Marvin Minsky
Seymour Papert
Marvin Minsky és Seymour Papert: Az MI-kutatás két ikonikus alakja és a Perceptron-vita
A mesterséges intelligencia (MI) története tele van briliáns elmével, de kevés páros gyakorolt akkora hatást a területre, mint Marvin Minsky és Seymour Papert. Ők ketten nemcsak úttörők voltak az „emberi értelem modelljeinek” és az MI-szimbólumok logikájának fejlesztésében, hanem az 1969-es, ellentmondásos „Perceptrons” című könyvükkel egy „MI tél” kirobbanásához is hozzájárultak, ami drámai módon befolyásolta a neurális hálózatok kutatását évtizedekre. Munkásságuk azonban sokkal több volt ennél: megalapozták a tudásreprezentációt, a gépi látást és a számítógépes tanulást.
Marvin Minsky: A gondolkodás építésze
Marvin Lee Minsky 1927. augusztus 9-én született New Yorkban, zsidó családban. Már fiatalkorában rendkívül sokoldalú érdeklődéssel bírt; zongorázott, festett és persze matematikai problémákon gondolkodott. Az MIT-n szerzett diplomát matematikából, majd a Princetoni Egyetemen folytatta tanulmányait, ahol a pszichológia és az idegtudományok is érdekelték. Az 1950-es években doktorált a Princetonon, és már ekkor azon gondolkodott, hogyan lehetne gépekkel reprodukálni az emberi intelligenciát.
Minsky volt az egyik fő résztvevője a Dartmouth Konferenciának 1956-ban, ahol John McCarthy először használta a „mesterséges intelligencia” kifejezést. Ezután az MIT-re ment, ahol 1959-ben John McCarthyval együtt megalapította a Massachusetts Institute of Technology Artificial Intelligence Projectjét (később MIT AI Lab), amely az MI kutatás egyik legfontosabb központjává vált. Minsky víziója az volt, hogy az intelligenciát modulok, úgynevezett „ügynökök” (agents) hierarchiájaként kell felfogni, amelyek együttműködve hozzák létre a komplex gondolkodást. Ez a gondolat késztette a „Frames” és a „Society of Mind” elméleteinek kidolgozására.
Minsky „Frames” elmélete és az emberi értelem modelljei
Minsky „Frames” (Keretek) című, 1974-ben megjelent munkájában egy olyan struktúrát javasolt a tudás reprezentálására, amely az emberi gondolkodást modellezi. A „frame” egy adatstruktúra, amely egy adott helyzetre, tárgyra vagy eseményre vonatkozó elvárásokat és információkat tárolja. Például, ha valaki egy „szoba” keretet aktivál, azonnal eszébe jutnak a szobával kapcsolatos tipikus dolgok: falak, ajtó, ablakok, bútorok. Ez a modell segített az MI-rendszereknek abban, hogy a valós világot hatékonyabban értelmezzék, csökkentve a szükséges számítási időt. A keretek elmélete hatalmas hatással volt a tudásreprezentációra, a gépi látásra és a természetes nyelvfeldolgozásra.
Később, 1986-ban publikálta a „The Society of Mind” (Az értelem társadalma) című monumentális könyvét, amelyet Seymour Paperttel közösen írt. Ebben a műben Minsky azt az elméletet fejti ki, hogy az emberi elme nem egy egységes, monolitikus entitás, hanem sok, egyszerűbb, „szellemi ügynökből” álló „társaság”. Ezek az ügynökök, mindegyik a maga speciális feladatával, együttműködnek és versengenek egymással, hogy a komplex gondolkodást, problémamegoldást és tanulást létrehozzák. Ez a modularitás alapvető fontosságúvá vált az elosztott MI-rendszerek tervezésében és az öntanuló algoritmusok fejlődésében.
Seymour Papert: A konstruktivista és a LOGO megalkotója
Seymour Aubrey Papert 1928. február 29-én született Sydeny-ben, Ausztráliában. Dél-Afrikában nőtt fel, és a Johannesburgi Witwatersrand Egyetemen szerzett diplomát matematikából és fizikából. Később a Cambridge-i Egyetemen doktorált matematikából. Papert Piaget svájci pszichológus és pedagógus munkásságának mély ismerője volt, és ez nagyban befolyásolta az emberi tanulásról és a technológia oktatásban betöltött szerepéről alkotott nézeteit.
Minsky meghívására érkezett az MIT AI Labba, ahol a gépi tanulás és a gyermekek számítástechnikai oktatásának metszéspontján dolgozott. Legismertebb hozzájárulása a LOGO programozási nyelv kidolgozása volt az 1960-as évek végén. A LOGO, a híres „teknős grafikával”, lehetővé tette a gyermekek számára, hogy intuitív módon, játékosan ismerkedjenek meg a programozás alapjaival, elősegítve a konstruktivista tanulási megközelítést. Papert úgy vélte, hogy a számítógépek nem csupán eszközök, hanem a gondolkodás és a kreativitás fejlesztésének eszközei is lehetnek.
