В обучении с подкреплением (Reinforcement Learning) одним из ограничивающих факторов является быстродействие физических симуляторов, на основе которых происходит обучение нейросети. Из-за специфики расчетов, лишь малую часть из них можно вынести в GPU, а большая часть вычислений в физических движках делается на CPU. Для примера, один GPU может обучать нейросеть десятками тысяч параллельных "потоков" в секунду. Но один CPU с запущенным на нем физическим симулятором, может выдавать лишь 60-200 кадров в секунду.

Для борьбы с этим ограничением, обычно запускается большой кластер из сотен или тысяч CPU с запущенными на них параллельными физическими симуляторами. А результаты их расчета передаются в единственную GPU, обучающую нейросеть.

Исследователи из Google AI разработали новый физический движок Brax, который эффективно работает на одном GPU и способен выдавать до 10 миллионов шагов симуляции в секунду, выполняя при этом до 10 тысяч запущенных параллельных симуляторов физики.

Это позволяет эффективно обучать нейросети на одном или нескольких локальных GPU, что раньше требовало внешнего сетевого кластера из десятков тысяч CPU.

Обучение с подкреплением (Reinforcement Learning) плохо, а точнее, совсем не работает с высокими размерностями. А также сталкивается с проблемой, что физические симуляторы довольно медленные. Поэтому в последнее время стал популярен способ обойти эти ограничения с помощью обучения отдельной нейросети, которая имитирует физический движок. Получается что-то вроде аналога воображения, в котором и происходит дальнейшее основное обучение.

Давайте посмотрим, какой прогресс достигнут в этой сфере и рассмотрим основные архитектуры.

В обучении с подкреплением (Reinforcement Learning) часто используется любопытство в качестве мотивации для ИИ. Заставляющее его искать новые ощущения и исследовать окружающий мир. Но жизнь полна неприятных сюрпризов. Можно упасть с обрыва и с точки зрения любопытства это всегда будут очень новые и интересные ощущения. Но явно не то, к чему надо стремиться.

Разработчики из Berkeley перевернули задачу для виртуального агента с ног на голову: главной мотивирующей силой сделали не любопытство, а наоборот — стремление всеми силами избегать любой новизны. Но "ничего не делать" оказалось сложнее, чем кажется. Будучи помещенным в постоянно меняющийся окружающий мир, ИИ пришлось обучиться сложному поведению, чтобы избегать новых ощущений.

Обучение с подкреплением (Reinforcement Learning) делится на два больших класса: Model-Free и Model-Based. В первом случае действия оптимизируются напрямую по сигналу награды, а во втором нейросеть является только моделью реальности, а оптимальные действия выбираются с помощью внешнего планировщика. У каждого подхода есть свои достоинства и недостатки.

Разработчики из Berkeley и Google Brain представили Model-Based алгоритм PDDM с улучшенным планировщиком, позволяющий эффективно обучаться сложным движениям с большим числом степеней свободы на небольшом числе примеров. Чтобы научиться вращать мячи в роботизированной руке с реалистичными суставами пальцев с 24 степенями свободы, потребовалось всего 4 часа практики на реальном физическом роботе.

Новая работа Google предлагает архитектуру нейронных сетей, способных имитировать врожденные инстинкты и рефлексы живых существ, с последующим дообучением в течение жизни.

А также значительно уменьшающую количество связей внутри сети, повышая тем самым их быстродействие.

Не успели отшуметь новости о нейросети BERT от Google, показавшей state-of-the-art результаты на целом ряде разговорных (NLP) задач в машинном обучении, как OpenAI выкатили новую разработку: GPT-2. Это нейронная сеть с рекордным на данный момент числом параметров (1.5 млрд, против обычно используемых в таких случаях 100-300 млн) оказалась способна генерировать целые страницы связного текста.

Генерировать настолько хорошо, что в OpenAI отказались выкладывать полную версию, опасаясь что эту нейросеть будут использовать для создания фейковых новостей, комментариев и отзывов, неотличимых от настоящих.

Тем не менее, в OpenAI выложили в общий доступ уменьшенную версию нейросети GPT-2, со 117 млн параметров. Именно ее мы запустим через сервис Google Colab и поэкспериментруем с ней.

Еще в начале 2018 года вышла статья Deep Reinforcement Learning Doesn't Work Yet ("Обучение с подкреплением пока не работает"). Основная претензия которой сводилась к тому, что современные алгоритмы обучения с подкреплением требуют для решения задачи примерно столько же времени, как и обычный случайный поиск.

Изменилось ли что-то с того времени? Нет.

Обучение с подкреплением считается одним из трех основных путей к созданию сильного ИИ. Но трудности, с которыми сталкивается эта область машинного обучения, и методы, которыми ученые пытаются бороться с этими трудностями, наводят на мысль что, возможно, с самим этим подходом имеются фундаментальные проблемы.

BERT — это нейронная сеть от Google, показавшая с большим отрывом state-of-the-art результаты на целом ряде задач. С помощью BERT можно создавать программы с ИИ для обработки естественного языка: отвечать на вопросы, заданные в произвольной форме, создавать чат-ботов, автоматические переводчики, анализировать текст и так далее.

Google выложила предобученные модели BERT, но как это обычно и бывает в Machine Learning, они страдают от недостатка документации. Поэтому в этом туториале мы научимся запускать нейронную сеть BERT на локальном компьютере, а также на бесплатном серверном GPU на Google Colab.