CAPÍTULO 10/2012–2019

La cima del tercer auge

Go, shogi y predicciones sobre el trabajo (2012–2019)

Las técnicas de aprendizaje profundo fueron completándose una tras otra, y la IA venció a profesionales de primer nivel en go y shogi. Se multiplicaron las predicciones: 47%, en 5 años, 2045. En Japón también se extendió el nombre de tercer auge de la IA. Las fuentes originales y los diagramas interactivos permiten comprobar qué se hizo posible, qué se dijo y qué ocurrió.

012015 · Técnicas de aprendizaje

Ajustar las entradas de cada capa

¿Por qué era difícil entrenar redes con 10 o 20 capas apiladas?

Una red profunda corrige sus pesos enviando el error de la salida hacia la entrada (retropropagación del error, capítulo 8). En cada capa, la señal que vuelve se multiplica por los pesos y por la pendiente de las neuronas. La función sigmoide, con forma de S, tiene una pendiente de 0.25 o menos, por lo que las pendientes por sí solas reducen la señal a cerca de una millonésima en 10 capas.

El capítulo 9 presentó ReLU y las técnicas de inicialización de pesos de 2010–2012. En 2015, la normalización por lotes de Sergey Ioffe y Christian Szegedy, de Google, ajusta los valores que entran en una capa para que tengan media 0 y varianza 1 en cada lote de datos que se aprende a la vez. El diagrama de la derecha mide, en una red de 20 capas, la dispersión de los valores que avanzan (azul) y la señal que vuelve (violeta). Se pueden alternar ReLU, la inicialización de pesos y la normalización por lotes para compararlas.

señal que vuelve ≈ señal de salida × (w₁·f′₁) × (w₂·f′₂) × … × (wL·f′L)
f′
pendiente de la neurona (0.25 o menos para la sigmoide; 0 o 1 para ReLU)
w
peso
L
número de capas
Lo que se cree saberLo que suele decirse:La normalización por lotes funciona porque corrige los cambios en la distribución de los valores que entran en las capas
Según la fuente original:El artículo lo planteaba así y señaló que alcanzó la misma precisión con 14 veces menos pasos de entrenamiento. Un artículo del MIT de 2018 incluyó en su título (traducción) y comunicó que el aprendizaje era casi igual incluso al alterar deliberadamente las distribuciones. Todavía no se ha resuelto por qué funciona.

Qué muestra la figura:La señal que vuelve se multiplica en cada capa por la pendiente y el peso, de modo que basta con multiplicarla 20 veces por una pendiente de la sigmoide de 0.25 o menos para que llegue casi a 0 en la entrada. ReLU, los pesos iniciales y la normalización por lotes fueron formas de evitar que esos productos se volvieran demasiado pequeños.

022012–2015 · Sobreajuste

Dropout y destilación del conocimiento

¿Cómo se evita el sobreajuste, cuando una red se ajusta demasiado a los datos de entrenamiento?

La red acierta todas las respuestas con los datos de entrenamiento, pero se equivoca con datos nuevos. Esto se llama sobreajuste. El dropout de 2012, presentado en el capítulo 9, desactiva al azar la mitad de las neuronas de las capas ocultas cada vez que se muestra un dato. Tiene un efecto parecido al promedio de muchas redes estrechas.

En el diagrama de la derecha se puede ajustar una curva a 12 puntos (un ejemplo creado para este sitio). Si no se desactiva ninguna neurona, aumenta el error respecto a los puntos nuevos (círculos azules).

La destilación del conocimiento de 2015 hace que una red pequeña imite las probabilidades que produce una red grande, suavizadas mediante una temperatura T. Al aumentar T en “Destilación del conocimiento”, se ven las diferencias entre las respuestas incorrectas. Según el artículo, también hay conocimiento en esas diferencias.

respuesta suavizada qi =exp(zi/T) ÷ Σj exp(zj/T)
zi
puntuación de la salida i
T
temperatura (1 da las probabilidades habituales; cuanto mayor es, más suaves son)
Lo que se cree saberLo que suele decirse:Geoffrey Hinton y sus colegas iniciaron la destilación del conocimiento en 2015
Según la fuente original:El propio artículo de 2015 señala que Rich Caruana y sus colegas ya habían desarrollado una forma del mismo método en 2006.

Qué muestra la figura:Ajustarse demasiado a los puntos aprendidos provoca grandes errores en puntos nuevos, mientras que desactivar al azar la mitad de las neuronas en cada ocasión conserva una curva suave que acierta mejor en puntos nuevos. En la destilación de conocimiento, las probabilidades de las respuestas incorrectas también contienen información sobre qué respuestas se parecen.

Error en los puntos aprendidos (línea continua) y en los puntos nuevos (línea discontinua). Azul=sin desactivar neuronas; verde=segunda red. La escala vertical aumenta por factores de 10
032013 · Vectores de palabras

Sumar palabras

Si las palabras se convierten en conjuntos de números, ¿se pueden calcular incluso las relaciones entre sus significados?

En 2013, word2vec, de Tomas Mikolov y sus colegas de Google, representa las palabras mediante conjuntos de varios cientos de números (vectores). Aprende de grandes cantidades de texto para que las palabras que se usan de manera parecida queden cerca unas de otras. A partir de 1.6 mil millones de palabras, pudo crear vectores de 300 dimensiones para 1 millón de palabras con una sola CPU en menos de 1 día.

Los vectores obtenidos podían expresar relaciones de significado mediante sumas y restas. El artículo midió el rendimiento por el porcentaje de aciertos en problemas como comprobar si biggest − big+small daba smallest. En el diagrama de la derecha (un ejemplo de 2 dimensiones creado para este sitio), se pueden pulsar 3 palabras.

