Arthur Lee Samuel – a gépi tanulás úttörője
Korai karrier és tudományos háttér
Arthur Lee Samuel 1901. december 5-én született Emporia városában, Kansasben. Wikipedia
Tanulmányait a College of Emporia-ban kezdte, ahol 1923-ban villamosmérnöki alapképzést végzett. Wikipedia Később az MIT-en szerzett M.S. fokozatot (1926), majd tanított is ott. history.computer.org A tudományos pálya kezdetén a Bell Telephone Laboratories-nél dolgozott 1928-tól, főként elektroncsöves (vacuum tube) elektronikával, radarrendszerek fejlesztésével. history.computer.org
Az IBM-hoz való átállás és a checkers játékprogram
1949-ben csatlakozott az IBM Poughkeepsie-i laborjához, amely akkoriban az IBM első “stored program” gépén, az IBM 701-en dolgozott. computinghistory.org.uk
Az IBM 701 gép memóriája Williams-csöves volt, ami azt jelentette, hogy a biteket katódsugárcsöves (CRT) megjelenítésű képernyőn töltötték fel szemölcs-szerű fényes-kevésbé fényes foltokkal. Samuelnek sikerült ebben a rendszerben 512 helyett 2048 bitet tárolni, és a gép megbízhatóságát is növelni (átlagos hibamentes működési időt emelni). computinghistory.org.uk
Samuel fő célja az volt, hogy bemutassa: a számítógép nemcsak előre beprogramozott utasításokat követhet, hanem tapasztalatból tanulhat, és folyamatosan javíthatja stratégiáját. A választás a “checkers” (amerikai dáma) játékra azért esett, mert stratégiailag elegendően összetett, mégis kezelhető volt az akkori számítógépes erőforrásokkal. ebiquity.umbc.edu
Gépi tanulás korai technikái
Samuel alkalmazott egy sor módszert, amelyek ma előfutárai a modern gépi tanulási technikáknak:
Rote learning – a gép tárolta azokat a játszmákat / board-állapotokat, amelyeket „láttak”, és azokhoz a végkimenetelt (eredményt) párosította, hogy később hasonló helyzetekben tudjon “emlékezni”. Wiley Online Library
Értékelő függvény (evaluation function) – minden lépésnél a gép egy függvényt alkalmazott, amely a táblakép (board position) alapján pontozott; ez a pontszám segítette abban, hogy eldöntse: mely lépés lehet jobb. ebiquity.umbc.edu
Előre-néző fa (look-ahead search), minimax‐, alpha-beta pruning – Samuel korán alkalmazott olyan keresési technikákat, amelyek segítségével a lehetséges jövőbeli lépéseket is figyelembe vette; az alpha‐beta pruning (az alpha-beta metódus használata) lehetővé tette, hogy kevesebb ágban kelljen vizsgálódni, és így mélyebben tudjon keresni. dl.acm.org
Jelentős mérföldkövek és eredmények
„Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers” (1959) – ebben Samuel bemutatta, hogy számítógép (azon a gépen) képes tanulni úgy, hogy csak a játékszabályokat ismeri kezdetben, plusz paramétereket, amelyekről nem tudjuk, milyen súllyal kell szerepelniük, de tapasztalat alapján finomítja őket. ACM Digital Library
„Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers II: Recent Progress” (1967) – ahol tovább fejlesztette a signature tables (táblázatok, amelyek gyakran előforduló board-állapotokat tárolnak), a könyvtár-tanulást (“book learning”), és az előre-néző/fa-keresés hatékonyságának növelését pruning technikákkal. ACM Digital Library
Játék a valódi emberi bajnokkal – amikor Samuel programja játszott egy Connecticut állami dáma bajnokkal, aki az Egyesült Államok negyedik helyén állt. A program nyert, és ez a játszma bekerült egy antológiába, magyarázatokkal együtt. History.computer.org
Élete későbbi szakmai szakasza és más tevékenységek
1966-ban nyugdíjba vonult az IBM-től, ekkor csatlakozott a Stanford Egyetemhez, ahol kutatással és tanítással foglalkozott.
Stanfordban nemcsak a checkers programot finomítgatta tovább (amíg a 1970-es években más, fejlettebb programok felülmúlták), de dolgozott beszédfelismerésen is.
Emellett részt vett a TeX közösségben: 1983-ban kiadott egy útmutatót „First Grade TeX: A Beginner’s TeX Manual” címen. Wikipedia
Aktív programozó maradt idős koráig; még 80 felett is dolgozott a Stanford gépein – például sokáig nyomtatási (typography / multiple-type fonts) szoftverek módosításán, dokumentációk írásán.
Érdekességek
„15 pont az IBM részvényein” – Amikor bemutatta a checkers programot az IBM 701-en, egy anekdota szerint Thomas J. Watson Sr., az IBM elnöke megjegyezte, hogy ez a demonstráció „15 ponttal fogja felvinni az IBM részvények árát”. És állítólag ez be is következett.
