ماشین لرنینگ یکی از شاخههای هوش مصنوعی است که روی ساخت سیستمهایی تمرکز دارد که از دادهها یاد میگیرند. این تکنیکها به نرمافزارها اجازه میدهند تا با گذر زمان عملکردشان بهبود یابد. الگوریتمهای ماشین لرنینگ برای پیدا کردن روابط و الگوها در دادهها آموزش میبینند. با استفاده از دادههای گذشته، این الگوریتمها میتوانند پیشبینی کنند، اطلاعات را دستهبندی کنند، دادهها را خوشهبندی کنند و حتی محتوای جدید تولید کنند. نمونههایی از این نوع شامل ChatGPT از OpenAI، Claude از Anthropic و GitHub Copilot هستند.
کاربردهای ماشین لرنینگ در صنایع مختلف بسیار گسترده است. به عنوان مثال، در تجارت الکترونیک، شبکههای اجتماعی و سازمانهای خبری از موتورهای پیشنهاددهنده برای پیشنهاد محتوا بر اساس رفتار گذشته مشتری استفاده میشود. در خودروهای خودران، الگوریتمهای ماشین لرنینگ و بینایی کامپیوتری نقش اساسی در هدایت ایمن جادهها دارند. در حوزه سلامت، ماشین لرنینگ میتواند به تشخیص بیماریها و پیشنهاد برنامههای درمانی کمک کند.
با اینکه ماشین لرنینگ ابزار قدرتمندی برای حل مشکلات و بهبود عملیات است، پیچیده و نیازمند منابع زیادی است. انتخاب الگوریتم مناسب نیازمند درک عمیق از ریاضیات و آمار است و آموزش الگوریتمهای ماشین لرنینگ اغلب نیازمند دادههای زیاد و با کیفیت است. همچنین، نتایج پیچیده آن ممکن است دشوار باشند.
بیشتر سازمانها در حال پذیرفتن ماشین لرنینگ هستند. طبق گزارش 2024 از Rackspace Technology، هزینهکرد AI در سال 2024 نسبت به 2023 بیش از دو برابر خواهد شد و بسیاری از شرکتها گزارش دادهاند که از پذیرش AI سود میبرند.
از نظر فلسفی، دیدگاه ماشینها به پردازش حجم زیادی از دادهها چالشهای جدیدی برای انسانها ایجاد میکند. و به صورت عملی، این مسئله ملاحظات اخلاقی مهمی را در مورد تصمیمات گرفته شده توسط مدلهای پیشرفته ماشین لرنینگ مطرح میکند. بهطور کلی، یادگیری ماشین برای درک حجم روزافزون دادههای تولید شده ضروری است و مبنای سیستمهای پیشرفته هوش مصنوعی امروزی را تشکیل میدهد.
چرا یادگیری ماشین مهم است؟ ماشین لرنینگ از اواسط قرن بیستم نقش فزایندهای در جامعه انسانی ایفا کرده است، زمانی که پیشگامان هوش مصنوعی مانند والتر پیتس، وارن مککولوچ، آلن تورینگ و جان فون نویمان مبانی محاسباتی این حوزه را پایهگذاری کردند. آموزش ماشینها برای یادگیری از دادهها و بهبود عملکرد در طول زمان به سازمانها امکان داده است که وظایف روتین را خودکارسازی کنند – که از لحاظ نظری، انسانها را آزاد میکند تا به کارهای خلاقانه و استراتژیک بپردازند.
یادگیری ماشین کاربردهای عملی گسترده و متنوعی دارد. در امور مالی، الگوریتمهای ماشین لرنینگ به بانکها کمک میکنند تا تراکنشهای تقلبی را با تحلیل حجم زیادی از دادهها در زمان واقعی و با سرعت و دقتی که انسانها نمیتوانند مطابقت دهند، شناسایی کنند. در حوزه سلامت، ماشین لرنینگ به پزشکان در تشخیص بیماریها بر اساس تصاویر پزشکی کمک میکند و برنامههای درمانی را با مدلهای پیشبینی نتایج بیمار اطلاعرسانی میکند. و در خردهفروشی، بسیاری از شرکتها از ماشین لرنینگ برای شخصیسازی تجربه خرید، پیشبینی نیازهای موجودی و بهینهسازی زنجیره تأمین استفاده میکنند.
ماشین لرنینگ همچنین وظایف دستی را که فراتر از توانایی اجرای انسان در مقیاس است انجام میدهد – به عنوان مثال، پردازش حجم زیادی از دادههای تولید شده روزانه توسط دستگاههای دیجیتال. این توانایی برای استخراج الگوها و بینشها از مجموعههای بزرگ داده به یک تمایز رقابتی در زمینههایی مانند بانکداری و کشفهای علمی تبدیل شده است. بسیاری از شرکتهای پیشرو امروزی، از جمله Meta، Google و Uber، ماشین لرنینگ را در عملیات خود برای اطلاعرسانی تصمیمگیری و بهبود کارایی ادغام کردهاند.
یادگیری ماشین برای درک حجم فزاینده دادههای تولید شده توسط جوامع مدرن ضروری است. فراوانی دادههایی که انسانها ایجاد میکنند نیز میتواند برای آموزش و تنظیم بیشتر مدلهای ماشین لرنینگ استفاده شود و پیشرفتهای ماشین لرنینگ را تسریع کند. این حلقه یادگیری مداوم مبنای سیستمهای پیشرفته هوش مصنوعی امروزی است و دارای پیامدهای عمیقی است.
به لحاظ فلسفی، احتمال اینکه ماشینها حجم زیادی از دادهها را پردازش کنند، درک انسانها از هوش و نقش ما در تفسیر و اقدام به اطلاعات پیچیده را به چالش میکشد. به صورت عملی، این مسئله ملاحظات اخلاقی مهمی را در مورد تصمیمات گرفته شده توسط مدلهای پیشرفته ماشین لرنینگ مطرح میکند. شفافیت و قابل توضیح بودن در آموزش و تصمیمگیری ماشین لرنینگ، همچنین تأثیرات این مدلها بر اشتغال و ساختارهای اجتماعی، مناطقی هستند که نیاز به نظارت و بحث مداوم دارند.
چهار نوع اصلی یادگیری ماشین عبارتند از :
- یادگیری نظارت شده
- یادگیری بدون نظارت
- یادگیری نیمه نظارت شده
- یادگیری تقویتی
انتخاب الگوریتم بستگی به طبیعت دادهها دارد. بسیاری از الگوریتمها و تکنیکها محدود به یک نوع خاص از یادگیری ماشین نیستند؛ آنها میتوانند با توجه به مسئله و مجموعه دادهها به انواع مختلف تطبیق یابند. به عنوان مثال، الگوریتمهای یادگیری عمیق مانند شبکههای عصبی پیچشی (Convolutional) و بازگشتی (Recurrent) در وظایف یادگیری نظارت شده، بدون نظارت و تقویتی استفاده میشوند، بستگی به مسئله خاص و موجودیت داده دارد.
ماشین لرنینگ در مقابل شبکههای عصبی یادگیری عمیق
یادگیری عمیق زیرشاخهای از یادگیری ماشین است که بر مدلهایی با سطوح متعدد شبکههای عصبی، معروف به شبکههای عصبی عمیق تمرکز دارد. این مدلها میتوانند بهطور خودکار ویژگیهای سلسلهمراتبی را از دادهها یاد بگیرند و استخراج کنند، و آنها را برای وظایفی مانند تشخیص تصویر و گفتار موثر میسازد.
یادگیری نظارت شده چگونه کار میکند؟
یادگیری نظارت شده الگوریتمها را با دادههای آموزشی برچسبگذاری شده تامین میکند و متغیرهایی را که الگوریتم باید برای یافتن همبستگیها ارزیابی کند، تعریف میکند. هم ورودی و هم خروجی الگوریتم مشخص شده است. بیشتر الگوریتمهای یادگیری ماشین در ابتدا از یادگیری نظارت شده استفاده میکردند، اما روشهای بدون نظارت در حال افزایش محبوبیت هستند.
الگوریتمهای یادگیری نظارت شده برای وظایف متعددی استفاده میشوند، از جمله:
- دستهبندی دوتایی: دادهها را به دو دسته تقسیم میکند.
- دستهبندی چندگانه: بیش از دو دسته را انتخاب میکند.
- مدلسازی ترکیبی: پیشبینیهای چندین مدل یادگیری ماشین را ترکیب میکند تا پیشبینی دقیقتری تولید کند.
- مدلسازی رگرسیون: مقادیر پیوسته را بر اساس روابط درون دادهها پیشبینی میکند.
نحوه کار یادگیری ماشین بدون نظارت چگونه است؟
یادگیری بدون نظارت نیازی به دادههای برچسبگذاری شده ندارد. این الگوریتمها دادههای بدون برچسب را تحلیل میکنند تا الگوها را شناسایی کرده و نقاط داده را با استفاده از تکنیکهایی مانند نزول گرادیان به گروههایی تقسیم کنند. بیشتر انواع یادگیری عمیق، از جمله شبکههای عصبی، الگوریتمهای بدون نظارت هستند.
یادگیری بدون نظارت برای وظایف مختلفی موثر است، از جمله:
- تقسیم مجموعه داده به گروهها بر اساس شباهت با استفاده از الگوریتمهای خوشهبندی
- شناسایی نقاط داده غیرعادی در یک مجموعه داده با استفاده از الگوریتمهای تشخیص ناهنجاری
- کشف مجموعهای از آیتمها در یک مجموعه داده که اغلب با هم اتفاق میافتند با استفاده از استخراج قوانین انجمنی
- کاهش تعداد متغیرها در یک مجموعه داده با استفاده از تکنیکهای کاهش ابعاد
یادگیری نیمه نظارت شده چگونه کار میکند؟
یادگیری نیمه نظارت شده الگوریتم را با فقط مقدار کمی دادههای آموزشی برچسبگذاری شده تامین میکند. از این دادهها، الگوریتم ابعاد مجموعه داده را میآموزد که میتواند به دادههای جدید و بدون برچسب اعمال شود. با این حال، توجه داشته باشید که ارائه مقدار بسیار کمی دادههای آموزشی میتواند منجر به بیشبرازش شود، جایی که مدل فقط دادههای آموزشی را حفظ میکند به جای اینکه الگوهای پایهای را واقعاً یاد بگیرد.
اگرچه الگوریتمها معمولاً وقتی روی مجموعه دادههای برچسبگذاری شده آموزش میبینند، عملکرد بهتری دارند، برچسبگذاری میتواند زمانبر و هزینهبر باشد. یادگیری نیمه نظارت شده عناصر یادگیری نظارت شده و بدون نظارت را ترکیب میکند و بین عملکرد بهتر اولی و کارایی دومی تعادل برقرار میکند.
یادگیری نیمه نظارت شده میتواند در حوزههای زیر استفاده شود:
- ترجمه ماشینی: الگوریتمها میتوانند زبان را بر اساس کمتر از یک فرهنگ لغت کامل از کلمات یاد بگیرند.
- تشخیص تقلب: الگوریتمها میتوانند با تنها چند مثال مثبت موارد تقلب را شناسایی کنند.
- برچسبگذاری دادهها: الگوریتمهای آموزش دیده روی مجموعههای داده کوچک میتوانند بهطور خودکار برچسبها را به مجموعههای بزرگتر اعمال کنند.
یادگیری تقویتی چگونه کار میکند؟
یادگیری تقویتی شامل برنامهریزی الگوریتمی با یک هدف مشخص و مجموعهای از قوانین برای رسیدن به آن هدف است. الگوریتم به دنبال پاداشهای مثبت برای انجام اقداماتی است که آن را به هدفش نزدیکتر میکند و از تنبیهها برای انجام اقداماتی که آن را از هدفش دورتر میکند، جلوگیری میکند.
