Η ιστορία των αλγορίθμων και της τεχνητής νοημοσύνης
14.05.202313:42
Τι είναι οι αλγόριθμοι και πού χρησιμοποιούνται; - Ποια ήταν η Άντα, κόρη του Λόρδου Βύρωνα, η πρώτη προγραμματίστρια ηλεκτρονικών υπολογιστών; - Οι αρχές της τεχνητής νοημοσύνης και το μέλλον της
Τα τελευταία χρόνια έννοιες που ήταν γνωστές μόνο σε επιστήμονες μπήκαν στην καθημερινότητα δισεκατομμυρίων ανθρώπων. Ανάμεσα τους οι αλγόριθμοι και η Τεχνητή Νοημοσύνη. Πρόκειται για δύο έννοιες αλληλένδετες και με αυτές θα ασχοληθούμε στο σημερινό μας άρθρο.
Οι αλγόριθμοι και η ιστορία τους
Για να γίνουμε ευκολότερα κατανοητοί, θα παραθέσουμε τον ορισμό του αλγορίθμου από το σχολικό βιβλίο «Ανάπτυξη Εφαρμογών σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον» της Γ' Λυκείου: «Αλγόριθμος είναι μια πεπερασμένη σειρά ενεργειών, αυστηρά καθορισμένων και εκτελέσιμων σε πεπερασμένο χρόνο, που στοχεύουν στην επίλυση ενός προβλήματος».
Η έννοια του αλγόριθμου δεν συνδέεται αποκλειστικά και μόνο με προβλήματα της Πληροφορικής, αν και οι αλγόριθμοι είναι θεμελιώδεις γι' αυτήν. Οι μαθηματικοί ενδιαφέρθηκαν από νωρίς για τους αλγόριθμους. Ένας αλγόριθμος που αποδίδεται στον Ευκλείδη χρησιμοποιείται για την εύρεση του Μέγιστου Κοινού Διαιρέτη δύο αριθμών.
Η λέξη αλγόριθμος (algorithm) προέρχεται από μία μελέτη του Πέρση μαθηματικού Abu Ja' far Mohammed ibn Musa al Khowarizmi (περ. 781-850). Πρόκειται για τον συγγραφέα του «Βιβλίου της πρόσθεσης και της αφαίρεσης με βάση την ινδική αριθμητική». Το όνομα του al Khowarizmi σημαίνει «αυτός που κατάγεται από την περιοχή Χουαρέσμ» στο σημερινό Ουζμπεκιστάν, όπου και γεννήθηκε. Η έννοια του αλγόριθμου απασχόλησε ιδιαίτερα και τους μαθηματικούς του Μεσαίωνα, οι οποίοι εισηγήθηκαν το ινδοαραβικό σύστημα αρίθμησης και τους αντίστοιχους αλγορίθμους του.
Σε πρώιμη μορφή, ως augorism η λέξη εμφανίζεται στα Γαλλικά το 1230 προερχόμενη από το μεσαιωνικό λατινικό algorismus. Επίσης ως algorismus, εμφανίζεται στη Μέση Αγγλική γλώσσα. Στη μορφή algorithme εμφανίζεται στα Γαλλικά το 1554, ενώ στα αγγλικά μόλις το 1926!
Στα ιταλικά τέλος οι λέξεις algorithmo και algorismo εμφανίζονται στο δεύτερο μισό του 13ου αιώνα. Από τότε ως τις αρχές του 20ου αιώνα ο όρος αλγόριθμος «επέζησε» ως σπάνια λέξη που σήμαινε «συστηματική διαδικασία αριθμητικών χειρισμών». Στη συνέχεια απέκτησε ιδιαίτερη αξία χάρη στην ανάπτυξη της ομώνυμης θεωρίας (θεωρία αλγορίθμων) και έπειτα με τη χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Σήμερα οι αλγόριθμοι έχουν καταστεί αναπόσπαστο κομμάτι της επαγγελματικής ζωής και των κοινωνικών μας αλληλεπιδράσεων και έχουν ευρεία χρήση στον τομέα της υγείας, των μεταφορών, του εμπορίου και της βιομηχανίας. Ακόμα, έχουν επιφέρει αλλαγές στις φυσικές, κοινωνικές και ανθρωπιστικές επιστήμες, εμπλουτίζοντας τις γνώσεις μας, αλλά και δοκιμάζοντας τα όρια της τεχνολογίας.