Samuel saját visszaemlékezéseiben említi, hogy amikor elkezdte megírni a checkers programot, először olyan gépet képzelt el, amely még nem is létezett; szoftver utasításokat „álmodott meg”, amint szükség volt rájuk. Azaz kreativebb módon formálta a problémát: nem várt, hogy a hardver vagy a korlátok optimálisak legyenek, hanem dolgozott azzal, ami rendelkezésre állt. i-programmer.info
A program viszonylag rövid idő alatt (néhány órányi gépi játszással – általában 8-10 óra) képes volt olyan stratégiákat elsajátítani, hogy javítsa a játéktudását. ACM Digital Library
Egy másik érdekes vonás: az, hogy Samuel programja nem csak önmagától vagy emberi játszmák alapján tanult, hanem gyakran keverte a tanulási forrásokat: könyvekből származó “annotated games”-ből (pl. Lee’s Guide to Checkers), saját játszmákból és értékelő függvények finomításából. Ez sokkal összetettebb megoldás volt, mint azt sokan gondolták volna abban az időben. Wiley Online Library
Halála és elismerések
Samuel 1990. július 29-én hunyt el Stanfordban, kaliforniai Menlo Park / Stanford Hospital közelében, Parkinson-kór következményeként. history.computer.org Elismerései között szerepel a Computer Pioneer Award (1987) az IEEE Computer Society-től. Wikipedia
Javasolt további kutatási források a teljes életmű feltárásához
A következő helyeken kereshetsz további publikációkat, technikai jelentéseket, levelezéseket, dokumentumokat:
Stanford University Archives / Arthur Lee Samuel Papers – Stanford Egyetem könyvtára tartja a Samuel személyes papírjait, jegyzeteit, C.V.-jét, levelezéseket, előadásokat. A „Guide to the Arthur Lee Samuel Papers” tartalmazza, hogy mely dokumentumok állnak rendelkezésre.
IEEE Xplore / JSTOR / ACM Digital Library – sok korai cikk (pl. IBM R&D Journal) digitalizálva létezik, DOI-k keresésével.
IBM Journal of Research and Development – régi számok vizsgálata; Samuel több cikke jelent meg itt.
Stanford University Technical Reports – pl. Stanford CS jelentések, amelyeket Samuel készített: pl. TeX manual, egyes belső riportok (Stan-CS-XXXX).
Antológiák és AI történelemi könyvek – például Computers and Thought (Feigenbaum & Feldman), AI történeti áttekintők, konferenciaanyagok, interjúk.
Arthur L. Samuel – Válogatott publikációk és írások (időrendben)
1946 – The Gas-Discharge Transmit-Receive Switch
Megjelenés: Bell System Technical Journal
Szerzők: Arthur L. Samuel, J.W. Clark, W.W. Mumford
Leírás: Ez a cikk a második világháború utáni mérnöki kutatások körébe tartozik. Samuel ekkor még nem az MI-vel foglalkozott, hanem a rádiótechnika és radarfejlesztés területén dolgozott. A tanulmány a TR (transmit–receive) kapcsoló működését írta le, amely lehetővé tette a radarok biztonságos váltását az adás és vétel között – kulcskomponens volt a korszak radarberendezéseiben.
1953 – Computing Bit by Bit, or Digital Computers Made Easy
Megjelenés: Proceedings of the Institute of Radio Engineers (IRE)
Leírás: Egy közérthető ismeretterjesztő munka, amelyben Samuel a digitális számítógépek alapjait magyarázta el. Ez a szöveg fontos szerepet játszott abban, hogy a szélesebb mérnöki közösség és a közvélemény jobban megértse, hogyan működnek a számítógépek, és mire lehet őket használni.
1959 – Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers
Megjelenés: IBM Journal of Research and Development
Leírás: Samuel leghíresebb publikációja, amelyben először mutatta be a „gépi tanulás” koncepcióját. A cikk részletesen ismerteti a dámázó programját, amely képes volt saját tapasztalataiból tanulni. Samuel kétféle módszert alkalmazott: tanulás emberi játszmákból és önálló öntréning (self-play). A cikk mérföldkő, mert itt jelent meg először tudományos szövegben a machine learning kifejezés, és az algoritmusai előfutárai a modern reinforcement learning technikáknak.
1963 – Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers (újranyomtatás és bővítés)
Megjelenés: Computers and Thought, szerk. Edward Feigenbaum és Julian Feldman, McGraw-Hill
Leírás: Az 1959-es alapcikk újranyomtatott és kibővített változata, amelyben Samuel egy kommentált játszmát is bemutatott. Ez a változat az első MI-antológiák egyikében jelent meg, így a szélesebb tudományos közösség ismerhette meg Samuel munkáját. Szerepe kulcsfontosságú volt abban, hogy a mesterséges intelligencia külön tudományterületté váljon.
1964 – Computers in 1984: The Banishment of Paper-Work
Megjelenés: New Scientist
Leírás: Egy jövőbe tekintő esszé, amelyben Samuel a számítógépek potenciális társadalmi hatásairól elmélkedett. Különösen az irodai munkák digitalizációját és a papíralapú adminisztráció visszaszorulását vizionálta – ami azóta valóra is vált. Ez a cikk jól mutatja Samuel gondolkodásának előrelátó jellegét, túl a tisztán technikai kutatásokon.
