnione...

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Notatki

• Wyrażenie „sztuczna inteligencja”, choć jest szeroko powtarzane w środkach masowego przekazu, zazwyczaj nie jest zrozumiałe dla ludzi, którzy dużo o niej mówią.

• Strach przed nowym jest naturalną ludzką reakcją. To nie jest coś, czego powinniśmy się wstydzić. Ale warto przyjrzeć się przyczynom własnych lęków.

• Sztuczna inteligencja nie jest ani dobra, ani zła. Nie ma osobowości, jest narzędziem. Możemy się nią zranić w taki sam sposób, w jaki możemy zranić się młotkiem.

• Nie wierzcie nikomu, kto twierdzi, że jakiś temat jest poza zasięgiem waszej percepcji. Po prostu ta osoba nie zna dobrze danego zagadnienia.

• Otwórzcie się na ciekawość. Ćwiczcie ją i dbajcie o tę część swojej osobowości, a znajdziecie nieoczekiwane rozwiązania dla własnych codziennych problemów.

• Cieszcie się tą książką!
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------
TWOJE NOTATKI

-----------------------ROZDZIAŁ 2
SZTUCZNA INTELIGENCJA: SFORMUŁOWANIE RODEM Z SCIENCE FICTION, KTÓRE ZMIENIŁO ŚWIAT

Obecnie jest dużo szumu wokół sztucznej inteligencji. Naprawdę. Wpiszcie frazę „sztuczna inteligencja” w Google, włączcie telewizor, przeczytajcie gazetę lub sprawdźcie, o czym są najnowsze produkcje kinowe. Może to być mniej lub bardziej widoczne, ale o sztucznej inteligencji mówi się dosłownie wszędzie. Nigdy dotąd nie zajmowała też tak dużo czasu antenowego i nie była tak szeroko promowana. I nie chodzi już tylko o wykłady naukowców zajmujących się skomplikowanymi teoriami. Mówi się o niej w kontekście różnych gałęzi przemysłu, głos zabierają także światowi przywódcy polityczni. Nawet celebryci zaczynają o niej napomykać. Sztuczna inteligencja jest dziś po prostu modna i wypada coś o niej wiedzieć, jeśli chce się uchodzić za człowieka na czasie. Alan Turing, jeden z ojców informatyki, nie przewidział tego nawet w swoich najbardziej futurystycznych snach.

CZYM JEST SZTUCZNA INTELIGENCJA?

Wszyscy mówimy o sztucznej inteligencji, ale o czym właściwie mówimy? Co tak naprawdę oznacza sztuczna inteligencja? Istnieją różne definicje w zależności od obszaru, na którym się skupiamy, a w rzeczywistości na żadną z nich nie ma pełnej zgody wśród wszystkich naukowców. Łatwo sprawdzić, dlaczego tak jest. Nadal nie możemy wyjaśnić większości właściwości naszych własnych mózgów, a tym samym nie jesteśmy w stanie określić prawdziwej natury ludzkiego intelektu. Im głębiej badamy ten temat, tym więcej teorii się rodzi. Ciągle dyskutuje się, czy istnieje tylko jedna inteligencja, czy wiele jej rodzajów. Dlaczego? Istnieje wiele przykładów osób ze średnim lub nawet niższym ilorazem inteligencji, będących jednocześnie malarzami, których sztuka szacowana jest na miliony dolarów. Jednak wiele umysłów naukowych powszechnie uznawanych za geniuszy (z IQ ponad skalą) opisuje się jako indywidualistów niezdolnych do budowania silnych relacji z innymi, zagubionych w świecie i społeczeństwie. Zatem która z tych grup jest naprawdę inteligentna? Czy inteligencja oznacza po prostu błyskotliwe rozwiązywanie zagadek i testów Mensy, czy może chodzi bardziej o życie w sposób, którego nigdy nie będzie się żałować? Odpowiedź znajduje się gdzieś pomiędzy nauką a filozofią i można ją sformułować tylko na podstawie pewnych założeń. Ponieważ nie jesteśmy w stanie wyjaśnić pojęcia naszej własnej inteligencji, nie jest zaskoczeniem, że nie uzgodniliśmy również definicji sztucznej inteligencji. Ale możemy przynajmniej spróbować przypomnieć sobie jedną z najczęstszych definicji, dzielącą pojęcie SI na dwie kategorie: słabą i silną sztuczną inteligencję. Słaba sztuczna inteligencja odnosi się do systemów komputerowych, które z powodzeniem naśladują (emulują) pojedyncze kompetencje człowieka. Co to faktycznie oznacza? Emulacja to zdolność do naśladowania pewnych zachowań; kompetencja to umiejętność, zmysł, instynkt lub wyuczona wiedza fachowa. Tak więc jako przykład możemy wziąć aplikację przeznaczoną do rozpoznawania liter widocznych w obrazie (tzw. optyczne rozpoznawanie znaków, ang. OCR – optical character recognition). Aplikacja ta emuluje (lub imituje) zmysł ludzkiego wzroku i zdolność czytania. Czy to jest jasne? Więcej przykładów? Systemy rozpoznawania głosu naśladują ludzki słuch. Programy komputerowe do gry w szachy naśladują profesjonalnych graczy. Ogólnie rzecz biorąc, aplikacje są projektowane i wdrażane w celu rozwiązania konkretnego problemu lub pomysłu. Innymi słowy, każda aplikacja komputerowa ma określony cel, który jest powodem jej istnienia. Jest to wspólna cecha wszystkich systemów komputerowych, od czasów pierwszych procesorów. Cel był taki sam od momentu stworzenia pierwszych maszyn obliczeniowych – aby zastąpić ludzi w czynnościach, które są powtarzalne, czasochłonne i których ludzie nie chcą już wykonywać.