La respuesta era la palabra más cercana después de excluir las 3 palabras de la pregunta (una nota añadida en la versión de septiembre del artículo). Sin excluirlas, en este ejemplo small queda en primer lugar.

v(respuesta) ≈ v(biggest) − v(big)+v(small)
v(palabra)
vector de esa palabra
respuesta
palabra más cercana al punto calculado (excluidas las 3 palabras de la pregunta)
Lo que se cree saberLo que suele decirse:king − man+woman=queen es un cálculo descubierto por el artículo de word2vec y da exactamente esa respuesta
Según la fuente original:El propio artículo de enero de 2013 cita este ejemplo como resultado de investigaciones anteriores. La respuesta se buscaba excluyendo las 3 palabras de la pregunta de las candidatas.

Qué muestra la figura:Al representar palabras con conjuntos de números, la dirección que convierte una palabra en superlativo es casi la misma para todas, por lo que biggest − big + small lleva cerca de smallest. Sin embargo, la respuesta se elegía excluyendo las 3 palabras de la pregunta.

042013–2015 · Aprendizaje por refuerzo

Aprender a jugar solo con puntos

¿Se puede mejorar en un videojuego solo con la pantalla y la puntuación, sin enseñar las reglas?

El aprendizaje por refuerzo consiste en aprender por ensayo y error, aumentando las acciones que han llevado a obtener puntos. El aprendizaje Q registra en una tabla cuántos puntos se pueden obtener en el futuro al realizar una acción en un estado determinado (valor Q), y la actualiza poco a poco con cada acción. El laberinto de la derecha (un ejemplo creado para este sitio) muestra cómo la recompensa de la meta se transmite hacia atrás, casilla por casilla.

En diciembre de 2013, DQN, de DeepMind, en Londres, usó una red neuronal convolucional en lugar de una tabla. Recibía directamente los píxeles de la pantalla y aprendía con una versión modificada del aprendizaje Q. De 7 videojuegos clásicos, superó a los métodos anteriores en 6 y a jugadores humanos expertos en 3. El artículo de Nature de 2015 entrenó un mismo sistema en 49 juegos.

Q(s, a) ← Q(s, a)+α[r+γ maxa′ Q(s′, a′) − Q(s, a)]
s
estado actual
a
acción
r
recompensa obtenida
s′
estado siguiente
α
tasa de aprendizaje
γ
peso de las recompensas futuras
Lo que se cree saberLo que suele decirse:La IA superó a los humanos en los videojuegos
Según la fuente original:La expresión del artículo de 2015 es (traducción). Alcanzó el 75% o más de la puntuación humana en 29 de los 49 juegos. El propio artículo señala que los juegos que requieren planificar a largo plazo (como Montezuma's Revenge) seguían siendo un gran reto.

Qué muestra la figura:Sin enseñar las reglas y dando solo +1 en la meta y −1 en el agujero, la repetición transmite la puntuación de la meta hacia atrás, avanzando 1 paso cada vez, y permite encontrar por sí solo el camino desde el inicio.

Resultado de cada intento (verde=meta, violeta=agujero, gris=tiempo agotado)
052013–2014 · Aprendizaje por transferencia

Reutilizar una red entrenada

¿Se puede usar el aprendizaje profundo en una tarea para la que solo hay unas pocas decenas de fotos?

AlexNet, de 2012, se entrenó con unos 1.2 millones de imágenes de 1000 categorías del concurso ImageNet. En octubre de 2013, DeCAF, de Jeff Donahue y sus colegas de la Universidad de California en Berkeley, mantuvo fijos los pesos de una red de la misma forma y usó las respuestas de una capa cercana a la salida (4096 números) como características para otra tarea. Incluso en Caltech-101, con solo 30 imágenes de entrenamiento por categoría, bastó añadir un clasificador lineal para acertar el 86.9%, superando el mejor resultado de entonces, que combinaba 5 tipos de características diseñadas a mano. Esto se llama aprendizaje por transferencia.

El ajuste fino (fine-tuning) consiste en volver a entrenar toda la red con los datos de la tarea nueva, usando pasos pequeños. En R-CNN, presentado en la siguiente página doble, el ajuste fino aumentó el mAP en 8 puntos.

El diagrama de la derecha (un ejemplo de 8×8 creado para este sitio) reutiliza una red que aprendió a distinguir una sola línea para distinguir pares de 2 líneas. Se pueden comparar los resultados variando el número de ejemplos.

respuesta nueva=softmax( Wnuevo · φ(x) )
φ(x)
respuestas de las capas aprendidas antes (4096 números en DeCAF; no cambian si se mantienen fijas)
Wnuevo
última capa que se entrena para la tarea nueva
Lo que se cree saberLo que suele decirse:El aprendizaje por transferencia nació en la época del aprendizaje profundo
Según la fuente original:Un artículo explicativo de 2010 en la revista de la Sociedad Japonesa de Inteligencia Artificial dice (traducción) y señala que se convirtió en un campo del aprendizaje automático a partir de un taller de NIPS de 1995. El artículo de DeCAF también sitúa en 1996–1997 el inicio de la historia de las investigaciones que aprenden de tareas relacionadas.

Qué muestra la figura:Reutilizar capas que aprendieron mucho en otra tarea permite acertar en una nueva tarea con solo unas pocas imágenes de ejemplo. Al aumentar los ejemplos, el aprendizaje desde cero también alcanza un rendimiento parecido.

062013–2015 · Detección de objetos

Qué hay, dónde y cuántos

¿Cómo se rodean los objetos de una foto con rectángulos y se les asignan nombres?

La clasificación de imágenes da una respuesta por imagen. La detección de objetos rodea con un rectángulo cada objeto de una foto y le asigna un nombre.

En noviembre de 2013, R-CNN, de Ross Girshick y sus colegas de la Universidad de California en Berkeley, generó unos 2000 rectángulos candidatos mediante un método que no aprende, los pasó uno por uno por una CNN y les asignó puntuaciones con un SVM para cada categoría. Como quedan varios rectángulos alrededor del mismo objeto, se eliminan los que se superponen mucho con uno de puntuación alta (supresión de no máximos). La versión del congreso alcanzó un mAP de 53.3% en PASCAL VOC 2012, muy por encima del mejor resultado anterior, pero tardaba 13 segundos por imagen con una GPU.

En junio de 2015, YOLO, de Joseph Redmon y sus colegas de la Universidad de Washington, divide la imagen en una cuadrícula de 7×7 y produce a la vez 2 rectángulos por casilla (98 en total) y las categorías en una sola pasada por la red. Procesaba 45 imágenes por segundo con un 63.4%. Faster R-CNN, de Shaoqing Ren y sus colegas, del mismo mes, también encarga a la red generar los candidatos: 5 imágenes por segundo con un 73.2%. El diagrama de la derecha permite compararlos.

IoU= área de intersección ÷ área de unión
IoU
proporción de superposición entre el rectángulo predicho y el correcto (1 indica coincidencia total; 0, ninguna superposición)
Lo que se cree saberLo que suele decirse:YOLO fue el primero en detectar objetos en tiempo real
Según la fuente original:El propio artículo de YOLO menciona DPM, que ya funcionaba a 30 imágenes por segundo (Sadeghi y Forsyth, 2014). La afirmación de YOLO era que, entre los métodos en tiempo real, la precisión se había más que duplicado (26.1% → 63.4%). Fast R-CNN, con 0.5 imágenes por segundo (70.0%), era más preciso, y YOLO cometía más errores de posición.

Qué muestra la figura:R-CNN era lento porque generaba unos 2,000 rectángulos candidatos y los examinaba uno por uno. YOLO dividía la imagen en una cuadrícula y producía todos los rectángulos a la vez en 1 pasada de la red, por lo que era rápido, aunque tenía más errores de ubicación.

072013 · Modelos generativos (1)

Comprimir y volver a expandir

Si los datos se comprimen en 2 números, ¿se pueden crear datos nuevos a partir de ellos?

Un autocodificador es una red que aprende a producir lo mismo que recibe como entrada, con una capa intermedia estrecha. La primera mitad (codificador) comprime la entrada en unos pocos números, y la segunda (decodificador) la reconstruye. Esta estructura ya existía en 1985–1987, pero entre los números comprimidos quedan muchos huecos; al generar datos desde esos huecos, las formas se deforman.

En diciembre de 2013, el VAE (autocodificador variacional), de Diederik Kingma y Max Welling, de la Universidad de Ámsterdam, aprende acercando la distribución de los números comprimidos a una distribución normal de media 0 y dispersión 1. Por eso, al elegir números de la distribución normal, se pueden generar datos nuevos. A la derecha aparece un ejemplo entrenado en Python por este sitio que comprime caras de 12×12 en 2 números. Se pueden comparar ambos métodos.

z=μ+σ × ε (ε es un número aleatorio de media 0 y dispersión 1)
μ
media que produce el codificador
σ
dispersión
z
punto elegido
Lo que se cree saberLo que suele decirse:Geoffrey Hinton inició los autocodificadores en 2006
Según la fuente original:La tarea de pasar la entrada por una capa estrecha y producir lo mismo ya aparecía en artículos de 1985 y 1986. El propio artículo de 2006 dice sobre el buen funcionamiento de los autocodificadores profundos: “Es evidente desde la década de 1980” (traducción).

Qué muestra la figura:En un autoencoder corriente, el mapa de 2 números comprimidos tiene muchos huecos, y generar desde un punto elegido al azar deforma el rostro. VAE concentra el mapa dentro de un círculo, de modo que cualquier punto elegido produce un rostro.

082014 · Modelos generativos (2)

Falsificadores y policía

¿La capacidad de crear imitaciones convincentes mejora al competir con un rival que intenta descubrirlas?

En junio de 2014, la GAN (red generativa adversarial), de Ian Goodfellow y sus colegas de la Universidad de Montreal, hace competir una red G que genera datos con una red D que distingue lo auténtico de lo falso. El artículo compara G con (traducción) y D con (traducción). El estado final es aquel en el que D ya no puede distinguirlos.

A la derecha aparece una GAN sobre una recta numérica (un pequeño ejemplo creado para este sitio). Al abrirlo, la montaña violeta de datos falsos se acerca a la montaña azul de datos auténticos, y la línea de D se aproxima a 0.5. Según la combinación de velocidades de aprendizaje de G y D, el resultado puede concentrarse en un punto u oscilar. La competencia no siempre converge de forma ordenada.

D aumenta log D(x)+log(1 − D(G(z))), y G reduce log(1 − D(G(z)))
x
datos auténticos
z
número aleatorio
G(z)
datos falsos generados
D(·)
probabilidad de considerarlos auténticos

Qué muestra la figura:Hacer competir a G, que crea falsificaciones, y a D, que las detecta, acerca la distribución de las falsificaciones a la real, y D se aproxima a no poder distinguirlas (0.5 en cualquier punto). Sin embargo, la competencia no siempre termina de forma ordenada.

Media de los datos falsos (violeta) y dispersión (verde). Las líneas discontinuas indican los valores de los datos auténticos
092014–2016 · Traducción neuronal

¿Un tubo estrecho o atención?

Al traducir una frase larga, ¿qué partes de la frase original debe recordar la red?

En 2014 se sucedieron las investigaciones sobre la traducción de frases completas mediante redes neuronales. seq2seq, de Kyunghyun Cho y sus colegas en junio y de Ilya Sutskever y sus colegas en septiembre, resumía una frase en un conjunto de números de longitud fija y producía la traducción a partir de él. Cho y sus colegas también presentaron un componente que simplificaba LSTM (más tarde llamado GRU). En “Tubo estrecho (seq2seq y GRU)”, a la derecha, se ve cómo las palabras anteriores se desvanecen cuanto más larga es la frase.

Ese mismo septiembre, Dzmitry Bahdanau y sus colegas hicieron que, cada vez que se produce una palabra traducida, la red decidiera cuánto atender a cada palabra de la frase original (pesos que suman 1). Este fue el inicio de la atención. En “Atención (2014)” se pueden pulsar las tarjetas de las palabras traducidas. En 2016, Google Traductor pasó a un sistema de redes neuronales que lee frases completas.