1967 – Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers II: Recent Progress
Megjelenés: IBM Journal of Research and Development
Leírás: A dámaprogram folytatott fejlesztéseiről szóló publikáció. Samuel itt új módszereket mutatott be, például a signature tables alkalmazását, amely elősegítette a hatékonyabb keresést és értékelést a játék során. Ez a cikk megmutatta, hogy a gépi tanulás folyamatosan fejleszthető rendszer, és lefektette a mélyebb tanulási módszerek előzményeit.
1983 – First Grade TeX: A Beginner’s TeX Manual
Megjelenés: Stanford Computer Science Department, Technical Report STAN-CS-83-985
Leírás: Samuel érdeklődése élete vége felé a dokumentumkészítő rendszerek és a TeX felé fordult. Ez a kézikönyv a kezdőknek nyújtott gyakorlati útmutatót a TeX rendszer használatához. Bár távol áll a gépi tanulástól, mégis bizonyítja Samuel sokoldalúságát és azt, hogy a számítógépes eszközök szélesebb körű elérhetőségét is fontosnak tartotta.
1990 – In Memoriam: Arthur Lee Samuel – Pioneer in Machine Learning
Megjelenés: AI Magazine, Vol. 11, No. 3 (John McCarthy tollából)
Leírás: Röviddel Samuel halála után John McCarthy, az MI másik úttörője írt róla méltató cikket. A közlemény kiemeli Samuel gépi tanulásban betöltött szerepét, és azt, hogy ő volt az, aki ténylegesen működő példát adott a tanuló számítógépekre.
1991 – Samuel Was Artificial Intelligence Pioneer
Megjelenés: Computing Research News (Carolyn E. Tajnai)
Leírás: Egy életrajzi jellegű visszatekintés Samuel életére és munkásságára. Részletes személyes adatokat és IBM-es időszakáról szóló információkat is tartalmaz.
1992 – Arthur Lee Samuel (1901–90)
Megjelenés: IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 14, No. 3 (szerző: E.A. Weiss)
Leírás: Tudományos igényű életrajzi tanulmány, amely Samuel munkásságát a szélesebb MI-történeti kontextusba helyezi. Az egyik legfontosabb történeti forrás a gépi tanulás eredetének kutatásához.
Összegzés
Ez a bibliográfia jól mutatja Samuel pályájának ívét:
- a mérnöki és elektronikai munkáktól (1940-es évek),
- az MI forradalmi alapműveiig (1950–1960-as évek),
- a későbbi, sokoldalú számítástechnikai érdeklődésig (1980-as évek),
- majd a róla szóló megemlékezésekig (1990-es évek).
Arthur L. Samuel – APA bibliográfia élő DOI-linkekkel
Samuel, A. L., Clark, J. W., & Mumford, W. W. (1946). The gas-discharge transmit-receive switch. Bell System Technical Journal, 25(1), 48-101. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1946.tb00896.x Wiley Online Library
Samuel, A. L. (1953). Computing bit by bit, or digital computers made easy. Proceedings of the Institute of Radio Engineers, 41(10), 1220-1227. (DOI nem található megbízhatóan a forrásaimban.)
Samuel, A. L. (1959). Some studies in machine learning using the game of checkers. IBM Journal of Research and Development, 3(3), 210-229. https://doi.org/10.1147/rd.33.0210 bibbase.org
Samuel, A. L. (1963). Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers. In E. A. Feigenbaum & J. Feldman (Eds.), Computers and Thought (pp. 71-105). McGraw-Hill. (ISBN / DOI-adat nem találtam megbízhatóan.)
Samuel, A. L. (1964). Computers in 1984: The banishment of paper-work. New Scientist, 21(386), 484-487. (DOI-ja nem elérhető az általam talált forrásokban.)
Samuel, A. L. (1967). Some studies in machine learning using the game of checkers II: Recent progress. IBM Journal of Research and Development, 11(6), 601-617. https://doi.org/10.1147/rd.116.0601 ACM Digital Library
Samuel, A. L. (1983). First grade TeX: A beginner’s TeX manual (Technical Report STAN-CS-83-985). Stanford University, Department of Computer Science. (DOI nem található; belső jelentés / technikai riportként szerepel.)
McCarthy, J. (1990). In memoriam: Arthur Lee Samuel—Pioneer in machine learning. AI Magazine, 11(3), 10-11. https://doi.org/10.1609/aimag.v11i3.840 ebiquity.umbc.edu
Tajnai, C. E. (1991). Samuel was artificial intelligence pioneer. Computing Research News, 3(5), 1-2. (DOI nem található az általam talált forrásokban.)
Weiss, E. A. (1992). Arthur Lee Samuel (1901-90). IEEE Annals of the History of Computing, 14(3), 67-71. https://doi.org/10.1109/85.170726 ebiquity.umbc.edu