Ορισμένοι αλγόριθμοι, όπως τα λειτουργικά συστήματα στην τηλεφωνία, τα συστήματα διαχείρισης δεδομένων ή οι μηχανές αναζήτησης (π.χ. Google) είναι πολύ σημαντικοί και έχουν γίνει βέβαια με τη συνεισφορά χιλιάδων ανθρώπων.
Από τους αλγόριθμους στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές
Το 2000 π.χ. οι αρχαίοι Αιγύπτιοι και οι Βαβυλώνιοι επινόησαν τα πρώτα γεωμετρικά αντικείμενα και μεγέθη(σημεία, γραμμές, γωνίες, εμβαδά κλπ.).Η ιστορία των αλγορίθμων ξεκινά με την επινόηση των πράξεων της πρόσθεσης και του πολλαπλασιασμού στη Μεσοποταμία.
Αυτοί οι αλγόριθμοι βέβαια προορίζονταν να εκτελεστούν από ανθρώπους και όχι από μηχανές. Αλλά και οι μηχανές της αρχαιότητας όπως αυτές του Ήρωνα και του Αλεξανδρέα χρησιμοποιήθηκαν για σιντριβάνια και όχι για την εκτέλεση προσθέσεων και πολλαπλασιασμών. Χρειάστηκε να περάσουν πολλοί αιώνες ώσπου μηχανές να μπορούν να εφαρμόζουν αλγόριθμους με σύμβολα.
Οι άβακες δεν μπορούσαν να κάνουν μόνοι τους υπολογισμούς κι έτσι δεν θεωρούνται αυτόνομες μηχανές. Οι πρώτες μηχανές του είδους ήταν οι καμπάνες των καθεδρικών ναών, με αρχή τον ύστερο Μεσαίωνα. Για παράδειγμα, στο καμπαναριό του καθεδρικού ναού της Ντιζόν υπήρχε ένας αυτόματος μηχανισμός που χτυπούσε την καμπάνα κάθε μία ώρα. Τον 17ο αιώνα φτάσαμε στις εξελιγμένες υπολογιστικές μηχανές των Σίκαρντ και Πασκάλ που μπορούσαν να εκτελέσουν μόνο προσθέσεις και αφαιρέσεις, ενώ οι ωρολογιακοί μηχανισμοί τους ήταν ευαίσθητοι και κολλούσαν συχνά. Ακολούθησε η αριθμομηχανή του Λάιμπνιτς που επέτρεπε επιπλέον πολλαπλασιασμούς και διαιρέσεις.
Τον 18ο αιώνα εμφανίστηκαν οι αυτόματες μηχανές του Βοκανσόν, τον 19ο οι αργαλειοί των Φαλκόν και Ζακάρ καθώς και η πινακογραφική μηχανή του Χόλεριθ. Λίγο μετά τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο κατασκευάστηκε η μηχανή Enigma. Εφευρέτης της ήταν ο Γερμανός μηχανικός Arthur Scherbing και χρησιμοποιήθηκε αρχικά για εμπορικούς σκοπούς, αλλά στη συνέχεια αξιοποιήθηκε από τις δυνάμεις του Άξονα. Οι Βρετανοί «απάντησαν» με τη μηχανή Bombe, το αρχικό σχέδιο της οποίας έγινε από τον Πολωνό Marian Rejewski το 1939. Ακολούθησε η βελτιωμένη έκδοσή της από τον περίφημο Alan Turing (1912-1954) και η τελειοποίησή της από τον Gordon Welchman (1906-1985).
Η Bombe χρησιμοποιήθηκε για την αποκρυπτογράφηση μυστικών κρυπτογραφημένων γερμανικών μηνυμάτων. Στον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο οι Γερμανοί χρησιμοποίησαν και τις μηχανές Lorenz μετά το 1941, την οποία οι Βρετανοί κρυπταναλυτές «αντιμετώπισαν» με το σύνολο υπολογιστών Colossus.
Τη δεκαετία του 1940 αναπτύχθηκαν οι πρώτες μηχανές γενικής χρήσης, δηλαδή οι πρώτοι υπολογιστές. Η Ζ3 κατασκευάστηκε στο Βερολίνο, ο ENIAC που κατασκευάστηκε στη Φιλαδέλφεια των Η.Π.Α. και το Baby, που κατασκευάστηκε στο Μάντσεστερ. Και οι τρεις διεκδικούν τον τίτλο του πρώτου υπολογιστή στην ιστορία. Λίγο μετά την κατασκευή των πρώτων υπολογιστών, στήθηκαν δίκτυα συνδεδεμένων υπολογιστών, δημιουργώντας όλο και πιο πολύπλοκα υπολογιστικά συστήματα. Έπρεπε να φτάσουμε όμως στο τέλος του 20υ αιώνα για να γίνουν προσιτοί οικονομικά οι υπολογιστές και να υπάρχουν πλέον σε κάθε σπίτι.
Η κόρη του Λόρδου Βύρωνα Ada ήταν η πρώτη προγραμματίστρια ηλεκτρονικών υπολογιστών!
Ακόμα κι όσοι έχουν λύσει μερικές δεκάδες μόνο σταυρόλεξα, θα έχουν συναντήσει τον ορισμό: «Κόρη του Λόρδου Βύρωνα».
Παλαιότερα, η απάντηση ήταν μία λέξη τριών γραμμάτων (Άδα), στο πλαίσιο του εξελληνισμού των ξένων λέξεων, τα τελευταία χρόνια όμως έχει, και σωστά, τέσσερα (Άντα).
Σε ελάχιστους είναι γνωστό ότι η Ada Lovelace (1815-1852), το μοναδικό αναγνωρισμένο παιδί του Λόρδου Βύρωνα από τον γάμο του με τη μαθηματικό Annabella Milbanke (1792-1860), μπορεί να θεωρηθεί ως η πρώτη προγραμματίστρια ηλεκτρονικών υπολογιστών στην ιστορία. Αν και οι γονείς της χώρισαν τον Ιανουάριο του 1816, ένα μήνα μετά τη γέννησή της, η Άντα έλαβε εξαιρετική μόρφωση στα μαθηματικά και τη μουσική από τη Mary Somerville. Αυτή τη σύστησε στον Charles Babbage, τον θεωρούμενο ως «πατέρα» των υπολογιστών, το 1833. Το 1835 η Άντα παντρεύτηκε τον William King, που έγινε το 1838 κόμης του Lovelace.
Έτσι η Άντα είναι διεθνώς γνωστή ως Ada Lovelace. Απέκτησε τρία παιδιά: τον Byron (1836), την Anne Isabella (1837) και τον Ralph Gordon (1839). Μεταξύ 1842 και 1843 η Άντα παρουσίασε ένα σύνολο με τον τίτλο «Notes» («Σημειώσεις»). Σε αυτές θεωρείται ότι υπάρχει το πρώτο πρόγραμμα υπολογιστή, δηλαδή ένας αλγόριθμος σχεδιασμένος να εκτελείται από μια μηχανή.
Το πρόγραμμα που περιέγραφε στις σημειώσεις της η Άντα υπολόγιζε τους περίφημους αριθμούς Μπερνούλι, μιας ακολουθίας αριθμών που χρησιμοποιείται συχνά στη μαθηματική ανάλυση. Το εντυπωσιακό με την Άντα είναι ότι εθίστηκε στον τζόγο και έχασε πολλά χρήματα στον στοιχηματισμό των ιπποδρομιών! Ίδρυσε ένα συνδικάτο με φίλους της και το 1851 προσπάθησε να δημιουργήσει ένα μαθηματικό μοντέλο για να κερδίσει μεγάλα στοιχήματα. Αυτή η προσπάθεια απέτυχε παταγωδώς και η ίδια καταστράφηκε οικονομικά! Πέθανε από καρκίνο της μήτρας το 1852. Πάντως η «πρωτιά» της Ada Lovelace στον προγραμματισμό των υπολογιστών αμφισβητείται από πολλούς.
Πού χρησιμοποιούνται οι αλγόριθμοι σήμερα;
Οι αλγόριθμοι και οι υπολογιστές σήμερα χρησιμοποιούνται παντού: στη διαχείριση πληροφοριών, στην επικοινωνία, στην εξερεύνηση, την ανάλυση δεδομένων, στην επεξεργασία σήματος, στον έλεγχο αντικειμένων, στη βιομηχανία, στη μοντελοποίηση και την προσομοίωση κλπ.
Οι αλγόριθμοι αποτελούν τη βάση της Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ), καθώς τροφοδοτούμενοι με δεδομένα, μέσα από την κατάλληλη υπολογιστική διαδικασία, δημιουργούν ένα νέο επιθυμητό αποτέλεσμα. Ας δούμε τη «γέννηση» της Τεχνητής Νοημοσύνης που μας έχει απασχολήσει ιδιαίτερα το τελευταίο χρονικό διάστημα.
Η «γέννηση» της Τεχνητής Νοημοσύνης
Η ιστορία της Τεχνητής Νοημοσύνης (artificial intelligence) ξεκίνησε το καλοκαίρι του 1956 στο Κολέγιο Ντάρτμουθ του Νιου Χαμσάιρ των ΗΠΑ. Ο μαθηματικός Τζον Μακάρθι οργάνωσε εκεί ένα εργαστήριο για δύο βδομάδες στο οποίο συμμετείχαν εξαιρετικοί επιστήμονες όπως ο, μετέπειτα νομπελίστας Τζον Νας, ο Χέρμπερτ Σάιμον, ο Μάρβιν Μίνσκι ήδη γνωστός ως επινοητής της θεωρίας της πληροφορίας και ο Κλοντ Σάνον. Ο όρος Τεχνητή Νοημοσύνη ήταν επινόηση του Τζον Μακάρθι. Στη διοργάνωση του εργαστηρίου (θερινού σεμιναρίου μελετών) συμμετείχε και ο Ναθάνιελ Ρότσεστερ, σχεδιαστής του πρώτου εμπορικού υπολογιστή της ΙΒΜ.
Στόχος του εργαστηρίου ήταν σύμφωνα με τους διοργανωτές του, ο εξής: «Η μελέτη θα προχωρήσει με βάση την παραδοχή ότι κάθε πτυχή της μάθησης και οποιοδήποτε άλλο χαρακτηριστικό της νοημοσύνης δύναται κατ’ αρχάς να περιγραφεί με τόση ακρίβεια ώστε να γίνει εφικτή η προσομοίωση της από μια μηχανή. Θα καταβληθεί προσπάθεια να ευρεθεί ο τρόπος ώστε οι μηχανές να χρησιμοποιούν γλώσσα, να σχηματίζουν αφηρημένες ιδέες και έννοιες, να επιλύον είδη προβλημάτων που τώρα επιλύονται μόνο από ανθρώπους- και να αυτοβελτιώνονται. Πιστεύουμε ότι μπορεί να σημειωθεί σημαντική πρόοδος σε ένα ή περισσότερα από αυτά τα προβλήματα εάν μια προσεκτικά επιλεγμένη ομάδα επιστημόνων συνεργαστεί επί τούτου για ένα καλοκαίρι».
Την πρώτη δεκαετία μετά τη συνάντηση στο Ντάρτμουθ η ΤΝ σημείωσε αρκετές επιτυχίες όπως ο αλγόριθμος του Άλαν Ρόμπινσον για τον λογικό συλλογισμό γενικού σκοπού και το πρόγραμμα του Άρθουρ Σάμιουελ που έπαιζε ντάμα και έμαθε μόνο του να νικά τον δημιουργό του. Ωστόσο, στα τέλη της δεκαετίας του 1960 έσκασε η πρώτη φούσκα της Τεχνητής Νοημοσύνης όταν οι πρώτες απόπειρες στη μηχανική μάθηση και μηχανική μετάφραση δεν ανταποκρίθηκαν στις προσδοκίες. Μια έκθεση που προετοιμάστηκε από την κυβέρνηση της Μεγάλης Βρετανίας το 1973 συμπέραινε ότι: «… σε καμία περιοχή του κλάδου οι μέχρι τώρα ανακαλύψεις δεν προκάλεσαν τον σημαντικό αντίκτυπο που αρχικά ο κλάδος φαινόταν να υπόσχεται».
