لعبة ذكاء اصطناعي من ديب مايند تحطم رقماً قياسياً عمره 50 عاماً

استخدمت شركة ديب مايند (DeepMind) نظام الذكاء الاصطناعي الذي صممته لممارسة الألعاب اللوحية، ألفازيرو (AlphaZero)، لاكتشاف طريقة أسرع لحل مسألة رياضية أساسية في مجال علوم الحاسوب، وتمكنت بهذا من كسر رقم قياس صمد لأكثر من 50 عاماً.

تمثل هذه المسألة، أي ضرب المصفوفات، عملية حسابية أساسية وجوهرية بالنسبة للكثير من التطبيقات المختلفة، بدءاً من عرض الصور على الشاشة وصولاً إلى محاكاة الظواهر الفيزيائية المعقدة. كما أنها أساسية بالنسبة للتعلم الآلي بحد ذاته. وبالتالي، يمكن أن يكون لتسريع هذه العملية تأثير مهم جداً على الآلاف من المهام الحاسوبية اليومية، ما يخفف من التكاليف واستهلاك الطاقة.

يقول الرياضي في جامعة ناغويا في اليابان، والذي لم يشارك في العمل، فرانسوا لوغول: "إنها نتيجة مذهلة حقاً. فضرب المصفوفات مستخدم في الكثير من المسائل الهندسية، واستخدام المصفوفات ضروري في حل أي معادلة بطريقة عددية".

وعلى الرغم من الانتشار الواسع لهذه العملية الحسابية، فهي لا تزال غامضة إلى حد ما. فالمصفوفة عبارة عن شبكة من الأرقام (أسطر وأعمدة)، والتي يمكن أن تمثل أي شيء ترغب فيه. وعادة ما يتضمن ضرب مصفوفتين ضربَ أسطر واحدة منهما (يكون ترتيبها في عملية الضرب أولاً) بأعمدة الأخرى (يكون ترتيبها في عملية الضرب ثانياً). ويتم تعليم الطريقة الأساسية لحل هذه المسألة في مرحلة التعليم الثانوي. يقول رئيس فريق التطبيقات العلمية للذكاء الاصطناعي في ديب مايند، بوشميت كوهلي: "إنها أشبه بالأبجدية الأساسية للحوسبة".

ولكن الأمور تصبح أكثر تعقيداً عند محاولة العثور على طريقة أسرع. يقول لوغول: "لا أحد يعرف الخوارزمية المثلى لحل هذه المسألة. وهي من أهم المسائل المفتوحة في مجال علوم الحاسوب".

ويعود هذا إلى أن عدد طرق ضرب مصفوفتين ببعضهما يتجاوز عدد الذرات الموجودة في الكون (أي 10 مرفوعة للقوة 33، في بعض الحالات التي درسها الباحثون). يقول المهندس في ديب مايند، توماس هيوبيرت: "إن عدد الخيارات الممكنة يكاد يصل إلى اللانهاية".

كيف يمكن التغلب على ذلك؟

وتقوم الحيلة على تحويل المسألة إلى ما يشبه لعبة لوحية ثلاثية الأبعاد، تحمل اسم تينسورغيم (TensorGame). ويمثل اللوح مسألة الضرب التي يجب حلها، وتمثل كل حركة الخطوة التالية في حل هذه المسألة. وبالتالي، فإن سلسلة الحركات التي تتضمنها اللعبة تمثل خوارزمية الحل.

قام الباحثون بتدريب نسخة جديدة من ألفازيرو، تحمل اسم ألفاتينسور (AlphaTensor)، على لعب هذه اللعبة. وبدلاً من تعلم أفضل سلسلة من الحركات التي يجب تنفيذها في الشطرنج أو لعبة غو، تعلم ألفاتينسور أفضل سلسلة من الخطوات التي يجب تنفيذها عند ضرب المصفوفات. وكان يحصل على المكافأة عند الفوز في اللعبة بأقل عدد ممكن من الحركات.

يقول هيوبيرت، والذي كان أحد الباحثين الأساسيين المشرفين على ألفازيرو: "لقد قمنا بتحويل المسألة إلى لعبة، وهي إطارنا المفضل للعمل".

وصف الباحثون عملهم في ورقة بحثية تم نشرها حديثاً في مجلة نيتشر (Nature). وتتلخص النتيجة الأساسية في أن ألفاتينسور اكتشف طريقة لضرب مصفوفتين بأربعة أعمدة وأربعة أسطر بسرعة تفوق سرعة الطريقة التي طوّرها الرياضي الألماني فولكر ستراسن عام 1969، والتي لم يتمكن أحد من تحسينها منذ ذلك الحين. وتحتاج الطريقة الأساسية التي يتعلمها طلاب المرحلة الثانوية إلى 64 خطوة، على حين تحتاج طريقة ستراسن إلى 49 خطوة. أما ألفاتينسور فقد تمكن من حلها في 47 خطوة.