خوارزميات الذكاء الاصطناعي

وُلد الذكاء الصناعي في الخمسينيات من القرن الماضي عندما بدأ بعض الباحثين في مجال علوم الحاسب بالتساؤل عما إذا كان من الممكن جعل أجهزة الحاسب "تفكر" -وهو سؤال ما زلنا نستكشف تداعياته حتى اليوم. إن التعريف المختصر لمجال الذكاء الصناعي على النحو التالي: هو الجهد المبذول لأتمتة المهام الفكرية التي يؤديها البشر عادة.

تشكل خوارزميات الذكاء الصناعي أساس الأنظمة الذكية الحديثة، حيث تمكّن الآلات من التعلم والاستنتاج واتخاذ القرارات باستقلالية. أحدثت هذه الخوارزميات ثورة في مختلف المجالات، بدءًا من الرؤية الحاسوبية ومعالجة اللغة الطبيعية إلى الروبوتات وأنظمة التوصية. يعد فهم المفاهيم والأنواع الأساسية لخوارزميات الذكاء الصناعي أمرًا بالغ الأهمية لفهم تعقيدات الذكاء الصناعي وتطبيقاته الواسعة.

لقد حققت خوارزميات الذكاء الصناعي في السنوات الأخيرة تقدمًا كبيرًا، وذلك بفضل توفر كميات هائلة من البيانات وزيادة القدرة الحسابية وتحقيق اختراقات في البحث الخوارزمي. تتمتع هذه الخوارزميات بالقدرة على معالجة مجموعات البيانات الضخمة وتحليلها واكتشاف الأنماط المخفية واستخلاص رؤى قيّمة من البيانات. لقد أصبحوا فعّالين في حل المشكلات المعقدة التي كانت تعتبر ذات يوم تتجاوز قدرات الآلات.

يشمل مجال الذكاء الاصطناعي العديد من مناهج الخوارزميات، كل منها مصمم لمعالجة مهام ومجالات مشكلة محددة، ويمكن فرز أنواع هذه الخوارزميات بطرق عديدة: حسب طريقة التدريب أو نوع البيانات التي تتعامل معها أو حجم البيانات التي يمكن أن تستفيد منها، لكن التصنيف الأشيع يكون وفقًا للمهمة التي يمكن أن تؤديها.

بينما توفر خوارزميات الذكاء الاصطناعي إمكانات هائلة، فإنها تطرح أيضًا تحديات واعتبارات أخلاقية. يجب معالجة قضايا مثل تحيز البيانات وقابلية التفسير والإنصاف والخصوصية لضمان النشر المسؤول والأخلاقي لأنظمة الذكاء الاصطناعي. علاوة على ذلك، يستمر مجال الذكاء الاصطناعي في التطور بسرعة، مع استمرار البحث والتقدم في تقنيات الخوارزميات. تعد مواكبة أحدث التطورات وفهم نقاط القوة والقيود الخاصة بالخوارزميات المختلفة أمرًا ضروريًا للممارسين والباحثين وصناع السياسات.

سوف نستكشف في هذا المقال الأنواع الرئيسية لخوارزميات الذكاء الاصطناعي وفقًا للمهمة التي تؤديها ونناقش خصائصها وكيفية تطبيقها ونفحص التحديات التي تطرحها هذه الخوارزميات.

من خلال اكتساب فهم شامل لخوارزميات الذكاء الاصطناعي، يمكننا تقدير أهميتها في قيادة الابتكار وحل المشكلات المعقدة وتشكيل مستقبل الذكاء الاصطناعي والحياة.

تمهيد إلى خوارزميات الذكاء الاصطناعي

لابد من التنويه لبعض النقاط المهمة لكي نضمن لك قراءةً مستنيرة خلال هذه المقالة.

المتطلبات

لتكون على بينةٍ أثناء قراءة هذه المقالة، لابد وأن يكون لديك:

معرفة مسبقة بالذكاء الصناعي وفروعه وأساسياته، سيكون من الأفضل أن تقرأ المقالة الأولى في هذه السلسلة على الأقل.
معرفة بمجالات الذكاء الصناعي. يمكنك قراءة مقالة مجالات الذكاء الاصطناعي.
(اختياري) أن يكون لديك اطلاع على تعلم الآلة. يمكنك قراءة مقالة تعلم الآلة.

هل يجب أن أعرف جميع أنواع خوارزميات الذكاء الاصطناعي؟

لكي تصبح مبرمجًا للذكاء الاصطناعي، ليس من الضروري معرفة جميع أنواع خوارزميات الذكاء الاصطناعي. مجال الذكاء الاصطناعي واسع ويشمل مجموعة واسعة من الخوارزميات والتقنيات. بصفتك مبرمجًا للذكاء الاصطناعي، يمكنك اختيار التخصص في مجالات أو خوارزميات محددة بناءً على اهتماماتك وأهدافك المهنية ومتطلبات المشاريع التي تعمل عليها.

ومع ذلك فإن وجود فهم عام للمفاهيم الأساسية والخوارزميات شائعة الاستخدام في الذكاء الاصطناعي أمر مفيد. يتضمن ذلك معرفة خوارزميات التعلم الآلي مثل التعلم الخاضع للإشراف والتعلم غير الخاضع للإشراف والتعلم المعزز. إضافةً إلى ذلك يمكن أن يكون الإلمام بالشبكات العصبية وتقنيات التعلم العميق مفيدًا للغاية، حيث يتم استخدامها على نطاق واسع في تطبيقات الذكاء الاصطناعي المختلفة.

خلال قراءتك للمقالة سترى مراجعة شاملة للمناهج والخوارزميات وسياق تطورها، لكن ليس من الضروري أن تتعرّف عن قرب عن جميعها أو حتى نصفها، فكما ذكرت؛ هذا يعتمد على المجال الذي ستختص فيه. مثلًا إن كان اهتمامك في معالجة اللغات الطبيعية أو الرؤية الحاسوبية، فلن تحتاج إلى الخوارزميات التطورية أو التعلم المعزز كقاعدة عامة.

ما الفرق بين خوارزميتن الذكاء الاصطناعي ونموذج الذكاء الاصطناعي

خوارزمية الذكاء الاصطناعي هي مجموعة التعليمات التي تحدد كيفية تنفيذ مهمة حسابية، بينما نموذج الذكاء الاصطناعي هو التمثيل المكتسب الناتج عن تطبيق الخوارزمية على بيانات التدريب.

لتوضيح الفرق ضع في اعتبارك السيناريو التالي: تريد إنشاء نموذج لتصنيف صور القطط والكلاب. يمكن أن تكون الخوارزمية التي تختارها عبارة عن شبكة عصبية تلافيفية CNN، والتي تحدد بنية الشبكة وعملية التدريب عليها. النموذج في هذه الحالة سيكون CNN المُدرّبة أي بعد أن تعلّمت من مجموعة البيانات. يمكن بعد ذلك استخدام النموذج لتصنيف الصور الجديدة غير المرئية كقطط أو كلاب.

باختصار النموذج هو ناتج الخوارزمية، أي يمكن القول أن النموذج هو خوارزمية مُدرّبة جاهزة للاستخدام والتطبيق الفعلي. تجدر الإشارة إلى أنهما مصطلحان يُستخدمان غالبًا بالتبادل، لكن يجب معرفة الفرق بينهما.

ما المقصود بالأنماط

تشير الأنماط في سياق الذكاء الاصطناعي إلى الهياكل أو العلاقات المتكررة في البيانات التي يمكن تحديدها واستخدامها لعمل تنبؤات أو استخلاص رؤى. من خلال تحليل كميات كبيرة من البيانات، يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي تحديد الأنماط والتعلم منها لتحسين الأداء أو اتخاذ قرارات ذكية.

يمكن أن تظهر الأنماط في أشكال مختلفة، مثل السلاسل الرقمية أو السلاسل النص أو الصور أو الإشارات الصوتية. صُمّمت خوارزميات الذكاء الاصطناعي للتعرف على الأنماط داخل أنواع البيانات هذه واستخراج الخصائص ذات الصلة التي تساعد في حل مهام محددة. على سبيل المثال، في التعرف على الصور، تتعلم خوارزميات الذكاء الاصطناعي أنماطًا من قيم البكسل تتوافق مع كائنات أو ميزات مختلفة. في معالجة اللغة الطبيعية، تتعلم نماذج الذكاء الاصطناعي أنماطًا في تراكيب اللغة والسياق لفهم وإنشاء نص يشبه الإنسان.

باختصار، النمط هو شكل معيّن تتكرر فيه المعلومات، وهي صفات وخصائص تُميّز الأشياء، وهو مصطلح أساسي في تعلّم الآلة. مثلًا: كل التفاحات لها شكل شبه كروي (نمط)، العرب ينطقون لغة خاصة هي اللغة العربية (نمط)، يمكن تمييز الطبيب في المستشفى من لباسه (نمط).

تطور خوارزميات الذكاء الاصطناعي: من الأنظمة المعتمدة على القواعد إلى أعجوبة التعلم العميق

شهدت خوارزميات الذكاء الصناعي تطورًا ملحوظًا على مر السنين، مما دفع مجال الذكاء الصناعي إلى آفاق جديدة للابتكار والتطبيق. من البدايات المتواضعة إلى أحدث التطورات، تُظهر رحلة خوارزميات الذكاء الصناعي التقدم الملحوظ الذي تم إحرازه في تطوير الأنظمة الذكية. يستكشف هذا القسم من المقالة تطور خوارزميات الذكاء الصناعي وتتبع أسسها والمعالم الرئيسية والاتجاهات الناشئة التي تشكل مستقبل الذكاء الصناعي.

