Около 3 лет назад Игорь Мамоненко, генеральный директор известной белорусской компании «БелХард», предложил проект концепции «Национальной программы по созданию в Беларуси одного из мировых центров разработки программного обеспечения «IТ-СТРАНА». Несколько месяцев назад концепция получила одобрение в Совете министров, ее обсудили на совещании у вице-премьера. В настоящее время она рассматривается в Администрации президента. Если проект концепции будет одобрен, то уже в ближайшие месяцы у нас стартует массовое переобучение на IT-специалистов. Особого внимания заслуживает тот факт, что программа затрагивает не только и не столько действующих айтишников, сколько всех желающих получить соответствующие знания и умения, но главным образом – бухгалтеров…

Сегодня в прошивке робота умного дома случился какой-то баг. Похоже, эта зараза забыла выйти из ночного цикла обучения и переобучила свою нейросеть распознавания образов. Собственно, это было сразу заметно по винтам, вставленным в макароны, как в дюбели. Только вчера мы вешали полку на кухне, и робот как раз искал в кладовке подходящие дюбели.

Сериал HBO «Кремниевая долина» выпустил настоящее приложение ИИ, которое распознаёт хотдоги и не-хотдоги, как приложение в четвёртом эпизоде четвёртогого сезона (приложение сейчас доступно для Android, а также для iOS!)

Чтобы добиться этого, мы разработали специальную нейронную архитектуру, которая работает непосредственно на вашем телефоне, и обучили её с помощью TensorFlow, Keras и Nvidia GPU.

Сеть обучалась последние 12 часов. Всё выглядело хорошо: градиенты стабильные, функция потерь уменьшалась. Но потом пришёл результат: все нули, один фон, ничего не распознано. «Что я сделал не так?», — спросил я у компьютера, который промолчал в ответ.

Почему нейросеть выдаёт мусор (например, среднее всех результатов или у неё реально слабая точность)? С чего начать проверку?

Сеть может не обучаться по ряду причин. По итогу многих отладочных сессий я заметил, что часто делаю одни и те же проверки. Здесь я собрал в удобный список свой опыт вместе с лучшими идеями коллег. Надеюсь, этот список будет полезен и вам.

Об авторе. Алекс Ирпан — разработчик из группы Brain Robotics в Google, до этого работал в лаборатории Berkeley Artificial Intelligence Research (BAIR).

Здесь в основном цитируются статьи из Беркли, Google Brain, DeepMind и OpenAI за последние несколько лет, потому что их работы наиболее заметны с моей точки зрения. Почти наверняка я что-то упустил из более старой литературы и от других организаций, так что прошу прощения — я всего лишь один человек, в конце концов.

Введение

Однажды в Facebook я заявил следующее.

Когда кто-то спрашивает, может ли обучение с подкреплением (RL) решить их проблему, я сразу отвечаю, что не может. Думаю, что это верно как минимум в 70% случаев.

Глубинное обучение с подкреплением сопровождается массой шумихи. И на то есть хорошие причины! Обучение с подкреплением (RL) — невероятно общая парадигма. В принципе, надёжная и высокопроизводительная система RL должна быть прекрасна во всём. Слияние этой парадигмы с эмпирической силой глубинного обучения очевидно само по себе. Глубинное RL — это то, что больше всего похоже на сильный ИИ, и это своего рода мечта, которая подпитывает миллиарды долларов финансирования.

К сожалению, в реальности эта штука пока не работает.

Но я верю, что она выстрелит. Если бы не верил, то не варился бы в этой теме. Но впереди куча проблем, многие из которых фундаментально сложны. Прекрасные демки обученных агентов скрывают всю кровь, пот и слёзы, что пролились в процессе их создания.

Когда человек учится играть в гольф, большую часть времени он обычно проводит за постановкой базового удара. К другим ударам он подходит потом, постепенно, изучая те или иные хитрости, основываясь на базовом ударе и развивая его. Сходным образом мы пока что фокусировались на понимании алгоритма обратного распространения. Это наш «базовый удар», основа для обучения для большей части работы с нейросетями (НС). В этой главе я расскажу о наборе техник, которые можно использовать для улучшения нашей простейшей реализации обратного распространения, и улучшить способ обучения НС.

Среди техник, которым мы научимся в этой главе: лучший вариант на роль функции стоимости, а именно функция стоимости с перекрёстной энтропией; четыре т.н. метода регуляризации (регуляризации L1 и L2, исключение нейронов [dropout], искусственное расширение обучающих данных), улучшающих обобщаемость наших НС за пределы обучающих данных; лучший метод инициализации весов сети; набор эвристических методов, помогающих выбирать хорошие гиперпараметры для сети. Я также рассмотрю и несколько других техник, чуть более поверхностно. Эти обсуждения по большей части не зависят друг от друга, поэтому их можно по желанию перепрыгивать. Мы также реализуем множество технологий в рабочем коде и используем их для улучшения результатов, полученных для задачи классификации рукописных цифр, изученной в главе 1.