Νόμπελ Φυσικής στους Χόπφιλντ και Χίντον για τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα. Το επιστημονικό τους έργο

Τι είναι τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα

Όταν μιλάμε για τεχνητή νοημοσύνη, συχνά εννοούμε τη μηχανική μάθηση με τη χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Αυτή η τεχνολογία εμπνεύστηκε αρχικά από τη δομή του εγκεφάλου.

Σε ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο, οι νευρώνες του εγκεφάλου αντιπροσωπεύονται από κόμβους που έχουν διαφορετικές τιμές. Αυτοί οι κόμβοι επηρεάζουν ο ένας τον άλλον μέσω συνδέσεων που μπορούν να παρομοιαστούν με συνάψεις και οι οποίες μπορούν να γίνουν ισχυρότερες ή ασθενέστερες.

Το δίκτυο εκπαιδεύεται, για παράδειγμα με την ανάπτυξη ισχυρότερων συνδέσεων μεταξύ κόμβων με ταυτόχρονα υψηλές τιμές. Οι φετινοί βραβευθέντες έχουν πραγματοποιήσει σημαντικό έργο με τεχνητά νευρωνικά δίκτυα από τη δεκαετία του 1980 και μετά.

«Το έργο των βραβευθέντων έχει ήδη αποφέρει τα μεγαλύτερα οφέλη. Στη φυσική χρησιμοποιούμε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα σε ένα ευρύ φάσμα τομέων, όπως η ανάπτυξη νέων υλικών με συγκεκριμένες ιδιότητες», είπε η Ellen Moons, πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής.

Ποιοι είναι οι δύο επιστήμονες που πήραν το φετινό Νόμπελ Φυσικής

Ο Τζον Χόππφιλντ εφηύρε ένα δίκτυο που χρησιμοποιεί μια μέθοδο για την αποθήκευση και την αναδημιουργία μοτίβων. Μπορούμε να φανταστούμε τους κόμβους ως εικονοστοιχεία.

Το δίκτυο Hopfield χρησιμοποιεί τη φυσική που περιγράφει τα χαρακτηριστικά ενός υλικού λόγω του ατομικού του σπιν – μια ιδιότητα που καθιστά κάθε άτομο έναν μικροσκοπικό μαγνήτη.

Το δίκτυο στο σύνολό του περιγράφεται με τρόπο ισοδύναμο με την ενέργεια στο σύστημα σπιν που συναντάμε στη φυσική και εκπαιδεύεται με την εύρεση τιμών για τις συνδέσεις μεταξύ των κόμβων, έτσι ώστε οι αποθηκευμένες εικόνες να έχουν χαμηλή ενέργεια.

Όταν το δίκτυο Hopfield τροφοδοτείται με μια παραμορφωμένη ή ελλιπή εικόνα, επεξεργάζεται μεθοδικά τους κόμβους και ενημερώνει τις τιμές τους, ώστε η ενέργεια του δικτύου να μειώνεται. Το δίκτυο εργάζεται έτσι σταδιακά για να βρει την αποθηκευμένη εικόνα που μοιάζει περισσότερο με την ατελή εικόνα με την οποία τροφοδοτήθηκε.

Ο Τζέφρι Χίντον χρησιμοποίησε το δίκτυο Hopfield ως βάση για ένα νέο δίκτυο που χρησιμοποιεί μια διαφορετική μέθοδο: τη μηχανή Boltzmann. Αυτή μπορεί να μάθει να αναγνωρίζει χαρακτηριστικά στοιχεία σε έναν δεδομένο τύπο δεδομένων.

Ο Χίντον χρησιμοποίησε εργαλεία από τη στατιστική φυσική, την επιστήμη των συστημάτων που κατασκευάζονται από πολλά παρόμοια στοιχεία. Η μηχανή εκπαιδεύεται τροφοδοτώντας την με παραδείγματα που είναι πολύ πιθανό να εμφανιστούν κατά την εκτέλεση της μηχανής.

Η μηχανή Boltzmann μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταξινόμηση εικόνων ή τη δημιουργία νέων παραδειγμάτων του τύπου μοτίβου στο οποίο εκπαιδεύτηκε. Ο Hinton βασίστηκε σε αυτό το έργο, συμβάλλοντας στην έναρξη της σημερινής εκρηκτικής ανάπτυξης της μηχανικής μάθησης.