الأيام الأولى: الذكاء الاصطناعي المعتمد على القواعد والأنظمة الخبيرة

يمكن إرجاع جذور خوارزميات الذكاء الاصطناعي إلى الأيام الأولى من المجال عندما ركز الباحثون على الذكاء الصناعي المعتمد على القواعد والأنظمة الخبيرة. تضمنت هذه الأساليب تمثيل المعرفة البشرية في أنظمة قائمة على القواعد، وتمكين أجهزة الحاسب من محاكاة التفكير البشري وحل مشكلات محددة ضمن مجالات محددة مسبقًا. كان التطور الملحوظ خلال هذه الفترة هو إنشاء أنظمة خبيرة يمكن أن تحاكي قدرات صنع القرار للخبراء البشريين في المجالات المتخصصة.

ثورة التعلم الآلي: الانتقال من القواعد الصريحة إلى التعلم من البيانات

كان ظهور التعلم الآلي بمثابة تحول كبير في خوارزميات الذكاء الاصطناعي، والانتقال من البرمجة الصريحة القائمة على القواعد إلى الخوارزميات التي تتعلم من البيانات. اكتسبت المناهج الإحصائية بدايةً مكانة بارزة، مما سمح للآلات بالتعرف على الأنماط وإجراء التنبؤات بناءً على الأمثلة المرصودة. شهد لاحقًا هذا العصر ظهور خوارزميات مثل الانحدار الخطي والانحدار اللوجستي وأشجار القرار، مما مكّن الآلات من التعلم من البيانات المصنفة واتخاذ قرارات مستنيرة. كما أدى تطوير الشبكات العصبية وخوارزمية الانتشار العكسي في هذه الفترة إلى دفع المجال بشكل أكبر من خلال تقديم مفهوم تدريب الشبكات العميقة.

التعلم المعزز: التعلم من خلال التفاعل مع البيئة

اكتسبت خوارزميات التعلم المعزز مكانة بارزة من خلال تمكين الآلات من التعلم من خلال التفاعلات مع البيئة، وهي مستوحاة من علم النفس السلوكي. تعمل هذه الخوارزميات على تحسين عمليات اتخاذ القرار من خلال تعظيم المكافآت والعقوبات وبشكل تراكمي. تشمل المعالم الرئيسية لهذه المرحلة تطوير خوارزمية Q-Learning وتمهيد الطريق للتعلم المعزز الحديث والتطورات اللاحقة مثل شبكات كيو العميقة DQN وغيرهم. حقق التعلم المعزز نجاحًا ملحوظًا في مجالات مثل لعب الألعاب والروبوتات، حيث أُظهرت قوة التعلّم من خلال التجربة والخطأ.

الخوارزميات التطورية: التحسين والبحث

تستمد الخوارزميات التطورية الإلهام من التطور الطبيعي والمبادئ الجينية لتحسين المشكلات المعقدة والبحث عن الحلول المثلى. تعد الخوارزميات الجينية وخوارزميات أسراب الطيور وخوازميات مستعمرات النمل -أمثلة على الخوارزميات التطورية التي أثبتت فعاليتها في حل بعض مشكلات التحسين المعقدة. وجدت هذه الخوارزميات تطبيقات في مجالات مثل التصميم الهندسي والجدولة واستخراج البيانات.

التعلم العميق: إطلاق العنان لقوة الشبكات العصبية

ظهرت خوارزميات التعلم العميق كقوة مهيمنة في الذكاء الصناعي، تغذيها التطورات في القوة الحسابية وتوافر كميات هائلة من البيانات. من خلال الاستفادة من فكرة الطبقات المتعددة للشبكات العصبية، تفوقت خوارزميات التعلم العميق على خوارزميات التعلّم الآلي الأخرى في جميع المهام الحسية والإدراكية. أحدثت الشبكات العصبية التلافيفية CNNs ثورة في مهام الرؤية الحاسوبية، بينما أظهرت الشبكات العصبية المتكررة RNNs أداءً استثنائيًا في تحليل البيانات النصية والزمنية. يتيح عمق وتعقيد هذه الشبكات استخراج معلومات عالية الدقة من البيانات، وإطلاق العنان لإمكانيات جديدة في مجالات مثل التعرف على الصور ومعالجة اللغة الطبيعية والتعرّف على الكلام.