αij =exp(eij) ÷ Σk exp(eik)  ci =Σj αij hj
eij
puntuación de la palabra original j al producir la palabra traducida i
hj
resumen de las características de la palabra original
ci
contenido reunido mediante la atención
Lo que se cree saberLo que suele decirse:La atención nació en el artículo del Transformer de 2017
Según la fuente original:Ya estaba en este artículo de 2014, que también cita el de 2017. Lo que el artículo de 2017 presentó como novedad fue una estructura basada solo en atención, sin RNN.

Qué muestra la figura:seq2seq comprime toda la oración en un conjunto de números de longitud fija, por lo que las primeras palabras se desvanecen cuanto más larga es la oración. La atención vuelve a elegir qué parte del texto original mirar cada vez que produce una palabra traducida, y permite regresar a las primeras palabras incluso en textos largos.

102014 · Métodos de aprendizaje

Descender por un valle estrecho

Al avanzar en la dirección que reduce el error, ¿cómo se decide el tamaño de cada paso?

La base del entrenamiento de una red es el descenso de gradiente. En el paisaje del error, se avanza poco a poco en la dirección de la bajada (el gradiente). Si el paisaje es un valle largo y estrecho, se avanza demasiado en la dirección de pendiente pronunciada y muy poco en la de pendiente suave (la bola azul oscuro de la derecha).

En diciembre de 2014, Adam, de Diederik Kingma y Jimmy Ba, registra para cada peso una media móvil del gradiente y otra de su cuadrado, y decide el tamaño del paso según su proporción. Avanza con moderación en las direcciones donde el gradiente siempre es grande y con pasos mayores donde es pequeño, por lo que la bola violeta se dirige al fondo del valle con pequeños excesos de avance. Se puede desmarcar “Corrección de sesgo” para comparar con y sin el cálculo que corrige la tendencia inicial de las medias móviles hacia 0.

m ← β₁m+ (1−β₁)g  v ← β₂v+ (1−β₂)g²  w ← w − η · m̂ ÷ (√v̂ +ε)
g
gradiente
m, v
medias móviles del gradiente y del cuadrado del gradiente
m̂, v̂
valores corregidos
η
tasa de aprendizaje (tamaño del paso)
Lo que se cree saberLo que suele decirse:Se ha demostrado que Adam siempre converge
Según la fuente original:En 2018, un artículo de Reddi y sus colegas de Google mostró un ejemplo en el que Adam no alcanza la solución óptima ni siquiera en un problema sencillo y explicó dónde estaba el problema de la demostración original.

Qué muestra la figura:En un valle largo y estrecho, descender con el mismo tamaño de paso hace que se avance demasiado en la dirección más inclinada y se forme un zigzag. Adam cambia el tamaño del paso según la dirección y avanza directamente hacia el fondo.

Error en cada paso (azul oscuro=descenso de gradiente; violeta=Adam. La escala vertical aumenta por factores de 10)
112015 · Atajos

Atajos que saltan capas

¿Una red se vuelve más inteligente si se añaden más capas?

Kaiming He y sus colegas de Microsoft Research mostraron que, al limitarse a apilar capas, una red de 56 capas tenía una tasa de error mayor que una de 20, incluso con los datos de entrenamiento. Por eso introdujeron repetidamente un atajo que suma directamente el valor de entrada a la salida de un grupo de capas (ResNet). Pudieron llegar a 152 capas y obtener el primer puesto en el concurso de imágenes de 2015 (tasa de error de 3.57%).

Ese mismo año, 2015, U-Net, de Olaf Ronneberger y sus colegas de la Universidad de Friburgo, usó una estructura en U que comprime para captar el conjunto y luego vuelve a expandir. Sus atajos copian y conectan las características detalladas anteriores a la compresión. Se creó para segmentar imágenes de microscopio en regiones. El diagrama de la derecha permite alternar los 2 tipos de atajos.

ResNet: salida=F(x)+x  U-Net: entrada de la etapa de expansión= [lo expandido desde abajo, copia de la etapa del mismo tamaño]
x
valor que entra en el grupo de capas
F(x)
resto (residuo) que aprende el grupo de capas
Lo que se cree saberLo que suele decirse:ResNet fue el primero en usar conexiones que saltan capas
Según la fuente original:El propio artículo dice que los atajos se habían estudiado durante mucho tiempo y cita las highway networks de la misma época (mayo de 2015, cientos de capas con atajos que tienen puertas). La diferencia de ResNet es un atajo sin puerta que transmite el valor sin cambiarlo.

Qué muestra la figura:Apilar capas sin más hizo que las redes más profundas tuvieran incluso más errores de entrenamiento, pero añadir un atajo que suma directamente el valor de entrada permitió llegar a 152 capas. U-Net recupera las formas detalladas mediante atajos que copian y transmiten los rasgos finos anteriores a la reducción.

122014–2016 · El umbral humano

¿A qué humano se superó?

Cuando se dice que la IA superó a los humanos, ¿con quiénes se comparó?

La tasa de error del primer puesto del concurso de reconocimiento de imágenes (1000 categorías, hasta 5 respuestas permitidas) bajó del 28.2% en 2010 al 2.3% en 2017 (a la derecha, cifras oficiales). En febrero de 2015, Kaiming He y sus colegas de Microsoft Research alcanzaron un 4.94% y escribieron que el resultado (traducción).

Ese 5.1% era el resultado de 1 de las 2 personas evaluadas por los organizadores (practicó con 500 imágenes e identificó 1500). La otra persona, que solo practicó con 100 imágenes, tuvo un 12.0% en 258 imágenes. Al cambiar el “Umbral humano” de la derecha, cambia el año en que se superó.

También en el reconocimiento de voz conversacional de 2016, la tasa de error humana variaba según el método de medición: 4%, 5.9% y 5.1%. El umbral del 30% del evento anunciado en 2014 como (traducción) también lo fijaron sus organizadores.

Lo que se cree saberLo que suele decirse:En 2015, la IA de reconocimiento de imágenes superó a los humanos
Según la fuente original:El 5.1% con el que se comparó era el resultado de 1 persona; la otra obtuvo un 12.0%. El propio artículo que afirmó la superación también dice que el resultado (traducción).