یادگیری تقویتی اغلب برای وظایف زیر استفاده میشود:
- کمک به رباتها برای یادگیری انجام وظایف در دنیای فیزیکی
- آموزش به رباتها برای بازی کردن ویدئو گیمها
- کمک به سازمانها برای برنامهریزی تخصیص منابع
چگونه مدل یادگیری ماشین مناسب را انتخاب و بسازیم
- درک مسئله کسب و کار و تعریف معیارهای موفقیت. دانش گروه از مسئله کسب و کار و اهداف پروژه را به یک تعریف مسئله مناسب ماشین لرنینگ تبدیل کنید. در نظر بگیرید که چرا پروژه به یادگیری ماشین نیاز دارد، بهترین نوع الگوریتم برای مسئله چیست، هرگونه نیاز به شفافیت و کاهش تعصب، و ورودیها و خروجیهای مورد انتظار را بررسی کنید.
- درک و شناسایی نیازهای داده. تعیین کنید که چه دادههایی برای ساخت مدل لازم است و آمادگی آنها برای بلعیدن مدل را ارزیابی کنید. مقدار دادههای مورد نیاز، نحوه تقسیم آن به مجموعههای آزمایش و آموزش و امکان استفاده از مدل ماشین لرنینگ آموزش دیده را در نظر بگیرید.
- جمعآوری و آمادهسازی دادهها برای آموزش مدل. دادهها را پاکسازی و برچسبگذاری کنید، از جمله جایگزینی دادههای نادرست یا مفقود، کاهش نویز و رفع ابهامات. این مرحله همچنین ممکن است شامل بهبود و تقویت دادهها و ناشناسسازی دادههای شخصی باشد، بسته به مجموعه داده. در نهایت، دادهها را به مجموعههای آموزشی، آزمایشی و اعتبارسنجی تقسیم کنید.
- تعیین ویژگیهای مدل و آموزش آن. با انتخاب الگوریتمها و تکنیکهای مناسب، از جمله تنظیم هایپرامترها، شروع کنید. سپس مدل را آموزش و اعتبارسنجی کنید و در صورت نیاز با تنظیم هایپرامترها و وزنها آن را بهینهسازی کنید. بسته به مسئله کسب و کار، الگوریتمها ممکن است شامل قابلیتهای فهم زبان طبیعی، مانند شبکههای عصبی بازگشتی یا ترانسفورمرها برای وظایف پردازش زبان طبیعی (NLP) باشند، یا الگوریتمهای بوستینگ برای بهینهسازی مدلهای درخت تصمیمگیری استفاده شوند.
- ارزیابی عملکرد مدل و تعیین معیارهای بنچمارک. محاسبات ماتریس اغتشاش را انجام دهید، KPIهای کسب و کار و معیارهای ماشین لرنینگ را تعیین کنید، کیفیت مدل را اندازهگیری کنید و مشخص کنید که آیا مدل اهداف کسب و کار را برآورده میکند یا خیر.
- استقرار مدل و نظارت بر عملکرد آن در تولید. این بخش از فرآیند که به عنوان عملیاتیسازی مدل شناخته میشود، بهطور مشترک توسط دانشمندان داده و مهندسان یادگیری ماشین انجام میشود. عملکرد مدل را به طور مداوم اندازهگیری کنید، معیارهایی برای تکرارهای آینده مدل توسعه دهید و برای بهبود عملکرد کلی مدل تکرار کنید. محیطهای استقرار میتوانند در ابر، لبه یا داخل سازمان باشند.
- بهبود و تنظیم مستمر مدل در تولید. حتی پس از این که مدل ماشین لرنینگ در تولید قرار گرفت و به طور مداوم نظارت شد، کار ادامه دارد. تغییرات در نیازهای کسب و کار، قابلیتهای فناوری و دادههای واقعی میتوانند نیازها و الزامات جدیدی معرفی کنند.
کاربردهای یادگیری ماشین برای سازمانها
یادگیری ماشین به بخش جداییناپذیری از نرمافزارهای کسب و کار تبدیل شده است. مثالهایی از چگونگی استفاده از ماشین لرنینگ در برنامههای مختلف کسب و کار عبارتند از:
- هوش تجاری: نرمافزار BI و تحلیل پیشبینی از الگوریتمهای ماشین لرنینگ مانند رگرسیون خطی و رگرسیون لجستیک برای شناسایی نقاط داده مهم، الگوها و ناهنجاریها در مجموعههای بزرگ داده استفاده میکند. این بینشها به کسب و کارها کمک میکند تا تصمیمات مبتنی بر داده بگیرند، روندها را پیشبینی کنند و عملکرد را بهینه کنند. پیشرفتهای AI مولد همچنین امکان ایجاد گزارشها و داشبوردهای دقیق را فراهم کرده است که دادههای پیچیده را به فرمتهایی که به راحتی قابل فهم هستند، خلاصه میکند.
- مدیریت ارتباط با مشتری: کاربردهای کلیدی ماشین لرنینگ در CRM شامل تجزیه و تحلیل دادههای مشتری برای تقسیمبندی مشتریان، پیشبینی رفتارهایی مانند نوسان مشتری، ارائه توصیههای شخصیسازی شده، تنظیم قیمتها، بهینهسازی کمپینهای ایمیلی، ارائه پشتیبانی چتبات و تشخیص تقلب است. AI مولد همچنین میتواند محتوای بازاریابی سفارشی ایجاد کند، پاسخهای خودکار در خدمات مشتری ایجاد کند و بر اساس بازخورد مشتری بینشهای جدید تولید کند.
- امنیت و تطابق: ماشینهای بردار پشتیبانی (Support vector machines) میتوانند انحرافات در رفتار از یک خط پایه عادی را شناسایی کنند، که برای شناسایی تهدیدات سایبری بالقوه حیاتی است، با پیدا کردن بهترین خط یا مرز برای تقسیم دادهها به گروههای مختلف. شبکههای تقابلی مولد (Generative adversarial networks) میتوانند مثالهای تقابلی از بدافزارها ایجاد کنند و به تیمهای امنیتی کمک کنند تا مدلهای ماشین لرنینگ که بین نرمافزارهای بیخطر و مخرب تفاوت قائل میشوند، بهتر آموزش دهند.
- سیستمهای اطلاعاتی منابع انسانی: مدلهای ماشین لرنینگ فرآیند استخدام را با فیلتر کردن درخواستها و شناسایی بهترین نامزدها برای موقعیتها ساده میکنند. همچنین میتوانند ترک کارمندان را پیشبینی کنند، مسیرهای توسعه حرفهای را پیشنهاد دهند و برنامهریزی مصاحبهها را خودکار کنند. AI مولد میتواند به ایجاد توصیف شغل و تولید مواد آموزشی شخصیسازی شده کمک کند.
- مدیریت زنجیره تأمین: یادگیری ماشین میتواند سطوح موجودی را بهینه کند، لجستیک را سادهتر کند، انتخاب تامینکنندگان را بهبود بخشد و بهصورت پیشگیرانه به مشکلات زنجیره تأمین پاسخ دهد. تحلیل پیشبینی میتواند تقاضا را دقیقتر پیشبینی کند و شبیهسازیهای مبتنی بر AI میتوانند سناریوهای مختلف را مدلسازی کنند تا مقاومت را بهبود بخشند.
- پردازش زبان طبیعی: کاربردهای NLP شامل تحلیل احساسات، ترجمه زبان و خلاصهسازی متن است. پیشرفتهای AI مولد مانند GPT-4 OpenAI و Gemini گوگل این قابلیتها را بهطور قابل توجهی بهبود بخشیده است. مدلهای NLP مولد میتوانند متن انسانی تولید کنند، دستیارهای مجازی را بهبود بخشند و کاربردهای زبانمحور پیچیدهتری را ممکن سازند، از جمله ایجاد محتوا و خلاصهسازی اسناد.
مثالهایی از کاربردهای یادگیری ماشین در صنایع مختلف
پذیرش تکنیکهای یادگیری ماشین توسط سازمانها در صنایع مختلف، فرآیندهای کسب و کار را دگرگون کرده است. در اینجا چند مثال آورده شده است:
- خدمات مالی: Capital One از ماشین لرنینگ برای تقویت تشخیص تقلب، ارائه تجربیات شخصیسازی شده به مشتریان و بهبود برنامهریزی کسب و کار استفاده میکند. این شرکت از روششناسی MLOps برای استقرار برنامههای ماشین لرنینگ در مقیاس بزرگ استفاده میکند.
- داروسازی: تولیدکنندگان دارو از ماشین لرنینگ برای کشف دارو، آزمایشات بالینی و تولید دارو استفاده میکنند. به عنوان مثال، Eli Lilly مدلهای هوش مصنوعی و ماشین لرنینگ ساخته تا بهترین مکانها برای آزمایشات بالینی را پیدا کند و تنوع شرکتکنندگان را افزایش دهد. این مدلها بهطور قابل توجهی زمانبندی آزمایشات بالینی را کاهش دادهاند.
- بیمه: برنامه Snapshot معروف شرکت Progressive Corp. از الگوریتمهای ماشین لرنینگ برای تحلیل دادههای رانندگی استفاده میکند و نرخهای پایینتر را به رانندگان ایمن ارائه میدهد. دیگر کاربردهای مفید ماشین لرنینگ در بیمه شامل ارزیابی و پردازش مطالبات است.
- خردهفروشی: Walmart ابزار هوش مصنوعی مولد My Assistant را برای کمک به حدود 50,000 کارمند در تولید محتوا، خلاصهسازی اسناد بزرگ و به عنوان یک “شریک خلاق” کلی مستقر کرده است. این شرکت همچنین از این ابزار برای جلب بازخورد کارمندان در مورد موارد استفاده استفاده میکند.
مزایا و معایب یادگیری ماشین چیست؟
یادگیری ماشین در صورت به کارگیری مؤثر، مزیت رقابتی به کسب و کارها میدهد با شناسایی روندها و پیشبینی نتایج با دقت بالاتر از آمارهای متعارف یا هوش انسانی. ماشین لرنینگ میتواند به روشهای زیر به کسب و کارها کمک کند:
- تحلیل دادههای تاریخی برای حفظ مشتریان
- راهاندازی سیستمهای توصیهگر برای افزایش درآمد
- بهبود برنامهریزی و پیشبینی
- ارزیابی الگوها برای تشخیص تقلب
- افزایش کارایی و کاهش هزینهها
اما یادگیری ماشین نیز چالشهایی برای کسب و کارها به همراه دارد. در درجه اول، میتواند گران باشد. ماشین لرنینگ نیاز به نرمافزار، سختافزار و زیرساختهای مدیریت داده گران دارد و پروژههای ماشین لرنینگ معمولاً توسط دانشمندان داده و مهندسانی که حقوق بالایی دارند، هدایت میشوند.
یکی دیگر از مسائل مهم، تعصب در ماشین لرنینگ است. الگوریتمهایی که بر روی مجموعه دادههایی که برخی جمعیتها را شامل نمیشود یا حاوی خطاها هستند، آموزش میبینند، میتوانند منجر به مدلهای نادرست شوند. این مدلها ممکن است شکست بخورند و در بدترین حالت، نتایج تبعیضآمیز تولید کنند. پایهگذاری فرآیندهای اصلی سازمانی بر مدلهای متعصب میتواند به کسب و کارها آسیبهای نظارتی و اعتباری وارد کند.
اهمیت یادگیری ماشین قابل تفسیر توسط انسان
توضیح نحوه کار یک مدل ماشین لرنینگ خاص میتواند چالشبرانگیز باشد، بهویژه زمانی که مدل پیچیده باشد. با پیشرفت یادگیری ماشین، اهمیت مدلهای شفاف و قابل توضیح فقط افزایش مییابد، بهویژه در صنایع با بارهای قانونی سنگین مانند بانکداری و بیمه.
توسعه مدلهای ماشین لرنینگ که نتایج آنها قابل فهم و توضیح برای انسانها باشد، به دلیل پیشرفتهای سریع و پذیرش تکنیکهای پیشرفته ماشین لرنینگ مانند هوش مصنوعی مولد، به یک اولویت تبدیل شده است. محققان آزمایشگاههای هوش مصنوعی مانند Anthropic در درک نحوه کار مدلهای هوش مصنوعی مولد پیشرفت کردهاند، با تکیه بر تکنیکهای تفسیر و توضیح.
ماشین لرنینگ قابل تفسیر در مقابل هوش مصنوعی قابل توضیح
قابل تفسیر بودن به درک عمیق از کارکردهای داخلی یک مدل ماشین لرنینگ تمرکز دارد، در حالی که قابل توضیح بودن به توصیف تصمیمگیری مدل به روشی قابل فهم میپردازد. تکنیکهای ماشین لرنینگ قابل تفسیر معمولاً توسط دانشمندان داده و دیگر دستاندرکاران ماشین لرنینگ استفاده میشوند، در حالی که قابل توضیح بودن بیشتر برای کمک به غیرمتخصصان در فهم مدلهای یادگیری ماشین طراحی شده است. بهعنوان مثال، یک مدل به اصطلاح “جعبه سیاه” ممکن است حتی اگر قابل تفسیر نباشد، قابل توضیح باشد. محققان میتوانند ورودیهای مختلف را آزمایش کرده و تغییرات خروجیهای بعدی را مشاهده کنند، با استفاده از روشهایی مانند توضیحات افزایشی شاپلی (SHAP) تا ببینند کدام عوامل بیشترین تأثیر را بر خروجی دارند. به این ترتیب، محققان میتوانند تصویر واضحی از نحوه تصمیمگیری مدل به دست آورند (قابل توضیح بودن)، حتی اگر کاملاً کارکردهای شبکه عصبی پیچیده درون آن را درک نکنند (قابل تفسیر بودن).
تکنیکهای ماشین لرنینگ قابل تفسیر به ایجاد فرآیند تصمیمگیری مدل شفافتر و روشنتر کمک میکنند. نمونهها شامل درختهای تصمیمگیری که نمایشی تصویری از مسیرهای تصمیمگیری ارائه میدهند؛ رگرسیون خطی که پیشبینیها را بر اساس مجموع وزندار ویژگیهای ورودی توضیح میدهد؛ و شبکههای بیزی که وابستگیها بین متغیرها را بهصورت ساختاری و قابل تفسیر نمایش میدهند.
تکنیکهای هوش مصنوعی قابل توضیح (XAI) پس از عمل استفاده میشوند تا خروجی مدلهای ماشین لرنینگ پیچیدهتر برای ناظران انسانی قابل فهمتر شوند. نمونهها شامل توضیحات مدل-آگنوستیک محلی قابل تفسیر (LIME) که رفتار مدل را بهصورت محلی با مدلهای سادهتر برای توضیح پیشبینیهای فردی تقریب میزند، و مقادیر SHAP که امتیازات اهمیت به هر ویژگی اختصاص میدهند تا توضیح دهند که چگونه این ویژگیها به تصمیمگیری مدل کمک میکنند، میشود.
نیازهای شفافیت میتواند انتخاب مدل ماشین لرنینگ را دیکته کند
در برخی صنایع، دانشمندان داده باید از مدلهای ساده ماشین لرنینگ استفاده کنند زیرا برای کسب و کار مهم است که توضیح دهد هر تصمیم چگونه گرفته شده است. این نیاز به شفافیت اغلب منجر به معامله بین سادگی و دقت میشود. اگرچه مدلهای پیچیده میتوانند پیشبینیهای بسیار دقیقی تولید کنند، توضیح خروجیهای آنها به فرد عادی – یا حتی یک کارشناس – میتواند دشوار باشد.
مدلهای سادهتر و قابل تفسیرتر اغلب در صنایع به شدت تحت نظارت ترجیح داده میشوند، جایی که تصمیمات باید توجیه و حسابرسی شوند. اما پیشرفتهای تکنیکهای تفسیر و XAI امکانپذیر کردن استفاده از مدلهای پیچیدهتر را در حالی که شفافیت لازم برای انطباق و اعتماد حفظ میشود، افزایش داده است.
تیمها، نقشها و جریانهای کاری یادگیری ماشین
ساختن تیم ماشین لرنینگ با تعریف اهداف و محدوده پروژه ماشین لرنینگ شروع میشود. سوالات اساسی که باید پرسید شامل موارد زیر است: مشکلات کسب و کاری که تیم ماشین لرنینگ باید حل کند چیست؟ اهداف تیم چیست؟ چه معیارهایی برای ارزیابی عملکرد استفاده خواهد شد؟
پاسخ به این سوالات بخشی اساسی از برنامهریزی یک پروژه یادگیری ماشین است. این کار به سازمان کمک میکند تا تمرکز پروژه را درک کند (مانند تحقیق، توسعه محصول، تحلیل داده) و نوع تخصصهای ماشین لرنینگ مورد نیاز (مانند دید کامپیوتری، پردازش زبان طبیعی، مدلسازی پیشبینی) را مشخص کند.
بعد از این ملاحظات و محدودیتهای بودجه، سازمانها باید تصمیم بگیرند که چه نقشهای شغلی برای تیم ماشین لرنینگ ضروری است. بودجه پروژه باید نه تنها هزینههای منابع انسانی استاندارد مانند حقوق، مزایا و پذیرش را شامل شود، بلکه ابزارهای ماشین لرنینگ، زیرساختها و آموزش را نیز در نظر بگیرد. در حالی که ترکیب خاص یک تیم ماشین لرنینگ متفاوت خواهد بود، بیشتر تیمهای ماشین لرنینگ سازمانی شامل ترکیبی از حرفهایهای فنی و تجاری خواهند بود که هر کدام در زمینهای از پروژه تخصص دارند.
نقشهای تیم ماشین لرنینگ
یک تیم یادگیری ماشین معمولاً شامل چند نقش غیربومی ماشین لرنینگ نیز میشود.
نقشهای تیم یادگیری ماشین به شرح زیر هستند:
- کارشناسان حوزه: این افراد به تفسیر دادهها و اطمینان از ارتباط آنها با حوزه پروژه کمک میکنند.
مدیران پروژه: آنها نظارت بر چرخه عمر پروژه یادگیری ماشین را برعهده دارند. - مدیران محصول: این مدیران برنامهریزی توسعه برنامهها و نرمافزارهای ماشین لرنینگ را انجام میدهند.
- مهندسان نرمافزار: آنها برنامهها را ایجاد میکنند و توسعه میدهند.
- علاوه بر این، چندین نقش تخصصیتر ماشین لرنینگ نیز برای یک تیم یادگیری ماشین ضروری است:
- دانشمند داده: دانشمندان داده آزمایشها را طراحی کرده و مدلهایی برای پیشبینی نتایج و شناسایی الگوها میسازند. آنها مجموعه دادهها را جمعآوری و تحلیل میکنند، دادهها را پاکسازی و پیشپردازش میکنند، معماری مدل را طراحی میکنند، نتایج مدل را تفسیر کرده و یافتهها را به رهبران کسبوکار و ذینفعان منتقل میکنند. دانشمندان داده نیاز به تخصص در آمار، برنامهنویسی کامپیوتری و یادگیری ماشین دارند، از جمله زبانهای محبوبی مثل Python و R و فریمورکهایی مانند PyTorch و TensorFlow.
- مهندس داده: مهندسان داده مسئول زیرساختهای پشتیبانی از پروژههای ماشین لرنینگ هستند، اطمینان از اینکه دادهها به صورت قابل دسترس جمعآوری، پردازش و ذخیره میشوند. آنها پایپلاینهای داده را طراحی، ساخت و نگهداری میکنند؛ سیستمهای پردازش دادههای بزرگ را مدیریت میکنند و فرآیندهای یکپارچهسازی داده را ایجاد و بهینه میکنند. آنها نیاز به تخصص در مدیریت پایگاه داده، انبارداری داده، زبانهای برنامهنویسی مانند SQL و Scala و فناوریهای کلانداده مثل Hadoop و Apache Spark دارند.
- مهندس ماشین لرنینگ: همچنین به عنوان مهندسان MLOps شناخته میشوند، مهندسان ماشین لرنینگ به انتقال مدلهای توسعهیافته توسط دانشمندان داده به محیطهای تولید با استفاده از پایپلاینهای ماشین لرنینگ نگهداری شده توسط مهندسان داده کمک میکنند. آنها الگوریتمها را برای عملکرد بهینهسازی میکنند؛ مدلهای ماشین لرنینگ را مستقر و نظارت میکنند؛ زیرساختهای ماشین لرنینگ را نگهداری و مقیاسبندی میکنند؛ و چرخه عمر ماشین لرنینگ را از طریق روشهایی مانند CI/CD و نسخهبندی دادهها خودکار میکنند. علاوه بر دانش یادگیری ماشین و هوش مصنوعی، مهندسان ماشین لرنینگ معمولاً نیاز به تخصص در مهندسی نرمافزار، معماری داده و رایانش ابری دارند.
مراحل ایجاد جریانهای کاری ماشین لرنینگ
پس از تشکیل تیم ماشین لرنینگ، مهم است که همه چیز به صورت روان اجرا شود. اطمینان حاصل کنید که اعضای تیم میتوانند به راحتی دانش و منابع را به اشتراک بگذارند تا جریانهای کاری و بهترین شیوهها را به صورت منسجم ایجاد کنند. به عنوان مثال، ابزارهایی برای همکاری، کنترل نسخه و مدیریت پروژه، مانند Git و Jira، پیادهسازی کنید.
مستندسازی واضح و جامع نیز برای اشکالزدایی، انتقال دانش و نگهداری بسیار مهم است. برای پروژههای ماشین لرنینگ، این شامل مستندسازی مجموعه دادهها، اجرای مدلها و کد، با توصیفات دقیق از منابع داده، مراحل پیشپردازش، معماریهای مدل، هایپرامترها و نتایج آزمایش میشود.
روششناسی رایج برای مدیریت پروژههای ماشین لرنینگ، MLOps است که مخفف عملیات یادگیری ماشین است: مجموعهای از شیوهها برای استقرار، نظارت و نگهداری مدلهای ماشین لرنینگ در تولید. این روش از DevOps الهام گرفته است اما به تفاوتهای ظریف که ماشین لرنینگ را از مهندسی نرمافزار متمایز میکند، توجه دارد. همانطور که DevOps همکاری بین توسعهدهندگان نرمافزار و عملیات IT را بهبود میبخشد، MLOps دانشمندان داده و مهندسان ماشین لرنینگ را با تیمهای توسعه و عملیات متصل میکند.
با پذیرش MLOps، سازمانها هدف دارند تا ثبات، بازتولیدپذیری و همکاری در جریانهای کاری ماشین لرنینگ را بهبود بخشند. این شامل ردیابی آزمایشها، مدیریت نسخههای مدل و نگهداری گزارشهای دقیق از تغییرات داده و مدل میشود. نگهداری سوابق نسخههای مدل، منابع داده و تنظیمات پارامترها اطمینان میدهد که تیمهای پروژه ماشین لرنینگ میتوانند به راحتی تغییرات را پیگیری کنند و بفهمند که چگونه متغیرهای مختلف بر عملکرد مدل تأثیر میگذارند.
به طور مشابه، استانداردسازی جریانهای کاری و اتوماسیون وظایف تکراری زمان و تلاش مربوط به انتقال مدلها از توسعه به تولید را کاهش میدهد. این شامل اتوماسیون آموزش مدل، آزمایش و استقرار است. پس از استقرار، نظارت و ثبت پیوسته اطمینان میدهد که مدلها همیشه با جدیدترین دادهها بهروز و به صورت بهینه عمل میکنند.
ابزارها و پلتفرمهای یادگیری ماشین
توسعه یادگیری ماشین بر طیف گستردهای از پلتفرمها، فریمورکهای نرمافزاری، کتابخانههای کد و زبانهای برنامهنویسی متکی است. اینجا یک مرور کلی از هر دسته و برخی از ابزارهای برتر در آن دسته آمده است.
