Нейросеть предсказала ответ Барри, решись Ив позвать его на выпускной в 1997-м

В начале апреля на сайте научных препринтов arXiv появилась статья Ив Армстронг, специалиста по нейронным сетям из института BioCircuits при Калифорнийском университете в Сан-Диего (США). На протяжении 20 лет ее терзал вопрос, как все могло бы обернуться, если бы она отважилась пригласить на выпускной вечер свою школьную пассию – ушлого юнца по имени Барри Коттонфилд. Сказал бы он ей «Да»? Или «Нет»? А может, промычал бы что-то несуразное и улизнул? Чтобы разрешить загадку, Ив прибегла к помощи нейросети. И хотя дата препринта недвусмысленно указывает на шуточность исследования, читать его очень интересно и весело, а вступительную часть мы и вовсе перескажем почти целиком.

Barry Cottonfield
Барри Коттонфилд в 1997 году.

«Барри Коттонфилд, согласно историческим свидетельствам, был дерзким, беспринципным нахалом с успеваемостью ниже среднего, которого местная полиция подозревала в серийных кражах соседских кошек, хотя доказать его вину оказалась не в состоянии. Но никто его не знал лучше меня.

Впервые я обратила на него внимание во втором классе, когда он сидел напротив меня на качелях, и в тот момент он показался мне глубоко многослойным: загадочная душа, исполненная скрытой мощи, движимой потаенными и, вероятно, нестабильными наклонностями. Ей-богу, она отражалась где-то в его выразительных глазах, стоило только присмотреться. Частично это ощущение подтвердилось, когда он несколько минут удерживал меня своим весом наверху на качелях, пока не вмешался смотритель игровой площадки. Как уже было отмечено, не многие были способны разглядеть все тонкости его натуры. Дело в том, что никто не прилагал для этого неимоверных усилий. Я бы даже сказала, навязчивых.

На протяжении четырех лет в старших классах мы с Барри многократно общались в школьных коридорах на переменах. Я засыпала его вопросами о его привычках, причудах, пристрастиях, самых светлых планах, самых кровавых тайнах и о его эссенциальной идентичности. Я делала себе множество пометок всякий раз, как он удостаивал меня ответа, и позже преобразовала их в дневник (точнее, дневники – пять томов). Частота моих записей несколько снизилась к концу выпускного года, так как к тому моменту Барри просек, что можно избежать моей компании, если улизнуть из класса на две минуты раньше (на выработку этого навыка у него ушло 3,5 года). С моей стороны зачастую требовалась максимальная прыть, чтобы поймать его. Но оно того стоило. Он был очаровательным.

Тем не менее я так и не набралась смелости пригласить Барри на выпускной вечер. Это обстоятельство стало для меня наваждением, мне всегда хотелось знать, каким мог быть его ответ. Но как это узнать? Связаться с Барри и спросить его не представляется возможным в силу судебного запрета, выданного мне в 2002 году. Однако я сохранила дневники, и на их основе можно было бы составить примерное представление о личности Барри, чтобы задним числом предсказать его ответ. Для этой цели можно прибегнуть к искусственным нейронным сетям.

Нейросети – это один из алгоритмов машинного обучения, где на основе принципов нейробиологии методом тренировки создается архитектура, призванная смоделировать способность реального мозга обрабатывать информацию. Этот искусственный мозг, удивительно глупый по человеческим стандартам (да и по дрозофильским и моллюсковским тоже), тем не менее учится быть глупым довольно быстро, а значит, может служить мощным инструментом для определенных прогностических целей.

Сочетание относительно низкой смышленности и ограниченной полезности нейросетей хорошо соответствуют самому объекту – Барри Коттонфилду. Так что они прекрасно подходят для создания искусственного Барри с целью изучить его стратегии принятия решений. В частности, для воссоздания мозга Барри на момент времени, предшествующий школьному выпускному в мае 1997 года».

Brain becoming Barry

Чтобы построить модель обучаемого Барри, Ив Армстронг вначале составила схему «Барри нулевого порядка» (слева на иллюстрации выше). В левом ряду расположены 137 искусственных входных нейронов, верхний из которых принимает сигналы – простые базовые вопросы о личности Барри (таблица 1, всего 10 002 вопроса), ответы на которые известны из дневников («да» или «нет»). Остальные 136 характеризуют факторы среды, только в данном случае они не влияют на ответы. Таким образом происходит определение синаптических весов связей нейронов скрытого слоя (центральный ряд, 1000 нейронов) – этот слой, собственно, и является аналогом мозга Барри.

На следующем этапе происходит «тонкая настройка» Барри нулевого порядка (справа на иллюстрации). Теперь ему задаются вопросы, требующие размышлений и принятия решений (таблица 2), и они уже могут зависеть от внешних факторов, таких как время суток, способ опроса (тайная записка или вербальный вопрос), одежда интервьюера. Например, поскольку на базовый вопрос «Твой любимый цвет бежевый?» Барри дал утвердительный ответ, то на вопрос второго этапа «Можешь одолжить пять баксов?» ответ, возможно, будет положительным при условии, что интервьюер одет в бежевую блузку. Значительная часть вопросов из второго списка задавалась многократно в разных условиях контекста, поясняет автор.

Becoming Barry Tweaking

Полученные на втором этапе ответы оказались стабильны при всех внешних факторах, пишет Ив Армстронг, за исключением одного: была ли у Барри недавно драка с надоедливой младшей сестренкой Дженис. В связи с этим второй этап обучения пришлось осуществить дважды – с учетом и без учета драки. Предшествовавшая драка влияла на синаптические веса, полученные на первом этапе, в восемь раз больше, чем ее отсутствие. «Это говорит о том, что из-за драки с сестрой Барри был раздосадован достаточно, чтобы не быть самим собой в момент опроса», – отмечает Ив Армстронг. Так что для прогнозов было решено использовать результаты обучения нейросети, у которой не было недавней драки с Дженис.

Дженис Коттонфилд в 1997 году.

Впрочем, даже в сценарии без драки обнаружилось 2% вопросов, ответы на которые не были стабильными после обучения нейросети. «В частности, Барри быстро выучил, что у него десять пальцев на ногах, но на вопрос, будут ли у него десять пальцев завтра, так и не научился давать надежный ответ», – пишет Армстронг. Все эти вопросы имели кое-что общее – они требовали от Барри представить будущее. Возможно, это внутренняя проблема, которая связана с обучением системы, не имеющей памяти. «С другой стороны, быть может, наш экспериментальный дизайн недооценивает способности Барри: то, что завтра у него останутся десять пальцев на ногах, хоть и высоко вероятно, однако не гарантировано», – добавляет автор.

Так или иначе, был определен оптимальный набор факторов, который в сценарии без драки с Дженис выдавал высокую вероятность положительного ответа на заветный вопрос о выпускном вечере. Наиболее весомым оказался способ приглашения: секретная записка была предпочтительнее устного вопроса. Кроме того, бордовое мини-платье немного повышало шансы в сравнении с другими 726 предметами гардероба всевозможных оттенков. Остальные факторы оказывали на искусственного Барри весьма незначительное влияние. В результате из более тысячи попыток с выбранными оптимальными параметрами Барри соглашался пойти с Ив на выпускной в 87,2% случаев. Ура!

pipe cleaner neurons
Нейроны из пушистой проволоки для чистки трубок собрались в нейросеть после 27-секундной тряски в пакете. Фото: Armstrong, 2016.

«Я потратила дьявольское количество времени на все это, обращалась в журналы Cell, Neuron, Journal of Neurophysiology, но все они отказали в публикации без объяснения причин», – признается Ив Армстронг в интервью блогу Retraction Watch. Ей не привыкать – ее прошлогодняя первоапрельская статья «Пушисто-проволочная модель динамики нейронных сетей» по-прежнему висит в архиве неопубликованной.

Что же касается Барри, то в итоге он пошел на выпускной с пиньятой, наряженной в принцессу. «Он бил по ней стиком для лакросса, пока из нее не вывалилась конфета, затем иссосал ее и ушел, – вспоминает Ив. – Это было очень странно».


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: arXiv (Armstrong, 2017)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. Пожалуйста, не копируйте текст в соцсети целиком, мы хотим, чтобы наши статьи читали на нашем сайте, попутно замечая и другие наши прелестные статьи. С уважением, Батрахоспермум.

time-flies-like-an-arrow-fruit-flies-like-a-banana

Вас также могут заинтересовать статьи:
Квантовая теория юмора
Униполярный Хо и его обогащенная безумием жизнь
Обзор научных новостей от 1 апреля 2017 года


Комментарии:

2 comments

Высказать свое мудрое мнение