Кіріспе
Машиналық оқыту алгоритмдерін талдау аясы Алгоритмдік оқыту теориясы – машиналық оқыту мәселелері мен алгоритмдерін талдау үшін математикалық аясты ұсынады. Синонимдері – формалды оқыту теориясы және алгоритмдік индуктивті қорытынды. Алгоритмдік оқыту теориясы статистикалық оқыту теориясынан статистикалық болжамдар мен талдауды пайдаланбау арқылы ерекшеленеді. Екі теория да – алгоритмдік және статистикалық оқыту теориясы – машиналық оқытумен айналысады, сондықтан оларды есептеу оқыту теориясының салалары деп қарастыруға болады.
Algorithmic learning theory is a mathematical framework for analyzing
machine learning problems and algorithms. Synonyms include formal learning theory and algorithmic inductive inference. Algorithmic learning theory is different from statistical learning theory in that it does not make use of statistical assumptions and analysis. Both algorithmic and statistical learning theory are concerned with machine learning and can thus be viewed as branches of computational learning theory.
Айырмалы белгілері
Статистикалық оқыту теориясынан және жалпы статистикалық теорияның көп бөлігінен өзгеше, алгоритмикалық оқыту теориясы деректердің кездейсоқ үлгілер екенін қабылдамайды, яғни деректер нүктелері бір-біріне тәуелсіз болмайды. Бұл теорияны байқаулар (салыстырмалы түрде) шусыз, бірақ кездейсоқ емес, мысалы, тіл үйрену және автоматтандырылған ғылыми жаңалықтар ашу сияқты салаларға ыңғайлы етеді. Алгоритмикалық оқыту теориясының негізгі ұғымы – лимитте оқыту: деректер нүктелерінің саны артқан сайын, оқыту алгоритмі проблемалық кеңістікке сәйкес келетін кез келген мүмкін деректер тізбегінде дұрыс гипотезаға жуықтасуы керек. Бұл – ықтималдық емес статистикалық тұрақтылықтың түрі, ол да лимитте дұрыс модельге жуықтасуды талап етеді, бірақ оқушыға ықтималдық өлшемі 0 болатын деректер тізбектерінде қателік жасауға мүмкіндік береді. Алгоритмикалық оқыту теориясы Тьюринг машиналарын пайдаланып оқытудың мүмкіндіктерін зерттейді. Басқа жүйелер Тьюринг машиналарынан гөрі оқыту алгоритмдерінің әлдеқайда шектеулі класын қарастырады, мысалы, гипотезаларды жылдамырақ есептейді, тіпті полиномиалдық уақытта. Мұндай жүйелердің бір мысалы – шамалы дәл оқыту.
Algorithmic learning theory investigates the learning power of Turing machines. Other frameworks consider a much more restricted class of learning algorithms than Turing machines, for example, learners that compute hypotheses more quickly, for instance in polynomial time. An example of such a framework is probably approximately correct learning .
Шекті деңгейде білім алу
Бұл ұғым Е. Марк Голдтың "Шектеудегі тілдік сәйкестендіру" атты мақаласында енгізілді. Тілдік сәйкестендірудің мақсаты – бір бағдарламаны іске қосатын машинаның, кез келген сөйлемнің "грамматикалық" немесе "грамматикалық емес" екенін анықтау үшін сынауға болатын басқа бағдарламаны жасауға қабілетті болуы. Оқытылатын тіл ағылшын тілі немесе басқа кез келген табиғи тіл болуы міндетті емес – шын мәнінде, "грамматикалық" анықтамасы тестілеушіге белгілі кез келген нәрсе болуы мүмкін. Голдтың оқу моделінде тестілеуші әр қадамда оқушыға мысал сөйлем ұсынады, ал оқушы гипотезамен жауап береді, яғни грамматикалық дұрыстықты анықтауға арналған ұсынылған бағдарлама. Тестілеушінің талабы – тізімде барлық мүмкін сөйлемдердің (грамматикалық немесе емес) әлдебір сәтте пайда болуы, бірақ нақты реті талап етілмейді. Оқушыдан талап етілетіні – әр қадамда гипотеза со far пайда болған барлық сөйлемдер үшін дұрыс болуы. Егер оқушының гипотезасы өзгермейтін белгілі бір қадамдар саны болса, онда ол "шекте тілді үйрене алады" делінеді. Осы кезде ол тілді шын мәнінде үйренген болады, себебі әрбір мүмкін сөйлем кіріс реттілігінде (өткен немесе болашақ) бір жерде кездеседі, ал гипотеза барлық кіріс үшін дұрыс (өткен немесе болашақ), сондықтан гипотеза әр сөйлем үшін дұрыс. Оқушыдан дұрыс гипотезаға қол жеткізгенін айту талап етілмейді, тек оның дұрыс болуы ғана қажет. Голд көрсеткендей, Тьюринг машинасы бағдарламасымен анықталатын кез келген тілді басқа Тьюринг машинасы санау арқылы шекте үйрене алады. Оқушы осы уақытқа дейін дұрыс болып табылатын біреуін тапқанға дейін барлық мүмкін Тьюринг машинасы бағдарламаларын бірінен соң бірін сынау арқылы мұны жасайды. Ақырында дұрыс бағдарламаға жетеді, содан кейін гипотеза ешқашан өзгермейді (бірақ оқушының өзгеруі қажет емес екенін білмейтінін ескеріңіз). Голд сондай-ақ, егер оқушыға тек оң мысалдар берілсе (яғни, кірісте тек грамматикалық сөйлемдер пайда болады, грамматикалық емес сөйлемдер емес), тілде тек шекті сандағы сөйлемдер болса ғана тілді шекте үйрену кепілдігі беріледі (мысалы, сөйлемдердің ұзындығы шектеулі екені белгілі болса). Шектегі тілдік сәйкестендіру – жоғары абстрактілі модель. Ол практикада кездесетін орындалу уақыты немесе компьютерлік жадтың шектерін ескермейді, ал ендіруде қателер болса, санау әдісі сәтсіз болуы мүмкін. Дегенмен, бұл құрылым өте қуатты, себебі егер осы қатаң шарттар сақталса, ол кез келген есептеуге болатын бағдарламаны үйренуге мүмкіндік береді. Өйткені Тьюринг машинасы кез келген дәстүрлі бағдарламалау тілінде кез келген бағдарламаны имитациялай алатын бағдарламаны жазуға болады. Черч-Тьюринг тезисін қараңыз.
Басқа анықтау критерийлері
Оқу теориялықтары келесідей басқа оқу критерийлерін зерттеді. Тиімділік: дұрыс гипотезаға жуықтасу алдында қажетті деректер санының ең төменге түсірілуі. Ақыл өзгерістері: дұрыс гипотезаға жуықтасу алдында болатын гипотезалық өзгерістер санының ең төменге түсірілуі. Ақыл өзгерістерінің шектері статистикалық оқыту теориясында зерттелетін қателік шектерімен тығыз байланысты. Кевин Келли ақыл өзгерістерін азайтудың Оккаманың бритвасы тұрғысынан ең қарапайым гипотезаларды таңдаумен тығыз байланысты екенін айтты.
Жыл сайынғы конференция
1990 жылдан бері алгоритмдік оқыту теориясы жөніндегі халықаралық конференция (ALT) өтіліп келеді, алғашқы жылдары (1990–1997) ол семинар ретінде танылды. 1992 мен 2016 жылдар аралығында конференция материалдары LNCS сериясында жарияланды. 2017 жылдан бастап олар Machine Learning Research конференцияларының материалдарында жарияланады. Конференцияның 34-ші шақырылысы 2023 жылдың ақпан айында Сингапурде өтеді. Конференция тақырыптары теориялық машиналық оқытудың барлық салаларын, соның ішінде статистикалық және есептеулік оқыту теориясын, онлайн оқытуды, белсенді оқытуды, күшейту оқытуды және терең оқытуды қамтиды.