Qué muestra la figura:El valor humano en la afirmación de haber superado a los seres humanos cambia mucho según quién participe, cómo se le prepare y cuántas imágenes se usen para medirlo. Cambiar solo la línea del rendimiento humano desplaza 2 años la fecha en que se lo supera.

132015 · Generación de imágenes

Dos maneras de crear imágenes

¿Cómo se crea una imagen con una red ya entrenada?

En agosto de 2015, la transferencia de estilo de Leon Gatys y sus colegas de la Universidad de Tubinga y otras instituciones mantiene fija la red entrenada y modifica los píxeles de la imagen. Usa las respuestas de las capas profundas como contenido y una tabla que indica qué características aparecen juntas con fuerza (matriz de Gram) como estilo, y reduce las diferencias en ambos. La “Transferencia de estilo” de la derecha es una versión mínima que solo usa filtros pequeños (un ejemplo creado para este sitio).

En marzo del mismo año, el modelo de difusión de Jascha Sohl-Dickstein y sus colegas de la Universidad de Stanford añade ruido repetidamente para destruir los datos y hace que una red aprenda un paso en sentido inverso. Al repetir los pasos inversos desde el ruido, se obtienen datos nuevos. En “Modelo de difusión” se puede destruir una espiral y reconstruirla.

transferencia de estilo: diferencia=α × (diferencia de contenido)+β × (diferencia de la matriz de Gram)  un paso de difusión: x ← √(1−βt)·x+ √βt·ε
α, β
pesos de las 2 diferencias
βt
cantidad de ruido en el paso t
ε
número aleatorio de media 0 y varianza 1
Lo que se cree saberLo que suele decirse:Los modelos de difusión son un método nuevo creado hacia 2022 (o con DDPM de 2020)
Según la fuente original:La idea ya estaba en el artículo de 2015, que la describe como (traducción). El artículo de DDPM de 2020 escribió que, hasta entonces, (traducción), y lo demostró.

Qué muestra la figura:La transferencia de estilo modifica los píxeles de la imagen, manteniendo la red sin cambios. Un modelo de difusión aprende a invertir 1 paso de deterioro por ruido y recupera formas desde una niebla de ruido.

142014–2015 · Japón

Construir mientras se ejecuta

¿Hace falta decidir toda la estructura de una red antes de poder entrenarla?

En marzo de 2014, Toru Nishikawa y Daisuke Okanohara fundaron Preferred Networks (PFN). En junio de 2015, PFN publicó Chainer, una herramienta para escribir redes neuronales en Python y entrenarlas, de forma que cualquiera pudiera usarla.

Muchas herramientas anteriores (como Caffe) definían primero todo el recorrido del cálculo y después hacían pasar los datos (Define-and-Run en el artículo de Chainer). Chainer registra el recorrido en el momento en que calcula y lo recorre hacia atrás para obtener los gradientes (Define-by-Run). Incluso una red que maneja frases de distintas longitudes se puede escribir con instrucciones for e if habituales. A la derecha se puede pulsar “Avanzar 1 línea”.

El artículo de PyTorch de 2019 atribuye a Chainer y DyNet el papel pionero en esta forma de programar. En diciembre de 2019, PFN trasladó la base de su investigación y desarrollo a PyTorch.

Lo que se cree saberLo que suele decirse:La forma de construir mientras se ejecuta (Define-by-Run) nació con PyTorch en Estados Unidos
Según la fuente original:El propio artículo de PyTorch de 2019 escribe que Chainer y DyNet fueron pioneros en este diseño. Sin embargo, también dice que el enfoque de Chainer sacrificaba velocidad.

Qué muestra la figura:Chainer registra el recorrido de los cálculos a medida que se ejecuta un programa corriente y aprende siguiéndolo en sentido inverso. Por eso permite escribir el procesamiento de oraciones de distinta longitud directamente con un bucle for.

152006–2017 · Go

Simulaciones y 2 redes

¿Cómo se eligen las jugadas en el go, donde es difícil asignar una puntuación a las posiciones?

En el go hay muchas jugadas posibles y es difícil puntuar una posición. En 2006, la búsqueda de árboles de Montecarlo del francés Coulom comparaba las jugadas según el porcentaje de victorias al jugar muchas veces al azar hasta el final y exploraba más profundamente las ramas prometedoras (UCT, que decide cuánto probar cada jugada, es del mismo año). A la derecha hay un ejemplo con cuatro en raya. Se puede pulsar una columna para jugar contra el sistema.

AlphaGo, de DeepMind, añadió una red que elige jugadas y otra que evalúa posiciones. En octubre de 2015 ganó 5 partidas y perdió 0 contra Fan Hui, 2 dan. El artículo escribió que vencer a un profesional sin ventaja de piedras (traducción). En marzo de 2016 ganó 4 partidas y perdió 1 contra Lee Sedol, 9 dan. En octubre de 2017, AlphaGo Zero aprendió solo mediante partidas contra sí mismo y, tras 72 horas, ganó las 100 de 100 partidas contra la versión que había vencido a Lee Sedol.

puntuación UCT=proporción de victorias+C √( ln N ÷ n )
N
número total de veces que se probó esa posición
n
número de veces que se probó esa jugada
C
grado de exploración de jugadas poco probadas
Lo que se cree saberLo que suele decirse:AlphaGo se hizo fuerte aprendiendo por su cuenta
Según la fuente original:Incluso la versión que venció a Lee Sedol en 2016 aprendió primero de 160,000 partidas humanas como ejemplos y después mejoró jugando contra sí misma. La primera versión que no usó partidas humanas fue AlphaGo Zero, de octubre de 2017. Incluso Zero recibió de las personas las reglas y el diseño que trata el tablero como una imagen de 19×19.

Qué muestra la figura:Aunque no se pueda puntuar una posición, jugar muchas veces al azar desde ella hasta el final y comparar las jugadas por su proporción de victorias permite elegir jugadas fuertes. Cuantos más intentos se hacen, más fuerte se vuelve el sistema.