Ουσιαστικά υπήρξε παραδοχή ότι οι μηχανές δεν ήταν αρκετά έξυπνες. Στα μέσα της δεκαετίας του 1980 η ΤΝ γνώριζε μια τεράστια αναβίωση χάρη στις εμπορικές δυνατότητες των λεγόμενων έμπειρων συστημάτων. Δεν άργησε να σκάσει και η δεύτερη φούσκα της ΤΝ καθώς τα συγκεκριμένα συστήματα αποδείχθηκαν ανεπαρκή για πολλές από τις εργασίες στις οποίες εφαρμόζονταν. Και πάλι αποδείχθηκε ότι οι μηχανές δεν ήταν αρκετά έξυπνες. Σταδιακά ο κλάδος της ΤΝ «μαθηματικοποιήθηκε» σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό και συνδέθηκε με τους κλάδους των πιθανοτήτων, της στατιστικής και της θεωρίας ελέγχου. Τότε έγιναν και οι πρώτες μελέτες πάνω στα πιθανοτικά συστήματα συλλογισμού μεγάλης κλίμακας και σε αυτό που έγινε αργότερα γνωστό ως «βαθιά μάθηση».
Από το 2011 χάρη στις τεχνικές βαθιάς μάθησης άρχισε να σημειώνεται σημαντικότατη πρόοδος στην αναγνώριση ομιλίας, στην οπτική αναγνώριση αντικειμένων και τη μηχανική μετάφραση που αποτελούσαν τρία από τα πιο σημαντικά άλυτα προβλήματα του κλάδου. Έτσι οι μηχανές είναι ισάξιες ή και υπερβαίνουν τις ανθρώπινες ικανότητες στις συγκεκριμένες εργασίες. Το 2016 και το 2017 η μηχανή AlphaGo της DeepMind κέρδισε τον Λι Σεντόλ, πρώην παγκόσμιο πρωταθλητή στο Γκο (παιχνίδι στρατηγικής, κινεζικής προέλευσης) και τον Κε Γιε, νέο πρωταθλητή. Ως τότε, οι ειδικοί είχαν προβλέψει ότι αυτό, αν συνέβαινε ποτέ, δεν θα συνέβαινε πριν το 2097.
Σήμερα η Τεχνητή Νοημοσύνη γίνεται πρώτο θέμα σε εφημερίδες και ιστοσελίδες και εξελίσσεται συνεχώς. Άραγε ο ταχύτατος αυτός ρυθμός προόδου σημαίνει πως κάποτε θα μας κατακτήσουν οι μηχανές; «Όχι», ισχυρίζονται οι ειδικοί με βασικό επιχείρημα ότι τις μηχανές χειρίζονται άνθρωποι και λειτουργούν με βάση δεδομένα που τους δίνουν οι άνθρωποι.
Μήπως όμως σκάσει αργά ή γρήγορα και η τρίτη «φούσκα» της Τεχνητής Νοημοσύνης. Και τότε όλοι όσοι έχουν επενδύσει σε αυτή αλλά και οι «θιασώτες» της θα διαψευστούν για μία ακόμα φορά.
Ευχαριστώ πολύ τον καλό φίλο και εξαίρετο μαθηματικό Μάνο Κοθρή για τη βοήθειά του.
Πηγές:
ΣΕΡΖ ΑΜΠΙΤΕΜΠΟΥΛ & ΖΙΛ ΝΤΟΟΥΕΚ, «Η ΕΠΟΧΗ ΤΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ», ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ VULGATA, HΡΑΚΛΕΙΟ, 2022
Stuart Russell, «ΣΥΜΒΑΤΗ με τον άνθρωπο; η Τεχνητή Νοημοσύνη και το πρόβλημα του ελέγχου», ΕΚΔΟΤΙΚΟΣ ΟΙΚΟΣ ΤΡΑΥΛΟΣ, 2021
ΜΑΝΩΛΗΣ ΑΝΔΡΙΩΤΑΚΗΣ, «ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΓΙΑ ΟΛΟΥΣ», ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΨΥΧΟΓΙΟΣ, 2022
ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΙΑΝΝΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, «ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ: Μια Διακριτική Απομυθοποίηση», ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΡΟΠΗ, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 2020