ظهور النهج الهجين

مع استمرار تطور خوارزميات الذكاء الاصطناعي، اكتسبت الأساليب الهجينة التي تجمع بين تقنيات متعددة مكانة بارزة. مثلًا أدى دمج التعلم العميق مع التعلم المعزز إلى حدوث تطورات في مجالات مثل القيادة المستقلة ولعب الألعاب. أتاح اندماج الخوارزميات التطورية مع تقنيات التعلم الآلي إنشاء استراتيجيات تحسين أكثر قوة. تستفيد المناهج الهجينة من نقاط القوة في النماذج الحسابية المختلفة لمواجهة تحديات العالم الحقيقي المعقدة.

يعد تطوّر خوارزميات الذكاء الصناعي عملية مستمرة، مع العديد من الاتجاهات الناشئة التي تشكل مستقبل المجال.

أنواع خوارزميات الذكاء الاصطناعي وفقًا لنواع المهمة

هناك عدة أنواع من خوارزميات الذكاء الصناعي وفقًا لنوع المهمة، وهي تندرج عمومّا تحت 6 أنواع هي: الانحدار والتصنيف والعنقدة والتجميع والتوليد والتفاعل.

خوارزميات الانحدار أو التوقع Regression

يُعد هذا النوع من الخوارزميات من خوارزميات تعلم الآلة الخاضعة للإشراف، وتستخدم لعمل تنبؤات. يتضمن التطبيق الرئيسي لخوارزميات الانحدار التنبؤ بسعر سوق الأسهم والتنبؤ بالطقس، وما إلى ذلك. هناك أنواع مختلفة من الانحدار مثل الانحدار الخطي والانحدار متعدد الحدود وما إلى ذلك. الخوارزميات الأكثر شيوعًا في هذا القسم هي خوارزمية الانحدار الخطي Linear Regression.

تُستخدم خوارزمية الانحدار الخطي لتحليل العلاقة بين متغيرين: متغير إدخال (غالبًا ما يسمى المتغير المستقل) ومتغير الإخراج (غالبًا ما يسمى المتغير التابع). يهدف إلى العثور على علاقة خطية أو اتجاه يناسب نقاط البيانات بشكل أفضل. تعمل الخوارزمية من خلال إيجاد معادلة مستقيم تساهم في تقليل الفرق بين القيم المتوقعة والقيم الحقيقية لمتغير الإخراج. يمكن استخدام هذه المعادلة لاحقًا لعمل تنبؤات لقيم الإدخال الجديدة بناءً على العلاقة التي تم تعلمها. غالبًا ما يستخدم الانحدار الخطي في مهام مثل التنبؤ بأسعار المنازل بناءً على عوامل مثل الحجم والموقع ، أو تقدير المبيعات بناءً على نفقات الإعلان ، أو تحليل تأثير المتغيرات على نتيجة معينة. يوفر طريقة بسيطة وقابلة للتفسير لفهم العلاقة بين المتغيرات وعمل تنبؤات بناءً على تلك العلاقة.

خوارزميات التصنيف Classification

خوارزميات تُستخدم لتصنيف البيانات إلى فئتين أو أكثر، وتعتبر خوارزميات التصنيف جزءًا من التعلم الخاضع للإشراف. على سبيل المثال، يمكن استخدام خوارزميات التصنيف لتصنيف رسائل البريد الإلكتروني كرسائل عادية أو عشوائية Spam. هناك نوعان أساسيان من التصنيف:

تصنيف الثنائي Binary classification: هنا يكون لدينا فئتين. مثلًا في مهمة تصنيف المرضى المصابين بكوفيد 19، يجب على الخوارزمية أن تحدد فيما إذا كان الشخص مريضًا أو غير مريض.
تصنيف متعدد الفئات Multiclass classification: هنا يكون لدينا أكثر من فئة. مثلًا في مهمة تصنيف مراجعات الأفلام. يجب على الخوارزمية أن تحدد فيما إذا كان الشخص معجبًا بالفيلم أو غير معجب أو محايد.

من أشهر خوارزميات التصنيف خوارزمية الانحدار اللوجستي Logistic regression والغابات العشوائية Random Forest و SVM إضافةً إلى الشبكات العصبية والتعلم العميق. غالبًا ما يستخدم الانحدار اللوجستي لمشاكل التصنيف الثنائي، بينما تُعرف الغابات العشوائية و SVM بقدرتهما على التعامل مع مهام التصنيف الثنائية ومتعددة الفئات. اكتسبت الشبكات العصبية، بما في ذلك نماذج التعلم العميق، شعبية هائلة بسبب قدرتها على تعلم الأنماط المعقدة في البيانات، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من مشاكل التصنيف. توفر هذه الخوارزميات أدوات قوية للباحثين والممارسين لتحليل البيانات وتصنيفها، مما يتيح التقدم في مجالات مثل التعرف على الصور ومعالجة اللغة الطبيعية والتشخيص الطبي ..إلخ.

