Глубокую нейросеть научили «помнить» прошлый опыт — Naked Science
16.03.2017
6 минут
Редакция
243

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

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.

Вчера, 17:36
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

Вчера, 12:17
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

Позавчера, 13:07
2 минуты
Илья Ведмеденко

Очевидно, Россия ведет разработку новой легкой авиационной ракеты, которую можно будет применять для поражения широкого спектра морских и наземных целей.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

Вчера, 17:36
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

Вчера, 17:36
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: