Sự khác nhau giữa AI, Machine Learning và Deep Learning

Đây là bài viết đầu tiên trong series nhiều phần giải thích các nguyên tắc cơ bản của deep learnining – nhà báo Michael Copeland. Đọc thêm Deep learning là gì?

Trí tuệ nhân tạo (AI) là tương lai. Trí tuệ nhân không chỉ là khoa học viễn tưởng mà còn là một phần của cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nó phụ thuộc vào mục tiêu phát triển AI của bạn

Ví dụ: Khi AlphaGo của Google đánh bại kì thủ cờ vây quốc tế người Hàn Quốc Lee Se-Dol vào năm 2016. Thuật ngữ AI, machine learning và deep learning được giới truyền thông sử dụng để mô tả chiến thắng của DeepMind. Cả AI, machine learning và deep learning đều góp phần tạo nên chiến thắng của AlphaGo trước kì thủ Se-Dol. Nhưng chúng không giống nhau.

Cách đơn giản nhất để hình dung về mối quan hệ của 3 khái niệm trên là dùng sơ đồ Venn. AI – ý tưởng đầu tiên – lớn nhất, sau đó là machine learning, và cuối cùng là deep learning – yếu tố thúc đẩy sự bùng nổ của AI ngày nay .

Từ mờ nhạt đến sự bùng nổ

AI là một phần trong trí tưởng tượng của chúng ta và là chủ đề bàn luận sôi nổi trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu kể từ khi một nhóm các nhà khoa học máy tính sử dụng thuật ngữ này tại Hội nghị Dartmouth vào năm 1956 – lĩnh vực AI bắt đầu từ đó. Trong nhiều thập kỷ sau đó, AI được dự đoán là chìa khóa mở ra một tương lai tươi sáng nhất của nền văn minh nhân loại, khái niệm harebrained của over-reach propellerheads sẽ bị vứt bỏ. Thành thật mà nói, cho đến năm 2012, nó có một chút là sự kết hợp cả hai.

Trong vài năm trở lại đây, AI thật sự bùng nổ, đặc biệt là từ năm 2015. Phần lớn trong số đó liên quan đến những tiện ích sẵn có của GPU khiến cho việc xử lý song song nhanh, rẻ và mạnh mẽ hơn. Nó cũng liên quan đến cả vấn đề lưu trữ vô hạn trong thực tiễn và nhóm dữ liệu trên mỗi vạch (toàn bộ quá trình Big Data) – hình ảnh, văn bản, giao dịch, sơ đồ dữ liệu…

Cùng điểm qua chặng đường các nhà khoa học máy tính đã phát triển AI từ mờ nhạt để trở thành một sự bùng nổ với các ứng dụng được sử dụng bởi hàng trăm triệu người mỗi ngày.

Trí tuệ nhân tạo – trí tuệ con người được mô phỏng bởi máy móc

Trở lại mùa hè năm 1956, ước mơ của những nhà tiên phong về công nghệ bấy giờ là xây dựng các máy móc phức tạp – có đặc điểm giống với trí thông minh con người. Đây là khái niệm mà chúng ta nghĩ là “General AI” – những thiết bị hoàn hảo có tất cả các giác quan của con người (có thể nhiều hơn), có khả năng suy đoán, suy nghĩ như chúng ta. Có thể bạn đã nhìn thấy nó trong một loạt các bộ phim như friend —  C-3PO —  and foe —  The Terminator. Tuy nhiên, General AI vẫn còn nằm trong các bộ phim và tiểu thuyết khoa học viễn tưởng vì lý do nhân đạo. Chúng ta không thể thực tế nó, hoặc ít nhất là chưa phải lúc này.

Những gì chúng ta có thể làm, rơi vào khái niệm “Narrow AI“. Các công nghệ có khả năng thực hiện các nhiệm vụ cụ thể tương đương, hoặc tốt hơn con người có thể làm. Ví dụ về Narrow AI là những thứ như phân loại hình ảnh trên một dịch vụ như Pinterest và nhận dạng khuôn mặt trên Facebook.

Đó là những ví dụ về Narrow AI trong thực tế. Những công nghệ này thể hiện một số khía cạnh của trí thông minh con người. Nhưng bằng cách nào? Trí tuệ đó ​​đến từ đâu? Điều đó đưa chúng ta tới vòng tròn tiếp theo, Machine learning.

Machine learning – Cách tiếp cận để chinh phục  trí tuệ nhân tạo

Machine learning theo định nghĩa cơ bản là ứng dụng các thuật toán để phân tích cú pháp dữ liệu, học hỏi từ nó, và sau đó thực hiện một quyết định hoặc dự đoán về các vấn đề có liên quan. Vì vậy, thay vì code phần mềm bằng cách thức thủ công với một bộ hướng dẫn cụ thể để hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, máy được “đào tạo” bằng cách sử dụng một lượng lớn dữ liệu và các thuật toán cho phép nó học cách thực hiện các tác vụ.

Machine learning bắt nguồn từ các định nghĩa về AI ban đầu, và các phương pháp tiếp cận thuật toán qua nhiều năm bao gồm:logic programming, clustering, reinforcement learning, and Bayesian networks. Như chúng ta đã biết, không ai đạt được mục tiêu cuối cùng của General AI, và thậm chí cả Narrow AI hầu hết là ngoài tầm với những phương pháp tiếp cận Machine learning sơ khai.

Một trong những lĩnh vực ứng dụng tốt nhất cho Machine learning trong nhiều năm qua là computer vision, mặc dù nó vẫn đòi hỏi rất nhiều kỹ năng code thủ công để có thể hoàn thành công việc. Mọi người vẫn sẽ viết các lớp phân loại bằng tay như các bộ lọc để chương trình có thể xác định nơi mà một đối tượng bắt đầu và kết thúc. Phát hiện hình dạng để xác định nếu nó có tám mặt. Một phân loại để nhận dạng các chữ cái “S-T-O-P”. Từ tất cả những ứng dụng phân loại, họ sẽ phát triển các thuật toán để làm cho hình ảnh và “học” khả năng nhận diện dấu hiệu liệu nó có phải là kí hiệu stop hay không? .

Tốt, nhưng không hoàn toàn hoàn hảo. Đặc biệt vào một ngày sương mù khi tầm nhìn không thấy rõ, hoặc cây che khuất một phần. Đó là lý do khiến computer vision và image detection không gây được thiện cảm, vì nó quá nhạy cảm và dễ phát sinh lỗi.

Thời gian, và ứng dụng đúng thuật toán đã tạo ra sự khác biệt.

Deep learning – Kỹ thuật để hiện thực hóa Machine learning 

Một phương pháp tiếp cận thuật toán khác từ cộng đồng machine-learning, Artificial Neural Networks, được nhắc đến nhiều thập kỷ qua. Neural Networks được lấy cảm hứng từ sự hiểu biết về sinh học của bộ não loài người – sự liên kết giữa các nơ-ron. Tuy nhiên, không giống như một bộ não sinh học nơi mà bất kỳ nơ-ron nào cũng có thể liên kết với các nơ-ron khác trong một khoảng cách vật lý nhất định, các mạng thần kinh nhân tạo này có các lớp rời rạc, các kết nối, và các hướng truyền dữ liệu.

Chẳng hạn, bạn có thể lấy một hình ảnh, cắt nó thành một nhóm được đặt vào lớp đầu tiên của mạng thần kinh nhân tạo. Trong lớp đầu tiên các nơ-ron cá nhân truyền dữ liệu đến lớp thứ hai. Lớp thứ hai của nơ-ron làm nhiệm vụ của nó, và như vậy, cho đến khi lớp cuối cùng và cho ra sản phẩm cuối cùng.

Mỗi nơ-ron đảm nhiệm một chức năng – làm thế nào để biết chính xác liệu rằng nó có liên quan đến nhiệm vụ đang được thực hiện. Vì vậy, suy nghĩ về điểm dừng là một dấu hiệu. Các thuộc tính của một hình ảnh dấu hiệu “dừng” được cắt nhỏ và được “kiểm tra” bởi các nơ-ron – dạng hình trụ, màu đỏ của các động cơ cháy, các chữ cái đặc trưng, ​​kích thước biển báo giao thông, và sự chuyển động hoặc sự thiếu hụt của nó. Nhiệm vụ của mạng thần kinh là để kết luận liệu đây có phải là dấu hiệu dừng hay không. Nó đi kèm với một “vector xác suất”. Trong ví dụ của chúng ta, hệ thống có thể xác định chắc chắn đến 86% một dấu hiệu dừng, 7% rằng đó là một dấu hiệu giới hạn tốc độ, và 5% còn lại là một con diều bị mắc kẹt trong cây,( hoặc cái gì đó tương tự)  vv … và kiến ​​trúc mạng sau đó sẽ thông báo đến mạng nơron cho dù đó là đúng hay sai.

Thậm chí ví dụ này cũng là một sự tiến bộ, bởi vì mạng lưới thần kinh đã có thể làm được tất cả nhưng bị xa lánh bởi cộng đồng nghiên cứu về AI. Nó đã có mặt từ những ngày đầu tiên của AI, và tạo ra rất ít sản phẩm “trí tuệ”. Vấn đề là ngay cả những mạng nơ-ron cơ bản nhất cũng có tính toán rất cao, nó không phải là cách tiếp cận thực tiễn. Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu nhỏ do Geoffrey Hinton thuộc trường đại học Toronto đứng đầu, cuối cùng đã parallelizing các thuật toán cho siêu máy tính để chạy và chứng minh khái niệm, nhưng nó không chính xác cho đến khi GPU được triển khai .

Nếu chúng ta quay trở lại ví dụ “ký hiệu dừng”, rất có thể là khi mạng đang được điều chỉnh hoặc được “đào tạo” thì sẽ có câu trả lời sai – rất nhiều. Những gì nó cần là luyện tập. Nó cần phải nhìn thấy hàng trăm ngàn, thậm chí hàng triệu hình ảnh, cho đến khi trọng lượng của đầu vào nơ-ron được điều chỉnh chính xác đến mức nó có được câu trả lời ngay trong thực tế mọi lúc – sương mù hoặc không có sương mù, nắng hoặc mưa. Vào thời điểm đó mạng thần kinh đã tự dạy cho nó một dấu hiệu dừng như thế nào; Hoặc khuôn mặt của mẹ bạn trong trường hợp của Facebook. Hay một con mèo, đó là điều mà Andrew Ng đã làm trong năm 2012 tại Google.

Sự đột phá của Ng là đưa các mạng thần kinh này, và làm cho chúng trở nên to lớn, tăng số layer và các nơ-ron, sau đó chạy một khối lượng lớn dữ liệu thông qua hệ thống để huấn luyện nó. Trong trường hợp của Ng, đó là hình ảnh từ 10 triệu video trên YouTube. Ng đặt “deep” vào deep learning, mô tả tất cả các lớp trong các mạng nơron này.

Ngày nay, khả năng nhận dạng hình ảnh của máy móc được luyện tập thông qua deep learning trong một số tình huống tốt hơn so với con người. AlphaGo của Google đã được huấn luyện chơi cờ vay – nó điều chỉnh mạng lưới thần kinh của mình bằng cách tự mình chống lại chính mình.

Nhờ Deep learning, AI có một tương lai tươi sáng

Deep Learning đã cho phép ứng dụng nhiếu vấn đề thực tế của máy học và bằng cách mở rộng lĩnh vực tổng thể của AI. Deep learning phá vỡ các cách thức con người làm việc bằng cách làm cho tất cả các loại máy móc trợ giúp có thể thực hiện được, gần hoặc giống hệt con người.

Ô tô không người lài, chăm sóc sức khoẻ tốt hơn, thậm chí cả đề xuất về bộ phim tốt hơn, tất cả đều hiện thực trong thời đại ngày nay. AI là hiện tại và tương lai. Với sự trợ giúp của Deep Learning, AI có thể hiện thức hóa ước mơ khoa học giả tưởng mà chúng ta đã tưởng tượng từ rất lâu. Bạn có một C-3PO, tôi sẽ lấy nó. Bạn có thể giữ Terminator của bạn.

• Muốn biết cách thức hoạt động của Deep Learning? Hãy đọc hướng dẫn nhanh sau!
• Ứng dụng Deep Learning cho bài toán nhận diện chữ viết OCR
• Xây dựng hệ thống kiểm soát nhận dạng khuôn mặt với OpenCV Dlib và Deep Learning

Xem thêm việc làm Data Scientist mới nhất tại TopDev

TopDev via Blogs Nvidia