خوارزميات العنقدة Clustering

تُستخدم لتجميع العناصر المتشابهة بغية فرزها أو تصنيفها أو اختزالها. تعتمد هذه الخوارزميات على تقسيم البيانات إلى مجموعات مميزة من العناصر المتشابهة. خذ مثلًا عملية تحميل الصور على أحد مواقع التواصل الاجتماعي كمثال. هنا قد يرغب الموقع في تجميع الصور التي تُظهر الشخص نفسه مع بعضها بغية تنظيم صورك. إلا أن الموقع لا يعرف من يظهر في الصور ولا يعرف عدد الأشخاص المختلفين الذين يظهرون في مجموعة الصور خاصتك. تتمثل الطريقة المعقولة لحل المشكلة في استخراج كل الوجوه وتقسيمها إلى مجموعات من الوجوه المتشابهة، ومن أجل كل صورة جديدة تحملها يضعها في المجموعة الأكثر شبهًا لها. هذا مايُسمّى بالعنقدة. أبرز أمثلتها هي الخوارزمية التصنيفية K-Means.

خوارزميات التعلم الجماعي Ensemble learning

يشير التعلم الجماعي إلى الخوارزميات التي تجمع التنبؤات من نموذجين أو أكثر. على الرغم من وجود عدد غير محدود تقريبًا من الطرق التي يمكن من خلالها تحقيق ذلك، ربما توجد ثلاث فئات من تقنيات التعلم الجماعي التي تتم مناقشتها بشكل شائع واستخدامها في الممارسة العملية:

التعبئة Bagging: يعتمد على استخدام عدة نماذج لإنشاء التوقعات، ثم أخذ قرار الغالبية. أي مثلًا كان هناك 3 نماذج تتوقع أن الشخص مريض ونموذج واحد يتوقع أنه غير مريض، فتكون النتيجة أنه غير مريض بتصويت الغالبية.
التكديس Stacking: هنا يُستخدم نموذج آخر لمعرفة أفضل طريقة للجمع بين تنبؤات النماذج.
التعزيز Boosting: هنا يكون لدينا عدة نماذج وكل منها يُصحح أخطاء الآخر على التسلسل، وصولًا إلى نموذج نهائي قوي (هذا هو النوع الأنجح والأكثر استخدامًا).

أبرز الأمثلة على هذه الخوارزميات هي خوارزمية تعزيز التدرج الشديد XGBoost، وتعتبر من خوارزميات التعلم الآلي المستخدمة في مهام التصنيف أو الانحدار، وتندرج تحت مفهوم أساليب التعلم الجماعي التي تجمع بين العديد من النماذج الأضعف (غالبًا أشجار القرار) لإنشاء نموذج تنبؤي قوي.

تعزيز التدرج هو مصطلح عام يشير إلى فئة من الخوارزميات حيث يركز كل نموذج لاحق في المجموعة على تصحيح الأخطاء التي ارتكبتها النماذج السابقة. إنه يعمل عن طريق إضافة نماذج جديدة باستمرار، مع تدريب كل نموذج جديد لتقليل الأخطاء التي ارتكبتها النماذج السابقة.

الخوارزميات التوليدية Generative

هي فئة من خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تهدف إلى إنشاء عينات بيانات جديدة تشبه مجموعة بيانات تدريب معينة. تتعلم هذه النماذج التوزيع الأساسي لبيانات التدريب وتستخدمها لتوليد عينات جديدة تظهر خصائص متشابهة. تُستخدم النماذج التوليدية على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، بما في ذلك إنشاء الصور وتوليد النصوص (مثل ChatGPT) وتوليف البيانات. فيما يلي بعض الأنواع الشائعة من النماذج التوليدية:

شبكات الخصومة التوليدية GANs: تتكون شبكات GAN من مكونين رئيسيين: شبكة المولدات وشبكة التمييز. يهدف المولد إلى إنتاج عينات بيانات واقعيّة، بينما يحاول المميّز التمييز بين العينات الحقيقية والمولدة، ومن خلال عملية التدريب تتعلم شبكات GAN إنشاء عينات بيانات واقعية. أحد أمثلتها هو توليد صور أشخاص غير حقيقيين.
النماذج التوليدية لمعالجة اللغة الطبيعية: يمكن لنماذج مثل شبكات الخصومة التوليدية والشبكات العصبية المتكررة RNN ونماذج المحولات Transformers إنشاء نصوص بيانات واقعية (مثل ChatGPT). تحتوي النماذج التوليدية على مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك تركيب الصور وزيادة حجم مجموعات البيانات وإنشاء النصوص واكتشاف الشذوذ. إنها ذات قيمة في السيناريوهات التي يكون الهدف فيها هو إنشاء عينات بيانات جديدة تلتقط خصائص بيانات التدريب وتوزيعها.

