Глубокую нейросеть научили «помнить» прошлый опыт — Naked Science
6 минут
Редакция

Глубокую нейросеть научили «помнить» прошлый опыт

Британские ученые разработали компьютерный алгоритм, который позволяет искусственным нейросетям обучаться, сохраняя «память» о предыдущем опыте. Подробности исследования представлены в журнале Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

logo
©Wikipedia

В настоящее время глубокие искусственные нейросети являются одним из наиболее перспективных вариантов реализации машинного обучения. Так, алгоритмы, обученные подобным образом, лучше других справляются с распознаванием изображений и освоением настольных игр. Тем не менее, они по-прежнему значительно уступают биологическим аналогам: в частности, глубокие нейросети не способны сохранять приобретенные ранее навыки при обучении новым задачам. Этот феномен, получивший название «катастрофической забывчивости» (catastrophic forgetting), делает невозможным последовательную тренировку одной и той же нейросети на нескольких задачах.

 

Чтобы восполнить пробел, ученые из Имперского колледжа Лондона и компании DeepMind предложили использовать метод, который позволяет искусственно повышать устойчивость ключевых весов для первой задачи при обучении второй. Технически это осуществляется так: при последовательном обучении нейросети каждому весу (он определяет, насколько тот или иной нейрон значим для ответа системы) дополнительно присваивается параметр F, определяющий его значимость только для определенной задачи. При этом значение F прямо пропорционально устойчивости веса к изменениям. Таким образом, алгоритм сохраняет «память» о самых важных навыках, приобретенных прежде.

 

Принцип работы алгоритма: при обучении задаче B, веса, актуальные для задачи A, блокируются / ©DeepMind

 

Предложенный подход получил название «упругое закрепление весов» (elastic weight consolidation) по аналогии с пружиной, жесткость которой сопоставима с параметром F. В случае нейросети «натяжение» происходит от веса, оптимального для задачи A, к весу, оптимальному для задачи B. В результате функция потерь (энергия пружины) возрастает, и менее значимые веса адаптируются к новой задаче, тогда как важные для предыдущих задач веса, предположительно, остаются неизменными.

 

Испытания алгоритма проводились на двух задачах: обучении с подкреплением и обучении с учителем. В последнем случае нейросеть тренировалась распознавать рукописные цифры, причем авторы последовательно вносили в стимулы искажения, чтобы каждый новый шаг требовал обучения «с нуля». В рамках обучения с подкреплением алгоритм обучался играть в игры приставки Atari 2600, систематически осваивая новые стратегии поведения.

 

Игровые очки, полученные нейросетью при обучении новым методом (красный цвет) и методом градиентного спуска (синий цвет) / ©James Kirkpatrick et al., PNAS, 2017

 

Анализ показал, что алгоритму удалось сохранить «память» о весах, необходимых для выполнения предыдущих задач. В каждом отдельном случае эффективность нейросети снижалась, однако по сумме этапов она демонстрировала хорошие результаты. При обучении методом градиентного спуска, позволяющим стирать веса при тренировке на новой задаче, алгоритм успешно справлялся с выполнением отдельных этапов, но оказался не способен удовлетворительно воспроизвести прошлый опыт.

 

Между тем ученые активно работают над приложением «умных» алгоритмов к практическим задачам. Ранее израильские специалисты начали разработку нейросети для автоматизированной диагностики автомобилей, а их японские коллеги объявили о создании системы, которая может заменить офтальмологов. Кроме того, широкое применение нейросети могут получить в правовой сфере. Так, накануне исследователи обучили компьютерный алгоритм с относительно высокой точностью распознавать преступный умысел человека.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
5 часов назад
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

4 часа назад
4 минуты
Сергей Васильев

Анализ сотен записей зевков у разных видов млекопитающих и птиц показал, что оно длится тем дольше, чем крупнее мозг животного и чем больше в нем нейронов.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 часов назад
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: