المشاركات

تعلم الآلة: مامعنى كلمة “تعلم”؟

نظرة متجردة

ماذا نقصد بـ “تعلم”؟ ماذا يعني أن يتعلم الطفل المشي؟ أو أن يتعلم الحاسب كيف يفرق بين صورة أسد وصورة قط؟يمكننا القول بأن التعلم هو الاستفادة من التجارب (experiences) التي مر بها الشخص (أو رآها الحاسب) وتحويلها إلى معرفه (knowledge) و هذا مايحاول الباحثون في تعلم الآلة الوصول إليه.

هناك ثلاثة تجارب للسلوك والتعلم جديرة بالذكر هنا:

١- تجربة الفئران: عندما ترى الفئران أكل جديد عليها فإنها تقوم بأكل قطع صغيرة منه وتنتظر حتى ترى طعمه وماذا ينتج عنه، فإذا كان الطعم مستساغ ولم يسبب لها ضرر فإنها تكمل الأكل. التعلم بالحفظ أو learning by memorization هو ماتقوم به الفئران هنا. حيث أنها تتذكر مذاق التجارب السابقة للأكل وبناءاً عليه تتخذ قرار استمرارية الأكل من عدمه. المشكلة في هذا النوع من التعلم أنه لو جاء أكل جديد (نفس الأكل السابق لكن شكله أو رائحته اختلفت) فإن الفئران لن تقوم بالتعرف عليه و لن تستفيد من تجاربها السابقة.

حاسوبياً تخيل أنك تريد أن تبني برنامج لتصنيف الإميلات إلى إيميل مؤذي (spam) وغير مؤذي (legit). ماتقوم به في learning by memorization هو أنه، لتصنيف إيميل جديد، فإننا سنبحث بقاعدة بيانات للإيميلات المؤذية (صنفت سابقاً من قبل إنسان مثلاً) فإذا وجدنا نفس الإيميل صنفناه على أنه مؤذي. خلاف ذلك يمكننا تصنيفه بأنه غير مؤذي. 

منطقياً ليس هذا مانريد، نريد أن يكون الحاسب أذكى من أن يحفظ. نريده أن يُعمم (generalize) تجاربه السابقه لإستخدامها في تجارب جديدة لم يراها بعد. الذهاب من تجارب أو أمثلة محددة إلى تعميم عام بناءاً على تلك التجارب يسمى أيضاً بـ الإستدلال الإستقرائي Inductive Inference أو Inductive Reasoning.

٢- تجربة الحمام: قام باحث سلوكي يدعى سكينر بوضع ست حمامات جائعات في قفص حيث يمدهن بالطعام بأوقات عشوائية. النتيجة أن أغلب الحمام ربط بين ماكان يفعله وقت الحصول على أول وجبة طعام ووجبة الطعام. بذلك أصبح الحمام يكرر نفس العمل ظناً منه أنه هو سبب إتيان الطعام. بينما في الحقيقة أن الطعام يأتي بشكل عشوائي ولاعلاقة له بتاتاً بما يفعله الحمام.

للأسف الحمام عمل Inductive Inference من أول تجربة. و وصل إلى تعميم بأن سبب إتيان الطعام هو ماكان يقوم به خلال أول وجبة. لاشك أن هذا التعميم هو خرافة (superstition) حيث لاتوجد علاقة بين وقت الطعام وحركة الحمام.

أحد أهم المهام لمختصي تعلم الآلة هو التأكد من أن الآلة لاتصل لتعميم غير منطقي (senseless conclusions) من تجاربها. 

 ٣-تجربة الفئران مرة أخرى: حاول باحثون تجربة تنبيه الفئران من الأكل السيء عن طريق إصدار صوت أو صعق كهربائي في كل مرة يأتي طعام جديد مُضر لها. النتيجة أن سلوك الفئران لم يتغير واستمر بتجربة الأكل الجديد حتى مع وجود التنبيهات كالصوت أو الصعق الكهربائي.

الذي حصل أن الفئران لديها اعتقاد مسبق (prior knowledge) بأنه لا علاقة بين ضرر الأكل والصعق أو بين ضرر الأكل والصوت فاستمرت بتجربة الأكل حتى مع التنبيهات! في تجربة الفئران الأولى كانت الفئران تؤمن بوجود علاقه بين الضرر الحاصل لها وأكل قطع أكثر -من نفس الأكل الجديد-، بينما هنا نجد أن الفئران ترى من السخف الحديث عن علاقه بين ضرر الأكل وبين التنبيهات.

حاسوبياً الـ prior knowledge هو كل شئ. لايمكنك التعلم بدون وجود prior knowledge أو فرضيات تفرضها على البيئه المحيطه بالتعلم – وهذا مثبت بشكل رياضي بنظرية “لايوجد غداء مجاني” (No-Free-Lunch Theorem)، والتي تقول بأنه لا توجد خوارزمية تعمل بكل الظروف بدون وجود prior knowledge (أحياناً يسمى inductive bias أو learning bias).

بنفس الوقت وجود prior knowledge قوي يحد من إمكانيات التعلم لديك، لأن الآلة تصبح مُسيرة لنتائج معينة مما يُسهل عملية التعلم حينها. فأحد مهام مختصي تعلم الآلة هو إيجاد موازنة (trade-off) واقعية بين الفرضيات على بيئة التعلم و جعل التعلم أكثر مرونة. 

منقول بتصرف من مقدمة كتاب Understanding Machine Learning لشاي بن ديفيد وشاي شاليف.

الوسوم
اظهر المزيد

عيسى العنزي

أستاذ مساعد في علوم الحاسب بجامعة أم القرى. مهتم بما يحصل عندما يتخطاب الإنسان الخبير مع الآله في بيئة تكون فيها المعلومات قليلة وثمينة.

مقالات ذات صلة

5 آراء على “تعلم الآلة: مامعنى كلمة “تعلم”؟”

  1. شكراً د. عيسى على المشاركة المميزة.
    كلمة “تعلم” لها مدلولات كثيرة، هذا المقال كشف عن بعضها.

  2. مقال جميل د. عيسى و يفتح الشهية للحديث عن التعميم Generalisation والتخصيص Specialisation عند محاولة البحث عن الحلول المناسبة خلال عملية التعلم ومقارنتها، وتقييمها لمعرفة إلى أي حد يمكن التوقف عن التعلم أو التوقف عن تخصيص أو تعميم المبدأ الذي تم التوصل إليه. أتمنى أن نتمكن من التعمق في الموضوع أكثر في مقالات قادمة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

إغلاق