پلتفرمها
پلتفرمهای ماشین لرنینگ محیطهای یکپارچهای هستند که ابزارها و زیرساختهایی برای پشتیبانی از چرخه عمر مدل ماشین لرنینگ ارائه میدهند. قابلیتهای کلیدی شامل مدیریت دادهها؛ توسعه مدل، آموزش، اعتبارسنجی و استقرار؛ و نظارت و مدیریت پس از استقرار است. بسیاری از پلتفرمها همچنین ویژگیهایی برای بهبود همکاری، تطابق و امنیت، و همچنین اجزای یادگیری ماشین خودکار (AutoML) که وظایفی مانند انتخاب مدل و پارامتریزاسیون را خودکار میکنند، ارائه میدهند.
هر یک از سه ارائهدهنده عمده ابر یک پلتفرم ماشین لرنینگ ارائه میدهند که برای یکپارچهسازی با اکوسیستم ابری خود طراحی شده است: Google Vertex AI، Amazon SageMaker و Microsoft Azure ML. این محیطهای یکپارچه ابزارهایی برای توسعه مدل، آموزش و استقرار ارائه میدهند، از جمله قابلیتهای AutoML و MLOps و پشتیبانی از فریمورکهای محبوبی مانند TensorFlow و PyTorch. انتخاب غالباً به این بستگی دارد که کدام پلتفرم به بهترین شکل با محیط IT موجود سازمان هماهنگ میشود.
علاوه بر محصولات ارائهدهندگان ابری، چندین جایگزین شخص ثالث و منبع باز نیز وجود دارد. موارد زیر برخی از پلتفرمهای محبوب دیگر ماشین لرنینگ هستند:
- IBM Watson Studio: ابزارهای جامع برای دانشمندان داده، توسعهدهندگان برنامه و مهندسان MLOps ارائه میدهد. بر اخلاقیات و شفافیت هوش مصنوعی تأکید دارد و به خوبی با IBM Cloud یکپارچه میشود.
- Databricks: یک پلتفرم تحلیل یکپارچه که برای پردازش دادههای بزرگ مناسب است. ویژگیهای همکاری مانند نوتبوکهای مشترک و نسخه مدیریت شده MLflow، یک ابزار منبع باز توسعه داده شده توسط Databricks برای مدیریت چرخه عمر ماشین لرنینگ، ارائه میدهد.
- Snowflake: یک پلتفرم داده ابری که انبارداری داده و پشتیبانی از بارهای کاری ماشین لرنینگ و دادهکاوی ارائه میدهد. با انواع مختلف ابزارهای داده و فریمورکهای ماشین لرنینگ یکپارچه میشود.
- DataRobot: یک پلتفرم برای توسعه، استقرار و مدیریت سریع مدل که بر AutoML و MLOps تأکید دارد. ابزارهای انتخاب مدل و آمادهسازی داده پیشساخته گستردهای ارائه میدهد.
فریمورکها و کتابخانهها
فریمورکها و کتابخانههای ماشین لرنینگ بلوکهای سازنده برای توسعه مدلها را فراهم میکنند: مجموعهای از توابع و الگوریتمهایی که مهندسان ماشین لرنینگ میتوانند از آنها برای طراحی، آموزش و استقرار مدلهای ماشین لرنینگ به سرعت و کارایی بیشتر استفاده کنند.
در دنیای واقعی، اصطلاحات فریمورک و کتابخانه اغلب به طور متناوب استفاده میشوند. اما به طور دقیق، یک فریمورک یک محیط جامع با ابزارها و منابع سطح بالا برای ساخت و مدیریت برنامههای ماشین لرنینگ است، در حالی که یک کتابخانه مجموعهای از کدهای قابل استفاده مجدد برای وظایف خاص ماشین لرنینگ است.
موارد زیر برخی از رایجترین فریمورکها و کتابخانههای ماشین لرنینگ هستند:
- TensorFlow: یک فریمورک ماشین لرنینگ منبع باز که در ابتدا توسط Google توسعه یافته است. برای یادگیری عمیق بهطور گستردهای استفاده میشود، زیرا پشتیبانی گستردهای از شبکههای عصبی و ماشین لرنینگ در مقیاس بزرگ ارائه میدهد.
- PyTorch: یک فریمورک ماشین لرنینگ منبع باز که در ابتدا توسط Meta توسعه یافته است. به دلیل انعطافپذیری و سهولت استفاده شناخته شده است و مانند TensorFlow برای مدلهای یادگیری عمیق محبوب است.
- Keras: یک کتابخانه پایتون منبع باز که به عنوان یک رابط برای ساخت و آموزش شبکههای عصبی عمل میکند. کاربرپسند است و اغلب به عنوان API سطح بالا برای TensorFlow و دیگر پسزمینهها استفاده میشود.
- Scikit–learn: یک کتابخانه پایتون منبع باز برای تحلیل داده و یادگیری ماشین، که با نام sklearn نیز شناخته میشود. برای وظایفی مانند دستهبندی، رگرسیون و خوشهبندی ایدهآل است.
- OpenCV: یک کتابخانه دید کامپیوتری که از پایتون، جاوا و C++ پشتیبانی میکند. ابزارهایی برای برنامههای دید کامپیوتری بلادرنگ، از جمله پردازش تصویر، ضبط ویدئو و تحلیل فراهم میکند.
- NLTK: یک کتابخانه پایتون تخصصی برای وظایف پردازش زبان طبیعی (NLP). ویژگیهای آن شامل کتابخانههای پردازش متن برای دستهبندی، توکنیزاسیون، استمنگ، برچسبگذاری و تجزیه و تحلیل، و موارد دیگر است.
زبانهای برنامهنویسی
بهصورت نظری، تقریباً هر زبان برنامهنویسی میتواند برای ماشین لرنینگ استفاده شود. اما در عمل، اکثر برنامهنویسان یک زبان را برای یک پروژه ماشین لرنینگ بر اساس ملاحظاتی مانند در دسترس بودن کتابخانههای کد متمرکز بر ماشین لرنینگ، پشتیبانی جامعه و چندمنظوره بودن انتخاب میکنند.