خوارزميات التفاعل أو التعلم المعزز RL

خوارزميات التعلم المعزز هي فئة من خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تمكّن الوكيل Agents (يمكنك اعتباره الآلة) من تعلم كيفية اتخاذ القرارات أو اتخاذ الإجراءات في بيئة ما لزيادة المكافأة التراكمية. تتعلم خوارزميات RL من خلال التجربة والخطأ، حيث يتفاعل الوكيل مع البيئة ويتلقى تعليقات في شكل مكافآت أو عقوبات بناءًا على صحة الإجراء المُتخذ أو عدم صحته، ويقوم بتعديل سلوكه لتحقيق أعلى مكافأة ممكنة.

هناك العديد من المكونات الرئيسية في خوارزميات RL. أولاً، هناك وكيل يتخذ إجراءات في البيئة. هدف الوكيل هو تعلم "سياسة Policy"، وهي رسم خرائط بين الحالات التي يمكن أن يمر بها الوكيل في البيئة والإجراءات التي يمكن أن يقوم بها عند كل حالة، والتي تزيد من المكافأة المتوقعة على المدى الطويل. البيئة هي النظام الخارجي الذي يتفاعل معه الوكيل، والتي تُقدّم ملاحظات للوكيل من خلال المكافآت. تستخدم خوارزميات RL عادةً دالة قيمة أو دالة Q لتقدير المكافأة التراكمية المتوقعة لزوج معين من إجراءات الحالة (مثلا إذا كنت في الحالة S5 واتخذت الإجراء A1 ستحصل على مكافأة 10+). تمثل دالة القيمة المكافأة طويلة الأجل التي يمكن أن يتوقعها الوكيل من كونه في حالة معينة واتباع سياسة معينة. تقدر دالة Q المكافأة التراكمية المتوقعة على وجه التحديد لأزواج (إجراء، حالة). تستخدم خوارزميات RL تقديرات القيمة هذه لتوجيه عملية اتخاذ القرار لدى الوكيل.

هناك خوارزميات RL مختلفة مثل Q-Learning وتدرجات السياسة Policy gradients ..إلخ، ولكل منها نهجها الخاص في التعلم والتحسين. تم تطبيق خوارزميات التعلم المعزز بنجاح في مجالات مختلفة، مثل الروبوتات والأنظمة المستقلة ولعب الألعاب وأنظمة التحكم. إنها تمكن الوكلاء من التعلم من التجربة والتكيف مع البيئات المتغيرة واكتشاف الاستراتيجيات المثلى لحل المشكلات المعقدة.

تطبيق خوارزميات الذكاء الاصطناعي

في الذكاء الصناعي عمومًا ومجال تعلم الآلة خصوصًا، يختلف نهج الخوارزمية عن الخوارزمية التقليدية. السبب هو أن الخطوة الأولى هي معالجة البيانات -وبعد ذلك، سيبدأ الحاسوب في التعلّم. أي عند الحديث عن الخوارزميات في سياق الذكاء الصناعي وتعلم الآلة نتحدث عن الإجراءات والعمليات التي تُطبّق على البيانات لاستكشاف وفهم الأنماط Patterns والعلاقات السائدة في البيانات والتعلّم منها، ويكون نتاج هذه الخوارزميات هو نماذج Models يمكن تطبيقها على أرض الواقع.

ملاحظة 1: النموذج هو ناتج الخوارزمية، أي يمكن القول أن النموذج هو خوارزمية مُدرّبة جاهزة للاستخدام والتطبيق الفعلي. تجدر الإشارة إلى أنهما مصطلحان يُستخدمان غالبًا بالتبادل (لافرق في أن تقول نموذج أو خوارزمية)، لكن وجب التنويه للفرق بينهما.

ملاحظة 2: النمط هو شكل معيّن تتكرر فيه المعلومات، وهي صفات وخصائص تُميّز الأشياء، وهو مصطلح أساسي في تعلّم الآلة. مثلًا: كل التفاحات لها شكل شبه كروي (نمط)، العرب ينطقون لغة خاصة هي اللغة العربية (نمط)، يمكن تمييز الطبيب في المستشفى من لباسه (نمط).

من السهل بناء وتطبيق بعض الخوارزميات، إلا أن بعضها الآخر يتطلّب خطوات برمجية ورياضيات معقدة. الخبر السار هو أنه لا يتعين عليك في معظم الأوقات أن تبني هذه الخوارزميات من الصفر، لأن هناك مجموعة متنوعة من اللغات البرمجية مثل Python و R والعديد من أطر العمل كتنسرفلو Tensorflow وكيراس Keras وباي تورش Pytorch وسكايت ليرن Sklearn التي تجعل العملية سهلة ومباشرة.