162007–2017 · Japón

Diez años que invirtieron las fuerzas

¿Cuándo se invirtió la diferencia de nivel entre los profesionales y los programas?

En shogi, Kunihito Hoki, investigador de química, publicó Bonanza en 2005. Hizo que la máquina aprendiera los pesos de una función de evaluación (una fórmula que puntúa lo buena o mala que es una posición) para elegir las mismas jugadas que en los registros de partidas profesionales. Justo después de que Akira Watanabe, titular del Ryuo, venciera a Bonanza en marzo de 2007, el investigador Hitoshi Matsubara escribió que ganar más de lo que se pierde contra los mejores profesionales (traducción).

Cada cuadrado de la derecha representa 1 partida pública. En octubre de 2015, la Sociedad de Procesamiento de la Información de Japón cerró su proyecto de shogi con la declaración (traducción). En 2017, PONANZA venció 2 veces seguidas a Amahiko Sato, titular del Meijin. En “Go (Densei-sen)” se ve cómo las piedras de ventaja que recibían los programas en el Densei-sen japonés disminuyen de 5 a 0.

Qué muestra la figura:Tanto en shogi como en go, en 10 años se pasó de victorias de profesionales a victorias del software. La predicción (para 2015), la declaración de la sociedad científica (2015) y las partidas reales (2 derrotas seguidas del campeón en 2017) tienen fechas algo distintas.

172018 · Hacia la ciencia

Formas a partir de distancias

¿Se pueden aplicar a problemas científicos los métodos que hicieron fuerte a la IA en los juegos?

Las proteínas son cadenas de aminoácidos cuya forma se determina al plegarse. En el concurso de predicción CASP13 de 2018 (unos 100 grupos de investigación), el primer AlphaFold de DeepMind usó una red convolucional para predecir un mapa de distancias entre pares de aminoácidos. A partir de ese mapa creó una fórmula de puntuación y construyó la forma corrigiéndola mediante descenso de gradiente para que se ajustara a la fórmula.

A la derecha hay una versión mínima de ese método de construcción (una cadena y un mapa de 2 dimensiones creados para este sitio). Al abrirlo, la cadena recta se pliega hasta adoptar una forma que se ajusta al mapa. Se puede alterar el mapa o usar solo las distancias entre pares cercanos. La puntuación total en la categoría difícil fue 68.3, superior a los 48.2 del segundo puesto. Sin embargo, solo alcanzó una precisión alta en 11 de 43 casos.

error=Σi<j (|pi − pj| − dij)² mover p para reducir este valor
pi
posición del aminoácido i
dij
distancia predicha entre i y j
Lo que se cree saberLo que suele decirse:AlphaFold apareció de repente en 2020 y pasó directamente a ganar el Nobel de Química
Según la fuente original:El primer AlphaFold ya participó en CASP13 en 2018. Sin embargo, AlphaFold2, de 2020, (traducción): dejó de usar convoluciones y pasó a usar atención. El premio fue por AlphaFold2, que se trata en el capítulo 11.

Qué muestra la figura:Si se predice una tabla de distancias entre aminoácidos tomados de 2 en 2, basta con mover poco a poco la cadena para ajustarla a la tabla y construir la forma tridimensional. Si la tabla solo incluye pares cercanos, no determina la forma.

Pasos de construcción y error respecto al mapa (la escala vertical aumenta por factores de 10)
182013–2015 · Predicciones sobre el trabajo

Qué significan el 47% y el 49%

¿Dónde dice el artículo que desaparecerá el 47% de los empleos?

En septiembre de 2013, Carl Benedikt Frey y Osborne, de la Universidad de Oxford, estimaron la probabilidad de que 702 ocupaciones de Estados Unidos pudieran ser sustituidas por computadoras. Solo etiquetaron a mano las 70 ocupaciones sobre las que estaban seguros: automatizables (1) o no automatizables (0). A partir de 9 variables que representan la percepción y la destreza manual, la creatividad y la interacción con otras personas, estimaron el resto mediante un clasificador.

Definieron como categoría de riesgo alto una probabilidad de 0.7 o más y como categoría de riesgo bajo una inferior a 0.3. Al contar por número de trabajadores, obtuvieron un 33% de riesgo bajo, un 19% medio y un 47% alto. Al mover las líneas de separación en el diagrama de la derecha, cambia el número del titular (los trabajos y las cantidades de personas son un ejemplo creado para este sitio). En 2015, el Instituto de Investigación Nomura, en una investigación conjunta con los mismos 2 investigadores, anunció (traducción).

proporción de riesgo alto= (personas que trabajan en ocupaciones con probabilidad de 0.7 o más) ÷ (total de personas que trabajan)
probabilidad
posibilidad estimada de que una ocupación pueda automatizarse desde el punto de vista técnico
Lo que se cree saberLo que suele decirse:En 10–20 años desaparecerá el 47% de los empleos de Estados Unidos
Según la fuente original:La expresión del artículo es (traducción). Significa que esas ocupaciones podrían automatizarse dentro de un número de años no definido con precisión (quizá 10–20 años). No es una predicción de cuántas personas perderán realmente su empleo. El Instituto de Investigación Nomura también señaló que la sustitución real depende mucho de factores sociales que no incluyó en su estimación.

Qué muestra la figura:El 47% es la proporción de personas que trabajan en ocupaciones con una probabilidad de automatización de 0.7 o más, y cambia según dónde se coloque el umbral. No se calculó cuántas personas perderían realmente su trabajo.

192011–2016 · Japón

Hasta dónde leyó y escribió

Se dijo que la IA renunció a entrar en la Universidad de Tokio y que una novela de IA pasó una selección de un premio. ¿Qué ocurrió realmente?

Torobo-kun, del Instituto Nacional de Informática (desde 2011), se fijó como objetivos (traducción) y (traducción). En las pruebas simuladas de 2016 obtuvo 525 puntos y una puntuación estandarizada de 57.1 en el Center Test, y una puntuación estandarizada de 76.2 en matemáticas (rama de ciencias) en la prueba simulada de la Universidad de Tokio. Ese mismo año se dijo que, por la dificultad de (traducción), se detendría el esfuerzo por resolver el Center Test de la misma manera que una persona.