Az AI-szimbólumok logikájának fejlesztése
Minsky és Papert szorosan együttműködve fejlesztették az AI-szimbólumok logikáját, ami alapvető fontosságú volt az MI kutatásának korai szakaszában. Ez a megközelítés azon alapult, hogy az emberi tudás és a gondolkodás logikai szimbólumokká (pl. fogalmak, szabályok, relációk) alakítható, és ezekkel a szimbólumokkal lehet gépi érvelést és problémamegoldást végezni. Az ilyen típusú rendszerek, mint az expert rendszerek, szabálygyűjtemények alapján hoztak döntéseket. Ez a megközelítés uralta az MI-t az 1980-as évekig.
A „Perceptrons” című könyv és az „MI tél”
Minsky és Papert közös, leghíresebb és egyben legellentmondásosabb munkája az 1969-ben publikált „Perceptrons: An Introduction to Computational Geometry” (Perceptronok: Bevezetés a számítási geometriába) című könyv volt. Ebben a műben részletesen elemezték Frank Rosenblatt perceptron modelljének matematikai korlátait. Fő kritikus pontjuk az volt, hogy az egyrétegű perceptronok képtelenek megoldani egyszerűnek tűnő, de matematikailag nem lineárisan szeparálható problémákat, mint például az „XOR” (exkluzív vagy) logikai műveletet.
Ez a könyv hatalmas csapást mért a neurális hálózatok és a konnekcionista MI kutatásra. Mivel a könyv megjelenése idején a számítási teljesítmény még alacsony volt, és a többrétegű neurális hálózatok hatékony tanítására szolgáló algoritmusok (pl. backpropagation) még nem voltak széles körben ismertek vagy kidolgozva, Minsky és Papert kritikája gyakorlatilag leállította a neurális hálózatokkal kapcsolatos finanszírozást és kutatást évtizedekre. Ez az időszak az „MI tél” néven vonult be a történelembe.
Fontos kiemelni, hogy Minsky és Papert nem szándékosan akarta tönkretenni a neurális hálózatok kutatását; csupán tudományos alapokon vizsgálták a modellek korlátait. Azonban az akkori kontextusban, a túlzott ígéretek és a szűkös kutatási források miatt, a könyv rendkívül káros hatással volt a területre.
Az örökségük: Újjászületés és a modern MI alapjai
Bár a „Perceptrons” könyv hosszú ideig hátráltatta a neurális hálózatok fejlődését, Minsky és Papert munkásságának összessége alapvető fontosságú az MI fejlődésében. Minsky látnoki gondolatai a tudásreprezentációról (Frames) és az értelem moduláris felépítéséről (Society of Mind) továbbra is relevánsak a modern, komplex MI-rendszerek tervezésében. Papert pedagógiai munkája a LOGO-val pedig alapvetően formálta, ahogy a gyermekek és a felnőttek gondolkodnak a számítógépekről és a tanulásról.
Az MI tél az 1980-as években ért véget, amikor a számítási teljesítmény drámaian megnőtt, és a backpropagation algoritmus lehetővé tette a többrétegű neurális hálózatok hatékony tanítását. Ekkor derült ki, hogy Minsky és Papert kritikája csak az egyrétegű perceptronokra vonatkozott, és a több réteggel a hálózatok már képesek voltak az XOR-probléma és más komplex feladatok megoldására. A modern mélytanulás, amely a mai AI-forradalmat hajtja, végső soron Frank Rosenblatt perceptronjára és a többrétegű hálózatok tanítási módszereire épül, de Minsky és Papert munkássága nélkül a tudásreprezentáció és a logikai érvelés területén az MI ma sokkal szegényebb lenne.
Mindketten jelentős mérföldköveket állítottak fel az MI terén, és munkásságuk, még ha néha vitatott is volt, örökké inspirációt nyújt azoknak, akik az MI területén dolgoznak, és az emberi gondolkodást modellezik a gépekben. Minsky 2016-ban hunyt el, Papert 2016-ban.
Marvin Minsky Főbb Tudományos Publikációi
1) „Steps Toward Artificial Intelligence” (Lépések a mesterséges intelligencia felé)
Megjelenés éve: 1961
Kiadó: Proceedings of the IRE folyóirat, Vol. 49, No. 1, 8–30. oldalak.
Leírás: Ez a cikk egy áttekintés volt az MI kutatás akkori állásáról, és felvázolta azokat a kulcsfontosságú területeket, amelyeken dolgozni kell az intelligens gépek létrehozásához. Minsky összefoglalta a problémamegoldás, a nyelvi feldolgozás, a mintafelismerés és a tanulás kihívásait, és javaslatokat tett a lehetséges megoldásokra. Egyfajta „útitervként” szolgált az MI-kutatók számára.
2) „Semantic Information Processing” (Szemantikus információfeldolgozás)
Megjelenés éve: 1968 (könyv szerkesztőjeként)
Kiadó: MIT Press, Cambridge, MA.
Leírás: Minsky által szerkesztett gyűjtemény, amely a korai természetes nyelvfeldolgozás (NLP) kutatásainak fontos eredményeit tartalmazza. A könyv bemutatta, hogyan próbálták a gépek megérteni és értelmezni az emberi nyelvet, nem csupán a szavak szintjén, hanem a mögöttes jelentés (szemantika) alapján.
3) „Perceptrons: An Introduction to Computational Geometry” (Perceptronok: Bevezetés a számítási geometriába)
Megjelenés éve: 1969
Kiadó: MIT Press, Cambridge, MA.
Leírás: Seymour Paperttel közösen írt, rendkívül befolyásos könyv, amely a neurális hálózatok – pontosabban az egyrétegű perceptronok – matematikai korlátait vizsgálta. Bár technikai szempontból pontos volt, jelentősen hozzájárult az „MI tél” kirobbanásához azáltal, hogy elvonta a figyelmet a neurális hálózatok kutatásáról a szimbolikus MI felé.
4) „A Framework for Representing Knowledge” (Keretrendszer a tudás reprezentálására)
Megjelenés éve: 1974
Kiadó: MIT AI Memo 306 (később a The Psychology of Computer Vision című könyvben jelent meg, szerk. Winston, Patrick Henry).
Leírás: Ebben a kulcsfontosságú, „Frames” néven ismertté vált munkájában Minsky bemutatta a tudásreprezentáció egy új módszerét. A „frame” egy adatstruktúra, amely egy adott koncepcióra (pl. egy szoba, egy születésnap) vonatkozó elvárásokat és standard információkat tárol. Ez a keretrendszer lehetővé tette az MI-rendszerek számára, hogy hatékonyabban dolgozzák fel a valós világ információit, és nagymértékben befolyásolta a gépi látást és a természetes nyelvfeldolgozást.
5) „The Society of Mind” (Az értelem társadalma)
Megjelenés éve: 1986
Kiadó: Simon & Schuster, New York.
Leírás: Minsky legismertebb és legátfogóbb könyve (Seymour Paperttel is együttműködve), amelyben azt az elméletet fejti ki, hogy az emberi elme nem egy egységes egész, hanem sok, egyszerűbb, „szellemi ügynökből” álló „társaság”. Ezek az ügynökök együttműködve és versengve hozzák létre a komplex gondolkodást, a tanulást és a problémamegoldást. A könyv egy modularis megközelítést javasol az intelligencia megértésére és építésére, ami a modern MI-architektúrákra is hatással volt.
Seymour Papert Főbb Tudományos Publikációi
1) „Counter-Free Automata” (Számlálómentes automaták)
Megjelenés éve: 1962 (könyv, R. McNaughtonnal közösen)
Kiadó: MIT Press, Cambridge, MA.
Leírás: Ez a könyv a számításelmélet és az automataelmélet területén tett korai, fontos hozzájárulásokat tartalmazza, amely Papert matematikai hátterét és érdeklődését tükrözi a számítógépes modellek alapvető tulajdonságai iránt.
2) „Perceptrons: An Introduction to Computational Geometry” (Perceptronok: Bevezetés a számítási geometriába)
Megjelenés éve: 1969
Kiadó: MIT Press, Cambridge, MA.
Leírás: (Lásd Marvin Minsky publikációs listáján, mivel közös mű.)
3) „Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas” (Gondolatviharok: Gyerekek, számítógépek és erőteljes ötletek)
Megjelenés éve: 1980
Kiadó: Basic Books, New York.
Leírás: Ez Papert legismertebb és legbefolyásosabb könyve, amelyben a konstruktivista tanulás elméletét fejti ki, és bemutatja a LOGO programozási nyelv oktatási potenciálját. A könyv arról szól, hogyan segíthetnek a számítógépek a gyerekeknek abban, hogy aktív alkotókká váljanak a saját tudásuk felépítésében, ahelyett, hogy passzív befogadók lennének. A „teknős grafika” révén a LOGO forradalmasította a számítógépes oktatást.
4) „The Children’s Machine: Rethinking School in the Age of the Computer” (A gyermekek gépe: Az iskola újragondolása a számítógép korában)
Megjelenés éve: 1993
Kiadó: Basic Books, New York.
Leírás: Ebben a könyvben Papert továbbfejleszti a „Mindstorms” gondolatait, és kritikusan vizsgálja az oktatási rendszereket a digitális korban. Érvel amellett, hogy a számítógépeket nem csupán a hagyományos oktatás támogatására kell használni, hanem arra is, hogy radikálisan újragondolják a tanulás és a tanítás módjait, elősegítve a kreativitást és a felfedezést.
5) „The Connected Family: Bridging the Digital Generation Gap” (Az összekapcsolt család: A digitális generációs szakadék áthidalása)
Megjelenés éve: 1996
Kiadó: Longstreet Press, Atlanta, GA.
Leírás: Ez a könyv a családok és a technológia kapcsolatával foglalkozik, és tanácsokat ad a szülőknek, hogyan segíthetik gyermekeiket a digitális világban való navigálásban, miközben áthidalják a generációk közötti technológiai szakadékot. Papert itt hangsúlyozza a technológia családon belüli, támogató használatának fontosságát.
Releváns internetes hivatkozások a további információkhoz:
Az MIT Media Lab oldala, Minsky profilja.