اغلب اوقات، این به معنای پایتون است، پرکاربردترین زبان در یادگیری ماشین. پایتون ساده و خوانا است و یادگیری آن را برای مبتدیان کدنویسی یا توسعهدهندگان آشنا با زبانهای دیگر آسان میکند. پایتون همچنین دارای طیف گستردهای از کتابخانهها و فریمورکهای دادهکاوی و ماشین لرنینگ است، از جمله TensorFlow، PyTorch، Keras، scikit-learn، pandas و NumPy.
زبانهای دیگر که در ماشین لرنینگ استفاده میشوند عبارتند از:
- R: به دلیل قابلیتهای تحلیل آماری و تصویریسازی معروف است و در محیطهای آکادمیک و تحقیقاتی بسیار استفاده میشود. برای دستکاری دادهها، مدلسازی آماری و نمایش گرافیکی مناسب است.
- Julia: یک زبان کمتر شناخته شده که بهطور خاص برای محاسبات عددی و علمی طراحی شده است. به دلیل عملکرد بالا بهویژه در مدیریت محاسبات ریاضی و مجموعه دادههای بزرگ شناخته شده است.
- C++: یک زبان همهمنظوره کارآمد و پرقدرت که اغلب در محیطهای تولید استفاده میشود. به دلیل سرعت و کنترل بر منابع سیستم ارزشمند است که آن را برای برنامههای ماشین لرنینگ حساس به عملکرد مناسب میکند.
- Scala: زبان همهمنظوره مختصر که اغلب با فریمورکهای کلانداده مانند Apache Spark استفاده میشود. پارادایمهای برنامهنویسی شیءگرا و تابعی را ترکیب میکند و پردازش دادهها را مقیاسپذیر و کارآمد میسازد.
- Java: مانند Scala، جاوا برای کار با فریمورکهای کلانداده مناسب است. یک زبان همهمنظوره کارآمد، قابل حمل و مقیاسپذیر است که معمولاً در محیطهای سازمانی یافت میشود.
آینده یادگیری ماشین چگونه است؟
یادگیری ماشین با تحقیقات گستردهای که توسط شرکتها، دانشگاهها و دولتها در سراسر جهان انجام میشود، به سرعت در حال پیشرفت است. پیشرفتهای مهم در هوش مصنوعی و ماشین لرنینگ به طور مکرر رخ میدهد و روشهای پذیرفته شده را تقریباً به محض تأسیس منسوخ میکند. یک قطعیت درباره آینده یادگیری ماشین، نقش مرکزی آن در قرن بیست و یکم است که نحوه کار کردن و زندگی ما را تغییر میدهد.
چندین روند نوظهور در حال شکلگیری آینده ماشین لرنینگ هستند:
- پردازش زبان طبیعی (NLP): پیشرفت در الگوریتمها و زیرساختها منجر به هوش مصنوعی محاورهای روانتر، مدلهای ماشین لرنینگ متنوعتر که قادر به تطبیق با وظایف جدید هستند، و مدلهای زبانی سفارشیشده برای نیازهای کسب و کار شده است. مدلهای زبان بزرگتر در حال برجستهتر شدن هستند و ایجاد محتوای پیچیده و تعاملات بهبود یافته بین انسان و کامپیوتر را ممکن میسازند.
- دید کامپیوتری: قابلیتهای در حال تکامل دید کامپیوتری انتظار میرود اثر عمیقی بر بسیاری از حوزهها داشته باشد. در حوزه سلامت، نقش فزایندهای در تشخیص و نظارت دارد. علوم محیط زیست از توانایی مدلهای دید کامپیوتری در تحلیل و نظارت بر حیات وحش و زیستگاههای آنها بهره میبرد. در مهندسی نرمافزار، این یک جزء اصلی از فناوریهای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی است.
- فناوری سازمانی: فروشندگان بزرگ مانند آمازون، گوگل، مایکروسافت، IBM و OpenAI در حال رقابت برای جذب مشتریان برای خدمات پلتفرم AutoML هستند که تمام طیف فعالیتهای ماشین لرنینگ را پوشش میدهند، از جمله جمعآوری داده، آمادهسازی و طبقهبندی؛ ساخت و آموزش مدل؛ و استقرار برنامهها.
ماشین لرنینگ قابل - تفسیر و XAI: این مفاهیم در حال کسب محبوبیت هستند زیرا سازمانها تلاش میکنند مدلهای ماشین لرنینگ خود را شفافتر و قابل فهمتر کنند. تکنیکهایی مانند LIME، SHAP و معماریهای مدل قابل تفسیر به طور فزایندهای در توسعه ماشین لرنینگ گنجانده میشوند تا اطمینان حاصل شود که سیستمهای هوش مصنوعی نه تنها دقیق بلکه قابل فهم و قابل اعتماد هستند.
در میان این اشتیاق، شرکتها با چالشهایی مشابه با تکنولوژیهای پیشرفته و به سرعت در حال تحول قبلی روبرو هستند. این چالشها شامل انطباق زیرساختهای قدیمی برای هماهنگی با سیستمهای ماشین لرنینگ، کاهش تعصب و سایر نتایج مضر، و بهینهسازی استفاده از یادگیری ماشین برای تولید سود در حالی که هزینهها را به حداقل میرسانند. ملاحظات اخلاقی، حریم خصوصی دادهها و انطباق قانونی نیز مسائل مهمی هستند که سازمانها باید هنگام ادغام تکنولوژیهای پیشرفته هوش مصنوعی و ماشین لرنینگ در عملیات خود به آنها توجه کنند.
Hello! Do you know if they make any plugins to help with Search Engine Optimization? I’m trying to get my site to rank for
some targeted keywords but I’m not seeing very good success.
If you know of any please share. Many thanks!
I saw similar text here: Eco wool
you can use Rank Math Seo for your website