En marzo de 2016, algunas obras de una investigación que buscaba hacer que la IA escribiera novelas pasaron la primera selección del “Premio Shinichi Hoshi” (traducción) de Nikkei y quedaron eliminadas en la segunda. En “Premio Shinichi Hoshi 2016”, en el diagrama, se pueden pulsar las cajas. Las personas prepararon la trama (incluido el desenlace sorpresa) y las piezas de las frases, y un programa las combinó.

Lo que se cree saberLo que suele decirse:Torobo-kun renunció a entrar en la Universidad de Tokio (fracasó)
Según la fuente original:El anuncio del Instituto Nacional de Informática no habla de renunciar. En la reunión de presentación de resultados se dijo: (traducción) y (traducción).

Qué muestra la figura:Todai Robot no abandonó la meta de ingresar en la Universidad de Tokio, sino el intento de resolver las pruebas del mismo modo que una persona. En la novela de IA, las personas prepararon la trama y las partes del texto, y el programa solo las ordenó.

202016 · El reloj de las predicciones

El reloj de las predicciones

¿Qué ocurrió en el año señalado por las predicciones con fecha que surgieron durante el auge?

En 2016, Geoffrey Hinton dijo en una conferencia de Toronto (traducción) y (traducción). En agosto del mismo año, Ford anunció que en 2021 pondría en circulación un automóvil autónomo de nivel 4, sin volante ni pedales, para servicios de transporte por solicitud y viajes compartidos, (traducción) y (traducción). El gobierno japonés escribió, sobre servicios de movilidad sin conductor a bordo en zonas limitadas, (traducción). Un libro blanco del gobierno presentó la opinión de algunos investigadores de que (traducción).

Al mover “Año actual” en el diagrama de la derecha, aparece lo que ocurrió después para las predicciones cuyo año señalado ya llegó. El número de las barras que aparecen al elegir “Hinton: radiólogos” es la cantidad de plazas de formación de médicos residentes en Estados Unidos (2 datos de la tabla oficial, de 2016 y 2025).

Lo que se cree saberLo que suele decirse:En 5 años, la IA sustituirá a los radiólogos
Según la fuente original:En el video original añadió inmediatamente después (traducción). Habló de aprendizaje profundo, no de IA, y no señaló un año en que desaparecería la profesión (comprobado con los subtítulos automáticos del video).

Qué muestra la figura:Al llegar los años anunciados, muchas predicciones de los auges fallaron o resultaron tener formulaciones que no coincidían con lo ocurrido. Otras todavía no han llegado al año en que se comprobarán.

212014–2019 · Normas

¿Para quién se escribieron las normas?

¿Qué normas crearon los investigadores de IA y los gobiernos, y a quiénes iban dirigidas?

En enero de 2014, la nueva portada de la revista de la Sociedad Japonesa de Inteligencia Artificial (un dibujo de un robot de aspecto femenino limpiando con una escoba) recibió críticas que preguntaban (traducción). La sociedad escribió (traducción). Esto fue uno de los motivos para crear un comité de ética. El último artículo de sus (traducción) de 2017, el artículo 9, se titula (traducción) y está dirigido a la propia IA.

En marzo de 2016, algunas personas actuaron de forma coordinada para explotar las debilidades de Tay, la IA conversacional de Microsoft. En menos de 24 horas publicó expresiones inapropiadas y fue desactivada. En “Conversación que aprende imitando”, a la derecha (el diagrama más sencillo posible, creado para este sitio; no es el mecanismo real de Tay), se puede cambiar la proporción de personas que actúan de forma coordinada.

Qué muestra la figura:Las normas se dirigen a destinatarios distintos: investigadores, países, sociedad o la propia IA. En una máquina de conversación que aprende imitando, basta con que unas pocas personas acuerden repetir lo mismo para que esas palabras se vuelvan su respuesta más frecuente.

222015–2019 · El final de la cima

¿Cuándo pasó la cima del auge?

¿Cuándo y cómo quedó atrás la cima del auge?

El libro de Yutaka Matsuo de marzo de 2015, (traducción), dividió la historia de la IA en capítulos sobre el primer, segundo y tercer auge. El (traducción) del gobierno de 2016, tomando este libro y otros como referencia, explicó que la investigación de IA había pasado por una (traducción) y que entonces se encontraba en el tercer auge. En 2015, SoftBank anunció que Pepper había pasado a (traducción).

Las barras de la derecha muestran cuántas veces apareció “AI” con el sentido de inteligencia artificial en intervenciones del Parlamento japonés (el sitio lo contó en las actas). El número pasó de 11 en 2015 a 593 en 2019, y disminuyó en 2020 y 2021. En octubre de 2019, Gartner Japan situó la inteligencia artificial en el “valle de la desilusión” (traducción) (el periodo en que se extiende la decepción después de que las expectativas hayan crecido demasiado).

La forma de la montaña de expectativas (ciclo de sobreexpectación) es un esquema de interpretación de una consultora, no una ley comprobada. Tampoco se puede atribuir a una sola causa la disminución de menciones en 2020–2021 (coincide con los años de la pandemia).

Qué muestra la figura:Las menciones de la IA en el Parlamento japonés pasaron de 11 en 2015 a 593 en 2019, más de 50 veces, y bajaron en 2020 y 2021. Pero volvieron a subir en 2022, por lo que no se puede decidir si el máximo fue el comienzo de un invierno.

Para terminar

Lo que todavía no se sabe

En esta época se completó el conjunto de técnicas para entrenar redes profundas (ReLU, inicialización de pesos, dropout, normalización por lotes, Adam y atajos). Sin embargo, después de los artículos se ha vuelto a cuestionar por qué funcionan tan bien la normalización por lotes y ResNet, o las explicaciones han quedado como hipótesis. Primero se extendió su uso, y después se debaten las razones. También se extendió el aprendizaje por transferencia, que reutiliza redes entrenadas con grandes cantidades de datos, pero cuántos ejemplos hacen falta para que sea mejor aprender desde cero depende de la tarea y sigue investigándose.

