Онлайн час в Google Meet
Лого на 91. НЕГ „Проф. Константин Гълъбов“

11. клас · Избираем модул · Урок 15

Обучение по примери — идеята на машинното обучение

Правилото не се пише от програмист, а се извлича от примери. Обучаващи примери, обобщение и грешка — и кога примерите са достатъчни, за да се научи вярното правило.

Досега правилата ги пишехме ние

В уроци 5–9 всяко решение на програмата беше написано от човек: съветникът по правила, решаващото дърво, минимакс. Програмистът знае правилото и го превежда на C#. Това работи, докато правилото може да се каже с думи.

Опитайте да напишете правилото „това е снимка на котка“ или „това писмо е спам“. Не става. Правилото съществува — вие го прилагате безпогрешно, — но не можете да го изкажете. Точно за такива задачи е машинното обучение: не пишем правилото, а даваме примери и оставяме програмата да го извлече.

правилапримерипрограмаобучениеотговориправилоКласическо програмиранеМашинно обучениеРазликата е какво влиза и какво излиза.
При класическото програмиране правилото е вход. При машинното обучение правилото е изход.

Обучаващи примери, обобщение, грешка

Обучаващ пример

Двойка „вход → верен изход“. Входът е това, което програмата ще получава (снимка, писмо, число), изходът е отговорът, който искаме (котка, спам, цена). Верният изход е даден от човек и се нарича етикет.

От урок 11 знаете етикета като „колоната с отговора“ в таблицата от данни. Всеки ред от таблицата е един обучаващ пример.

Обобщение (generalization)

Способността на наученото правило да дава верен отговор за нов вход, който не е бил сред примерите. Това е целта. Правило, което помни само примерите, е безполезно.

Грешка

Разликата между отговора, който правилото дава, и верния етикет. Обучението е процес, който променя правилото така, че грешката върху примерите да намалява.

Как се извлича правило от примери

Вижте един пример: 3 → 7. Кое е правилото? Има поне четири кандидата, които го обясняват:

Кандидат3 → ?5 → ?Оцелява ли след 5 → 11
n + 479не
2n + 1711да
3n − 2713не
n² − 2723не

Един пример не стига — четири различни правила го обясняват. Вторият пример 5 → 11 отсява три от тях. Така работи и машината: започва с някакво правило, проверява го върху примерите, вижда къде греши и го поправя. С всеки пример множеството от правила, които „оцеляват“, се свива.

  1. Започни с някакво правило (в началото — произволно).
  2. Приложи го върху обучаващ пример и сравни с етикета.
  3. Ако има грешка, промени правилото така, че да я намали.
  4. Повтори с всички примери, докато грешките изчезнат или спрат да намаляват.

Кога примерите са достатъчни

Машината намира правило, което пасва на примерите. Дали то е вярното правило зависи изцяло от примерите. Три условия:

Разнообразие

Ако всички примери с етикет „да“ са числата 4, 8, 12, 20, две правила пасват еднакво добре: „четно“ и „дели се на 4“. Примерът 6 решава спора. Липсва ли той, машината може да научи грешното правило, без някой да разбере. Това е и поуката от урок 13: изкривената извадка дава изкривено правило.

Брой

Колкото повече кандидати за правило има, толкова повече примери трябват, за да остане само един. За „2n + 1“ стигат два-три примера. За „това е котка“ — десетки хиляди снимки, защото правилото е неизмеримо по-сложно.

Без противоречия

Ако сред примерите има 4 → да и по-нататък 4 → не, никое правило не може да пасне на всички. Такива противоречия идват от грешки при етикетирането — точно проблемите, които чистехме в урок 12.

Достатъчни примериНедостатъчни примери
Разнообразиепокриват всички важни случаивсички „да“ си приличат по нещо странично
Бройповече от кандидатите за правилодве-три двойки за сложна задача
Етикетиедин вход — един отговоредин и същ вход с различни отговори
Резултатправилото обобщаваправилото пасва на примерите, но греши на новото

Какво трябва да запомниш

  • При машинното обучение правилото не се пише, а се извлича от примери „вход → верен изход“.
  • Верният изход в примера се нарича етикет и е даден от човек — затова говорим за обучение с учител.
  • Обучението променя правилото така, че грешката върху примерите да намалява.
  • Целта е обобщение — верен отговор за вход, който не е бил сред примерите.
  • Примерите са достатъчни, когато са разнообразни, достатъчно на брой и без противоречия.