هناك المئات من خوارزميات تعلم الآلة المتاحة، إلا أنّه يمكن تقسيمها فعليًا إلى أربع فئات رئيسية: التعلم الخاضع للإشراف supervised learning، والتعلم غير الخاضع للإشراف unsupervised learning، والتعلم المعزز reinforcement learning، والتعلم شبه الخاضع للإشراف semi-supervised learning، وقد ألقينا نظرة عن هذه الأنواع في مقالة تعلم الآلة.

خطوات تدريب خوارزميات الذكاء الاصطناعي

إن الهدف من عملية تدريب الخوارزمية هو إنشاء نموذج يعتمد على تلك الخوارزمية لإعطاء قرارات في أرض الواقع. بالتالي لتحقيق النجاح في تطبيق خوارزميات الذكاء الصناعي على مشكلة ما، من المهم اتباع نهج منظّم، وإلا قد تكون النتائج بعيدة عن المتوقع. إذًا يجب أن نختار خوارزمية مناسبة وأن ندربها بأفضل شكل ممكن لكي نحصل على قرارات مثالية قدر الإمكان.

بدايةً تحتاج إلى إجراء عمليات معالجة البيانات، ثم من الجيد (إن أمكن) إجراء تمثيل مرئي لهذه البيانات، حيث يفيدنا التمثيل المرئي في الإجابة على أسئلة مثل: هل هناك بعض الأنماط؟ إذا كانت الإجابة بنعم، فقد تكون البيانات سهلة التعلّم وواضحة للخوارزمية.

الخطوة 1: تحديد المشكلة وجمع البيانات: بدايةً يجب أن تحدد المشكلة التي تعمل عليها، وهذا يتضمن الإجابة على أسئلة مثل: ماذا ستكون البيانات التي تعطيها للخوارزمية (أي ما هو الدخل)؟ ما هي المشكلة التي تحاول حلها (أي ماهو الخرج)؟ لا يمكنك الانتقال إلى المرحلة التالية حتى تعرف ما هي المدخلات والمخرجات، والبيانات التي ستستخدمها. تتضمن هذه المرحلة أيضًا فحص البيانات التي تم جمعها وتنظيفها وإصلاح أية مشاكل فيها.
الخطوة 2: اختيار الخوارزمية المناسبة: تحتاج الآن إلى تحديد خوارزمية مناسبة لحل هذه المشكلة، وسيكون الأمر أشبه بالتخمين المستنير، أي يجب أن تستفيد من النظريات وتجارب الآخرين، وهذا سيتضمن عملية تجربة وخطأ (قد تجرب عدة خورازميات).
الخطوة 3: تحضير البيانات للتدريب: بمجرد أن تعرف ما الذي تريد أن تُدرّب الخوارزمية عليه، تكون جاهزًا تقريبًا لبدء نماذج التدريب. إن تحضير البيانات يعني تنسيقها بطريقة يمكن إدخالها في خوارزمية التعلّم.
الخطوة 4: تدريب النموذج: سيتم استخدام حوالي 70% من البيانات المتاحة من أجل تدريب الخوارزمية وإنتاج النموذج. افترض أنك تبني نظامًا للتعلم الآلي للتنبؤ بقيمة السيارة المستعملة. ستشمل البيانات عوامل مثل: سنة التصنيع والطراز والمسافة المقطوعة والحالة. من خلال معالجة بيانات التدريب هذه، ستحسب الخوارزمية أوزان كل من هذه العوامل (وزن تأثيرها في قيمة السيارة) لتعطي نموذجًا يتوقع القيمة بناءًا على هذه العوامل.
الخطوة 5: تقييم أداء النموذج: سيتم استخدام حوالي 30% من البيانات المتاحة من أجل تقييم أداء النموذج. في هذه المرحلة يمكنك معرفة ما إذا كان النموذج دقيقًا في قراراته. في مثالنا على السيارات المستعملة، سيكون السؤال: هل تتوافق توقعات النموذج مع قيم السوق في أرض الواقع؟
الخطوة 6: تحسين أداء النموذج: من خلال إضافة بيانات جديدة أو التلاعب بالخوارزمية ومعاملاتها أو حتى تغيير الخورازمية.

في القسم التالي سنتحدث عن أنواع خوارزميات الذكاء الاصطناعي. هذه الأنواع تتضمن خوارزميات مختلفة وكلها تندرج تحت الفئات الرئيسية الأربعة سالفة الذكر.

خوارزميات الذكاء الاصطناعي والمجتمع

تسلط هذه الفقرة الضوء على الأهمية المتزايدة للاعتبارات الأخلاقية والتفسير والإنصاف في خوارزميات الذكاء الصناعي، حيث يستمر تأثير الذكاء الاصطناعي على المجتمع في التوسع. دعونا نتعمق في كل جانب!