Las cifras humanas de las afirmaciones “superó a los humanos” y (traducción) cambian mucho según a quién se evalúe, cómo practique y con cuántas imágenes se mida. Tampoco hay una línea clara para decidir a partir de qué punto se puede decir que la IA escribió algo (cuánto debe modificarlo una persona para que sea una obra humana). Sigue investigándose la relación entre la capacidad de la IA para interpretar imágenes y el conjunto del trabajo de un radiólogo. El 47% y el 49% eran estimaciones de la probabilidad de sustitución desde el punto de vista técnico, no predicciones de cuántas personas perderían realmente su empleo.

En 2019, el número de menciones de IA en el Parlamento japonés dejó atrás su cima y una consultora situó la inteligencia artificial en el valle de la desilusión. Las fuentes de este capítulo no bastan para decidir si ese fue el comienzo de un invierno. Las menciones en el Parlamento volvieron a aumentar desde 2022. En el siguiente capítulo aparecen IA que escriben textos y crean imágenes, partiendo del Transformer de 2017.

Otros acontecimientos de este capítulo (3; todos con fuentes originales y grados de certeza)
11 de diciembre de 2015Verificado en la fuente original

Anuncio de la fundación de OpenAI, diciembre de 2015: una empresa de investigación sin fines de lucro (traducción)

El 11 de diciembre de 2015, OpenAI publicó su primer anuncio, en el que se presentaba como (traducción). Su objetivo era desarrollar la IA de la forma con más probabilidades de beneficiar a toda la humanidad, sin estar limitada por la necesidad de obtener beneficios económicos. Anunció que publicaría sus investigaciones en artículos y código, y que compartiría con el mundo sus patentes, si las hubiera. Personas y empresas donantes se comprometieron a aportar un total de 1 mil millones de dólares, pero el anuncio también decía que (traducción).

Lo que aún no se sabe:El propio anuncio afirma que la historia de la IA está llena de sorpresas y que resulta difícil predecir cuándo se alcanzará una IA comparable a la humana. Recuerda que antes se pensaba que resolver tareas como el ajedrez permitiría entender el mecanismo de una inteligencia humana, pero que no ocurrió así.

1 fuentes originales y cómo se verificaron
  1. Introducing OpenAI (copia de archive.org del 2015-12-16) (Greg Brockman, Ilya Sutskever, and the OpenAI team · 2015 · Primer párrafo y secciones Background, Looking forward y Op… · Fuente original)
31 de marzo de 2017Verificado en la fuente originalJapón

El “Consejo de Estrategia Tecnológica de Inteligencia Artificial” del Gobierno (2016) y la (2017)

En abril de 2016 se creó en el Gobierno el “Consejo de Estrategia Tecnológica de Inteligencia Artificial”, siguiendo una instrucción del primer ministro en el . El consejo coordinó los centros de investigación de los ministerios de Asuntos Internos y Comunicaciones; Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología; y Economía, Comercio e Industria. Entre ellos estaban el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones, el Centro de Inteligencia Avanzada Integrada de RIKEN y el Centro de Investigación en Inteligencia Artificial del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada. El 31 de marzo de 2017, el consejo elaboró la (人工知能技術戦略) y una (産業化のロードマップ) que describía la difusión de la IA en 3 fases. Estableció como áreas prioritarias “productividad”, “salud, atención médica y cuidados” y “desplazamiento en el espacio”, y como área transversal, “seguridad de la información”.

Lo que aún no se sabe:La propia hoja de ruta aclara que (traducción); las fechas son orientativas.

2 fuentes originales y cómo se verificaron
  1. Estrategia Tecnológica de Inteligencia Artificial (人工知能技術戦略; informe del Consejo de Estrategia Tecnológica de Inteligencia Artificial) (Consejo de Estrategia Tecnológica de Inteligencia Artificial · 2017 · p.2 2. Organización del Gobierno para promover el desarrollo te… · Fuente original)
  2. Objetivos de investigación y desarrollo de inteligencia artificial y hoja de ruta para la industrialización (人工知能の研究開発目標と産業化のロードマップ) (Consejo de Estrategia Tecnológica de Inteligencia Artificial · 2017 · p.1 (1-1) Organización por fases de las etapas de desarrollo de… · Fuente original)
8 de julio de 2017Verificado en la fuente original

El Gobierno chino fija objetivos para 2020, 2025 y 2030 en su

En julio de 2017, el Consejo de Estado de China, el Gobierno chino, publicó el (新一代人工智能发展规划). El plan proponía y fijaba objetivos en 3 etapas. Para 2020, situar la tecnología y las aplicaciones de IA al nivel avanzado mundial y superar los 150 mil millones de yuanes en la industria central de IA. Para 2025, lograr grandes avances en teoría básica, liderar algunas áreas, superar los 400 mil millones de yuanes y establecer una primera base de normas legales y éticas de IA. Para 2030, liderar en conjunto, convertirse en y superar 1 billón de yuanes. También señalaba problemas como los posibles cambios en la estructura del empleo, los conflictos con la ley y la ética y las violaciones de privacidad, y pedía un desarrollo seguro, fiable y controlable.

Lo que ocurrió después:Según anuncios del Gobierno chino, en julio de 2022 se afirmó que (traducción; rueda de prensa del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información), y en marzo de 2026, que (traducción; ministro de Industria y Tecnología de la Información). Numéricamente, esto supondría superar tanto el objetivo de 2025 como el de 2030, de 1 billón de yuanes. Sin embargo, ambas cifras son estimaciones del Gobierno y los anuncios no explican si el método de cálculo es el mismo que en el plan de 2017. Objetivos como no se han comprobado en las fuentes consultadas.

1 fuentes originales y cómo se verificaron
  1. 国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知(国发〔2017〕35号) (Consejo de Estado de China · 2017 · I. Situación estratégica / II. Requisitos generales, (3) Ob… · Fuente original)