الاعتبارات الأخلاقية

تشمل الاعتبارات الأخلاقية في الذكاء الصناعي معالجة الآثار الأخلاقية والتأثير المجتمعي المحتمل لأنظمة الذكاء الصناعي. نظرًا لأن خوارزميات الذكاء الاصطناعي أصبحت أكثر تكاملًا في جوانب مختلفة من حياتنا، فمن المهم ضمان تطويرها ونشرها بطريقة أخلاقية. يتضمن ذلك اعتبارات مثل حماية الخصوصية وأمن البيانات والتحيّز الخوارزمي والشفافية والمساءلة. تظهر المخاوف الأخلاقية عندما تتخذ خوارزميات الذكاء الصناعي قرارات قد يكون لها عواقب وخيمة على الأفراد أو المجموعات، ومن المهم وضع مبادئ توجيهية وأطر لتقليل الضرر المحتمل وضمان ممارسات الذكاء الاصطناعي الأخلاقية.

قابلية التفسير

يشير التفسير إلى القدرة على فهم وشرح القرارات أو التنبؤات التي تتخذها خوارزميات الذكاء الصناعي. نظرًا لأن الذكاء الصناعي يصبح أكثر تعقيدًا مع خوارزميات مثل شبكات التعلم العميق، يصبح تفسير النتائج التي تعطيها أصعب. من الضروري تطوير أساليب وتقنيات تمكّن البشر من فهم الأسباب الكامنة وراء قرارات خوارزميات الذكاء الاصطناعي من أجل الثقة بها. يساعد التفسير في تحديد التحيزات المحتملة وضمان المساءلة وبناء ثقة المستخدم. بالإضافة إلى ذلك تسمح القابلية للتفسير لخبراء المجال بالتحقق من صحة نماذج الذكاء الاصطناعي وتحسينها، مما يجعلها أكثر موثوقية وفعالية.

الإنصاف

يشير الإنصاف في خوارزميات الذكاء الصناعي إلى المعاملة غير المنحازة للأفراد أو المجموعات، بغض النظر عن سماتهم الشخصية مثل الجنس أو العرق أو الحالة الاجتماعية والاقتصادية. يمكن أن يظهر التحيّز عن غير قصد في أنظمة الذكاء الاصطناعي بسبب بيانات التدريب المتحيزة أو الافتراضات الأساسية.

يعد تعزيز العدالة في خوارزميات الذكاء الاصطناعي أمرًا بالغ الأهمية لتجنب استمرار عدم المساواة الاجتماعية وضمان تكافؤ الفرص للجميع. تنبع الأهمية المتزايدة لهذه الجوانب من الاعتراف بأن أنظمة الذكاء الاصطناعي لديها القدرة على التأثير بشكل كبير على الأفراد والمجتمعات والمجتمعات ككل.

تتم معالجة هذه الاعتبارات بنشاط من قبل الباحثين وصانعي السياسات والمتخصصين في الصناعة لوضع مبادئ توجيهية أخلاقية وتطوير مقاييس الإنصاف وتعزيز الشفافية في خوارزميات الذكاء الاصطناعي. من خلال دمج هذه الاعتبارات في عمليات التطوير والنشر، يمكننا أن نسعى جاهدين من أجل بناء بيئة للذكاء الاصطناعي أكثر أخلاقية وشمولية، ليعود بالنفع على المجتمع ككل.

خاتمة

خوارزميات الذكاء الاصطناعي مجال واسع يتكون من خوارزميات التعلم الآلي وخوارزميات التعلم العميق وغيرها من الخورازميات. تمنح خوارزميات الذكاء الصناعي الآلات القدرة على اتخاذ القرارات والتعرّف على الأنماط واستخلاص استنتاجات مفيدة والتي تعني أساسًا تقليد الذكاء البشري. في المقالة السابقة ناقشنا تطوّر هذه الخوارزميات منذ ولادة هذا المجال وكيفية تصنيف هذه الخوارزميات إلى 6 فئات. هي: الانحدار والتصنيف والعنقدة والتجميع والتوليد والتفاعل. تعرّفنا على كيفية تطبيق هذه الخوارزميات والخطوات العامة لذلك. لضمان النشر المسؤول والمفيد للذكاء الاصطناعي، تحدثنا عن ضرورة مراعاة الآثار الأخلاقية وضمان القابلية للتفسير من أجل الشفافية والمساءلة والسعي لتحقيق العدالة لتجنب التمييز والتحيز.

إن تطوّر خوارزميات الذكاء الصناعي مثير للاهتمام ومحفّز للتفكير. لقد كان لها نصيب من الإخفاقات والاختراقات الهائلة. مع تطبيقات مثل ChatGPT و Dalle.E وغيرهما، نكون قد خدشنا سطح التطبيقات الممكنة للذكاء الصناعي. هناك تحديات أيضًا، وهناك بالتأكيد المزيد في المستقبل.