मशीन लर्निंग: नव्या युगाची नांदी

मानवी आकलनक्षमता संगणकाला प्रदान करण्याच्या संकल्पनेतून संगणकीय कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा उगम झाला. यायचं पुढचा टप्पा म्हणजे 'मशीन लर्निंग' होय. शक्यता आणि संभाव्यता या दोहोंचाही वापर निर्णय प्रक्रियेत करून घेणारे शास्त्र म्हणजे मशीन लर्निंग होय. संगणक मानवासारखा विचार करू शकतो का? असेल तर त्याचे निर्णय अधिक अचूक करण्यासाठी व वेगवान करण्यासाठी मशीन लर्निंग चा उदय झालाय, हे निश्चितपणे सांगता येईल. 

विविध घटना, रचना, संकल्पना व माहिती यांमध्ये एक प्रकारचा सांख्यिकीय सिद्धांत दडलेला असतो. अर्थात, हे सर्व गणिताच्या नियमाप्रमाणे चालतात. परंतु, हे नियम सर्वांनाच लागू होतील असेही नाही. यात कोणता विषय, कोणाला, कश्या पद्धतीने लागू पडतो? याचे उत्तर मशीन लर्निंग देते.
निसर्ग ही मानवाला मिळालेली सर्वोत्तम भेट आहे. जर आपण म्हणतो की, सर्व काही निसर्ग नियमांप्रमाणे चालते तर संगणकही या नियमांचा उपयोग का नाही करू शकत? 'निसर्ग प्रेरित संगणन' ही संकल्पना यातूनच उदयास आली. निसर्गाने शिकवलेले धडे संगणकाने योग्य पद्धतीने गिरवले आहेत. किंबहुना संगणक हेच 'निसर्ग प्रेरित संगणनाचे' पहिले उत्पादन मानता येईल. निसर्ग आमचा गुरु... असं मानून अद्ययावत संगणकीय तंत्रज्ञानाची नवी वाटचाल चालू आहे. मशीन लर्निंग हा त्यातलाच एक भाग. यातील काही पद्धतींची तुलना अगदी आईन्स्टाईनच्या सापेक्षवादाशी, चौमितीशी, न्यूटनच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमाशी व डार्विनच्या उत्क्रांतीवादाच्या सिद्धांताशी केली तर वावगे ठरणार नाही. हे शास्त्र समजायला किचकट वाटत असले तरी, ती भविष्यातील नांदी ठरेल, इतपत क्षमता त्याच्यात आहे. अगदी भविष्यही सांगू  शकतील अश्या पद्धती मशीन लर्निंगच्या निर्णय प्रक्रियेत समाविष्ट आहेत.
संगणकाने मानवाला अधू केलं असं म्हटलं जातं. अर्थात, ते संगणक वापरणाऱ्याच्या दृष्टिकोनावर अवलंबून आहे. परंतु, नवनिर्मिती प्रक्रियेत व मानवी जीवनाच्या पुढील प्रवासात मानवाचाच मेंदू वापरून ते वेगाने वाटचाल करत आहे, असे दिसते. मागच्या लाखो वर्षांत जी क्रांती झाली, तीच काही शतकांमध्ये आजच्या काळात झाली. त्याहून वेगवान क्रांती पुढच्या दशकानुदशके चालेल ती या मशीन लर्निंग तंत्रज्ञानामुळेच, हे ध्यानात ठेवायला हवे.

निसर्ग प्रेरित संगणन

निसर्ग हा मानवजातीचा सर्वात मोठा गुरु मानला जातो. नाना तऱ्हेने निसर्गाने मानवास सतत काही ना काहीतरी शिकवण दिलेली आहे. विज्ञान व निसर्ग यांचे अत्यंत घनिष्ट नाते आहे. तेच नाते आता तंत्रज्ञान व निसर्ग यांच्यातही निर्माण होताना दिसते आहे. संगणक तंत्रज्ञानाने केलेली प्रगती ही गेल्या काही वर्षात सर्गाने प्रेरीत झाल्याचे दिसून येते. अनेक नैसर्गिक रचना ह्या तंत्रज्ञानातील विविध संकल्पनांना जन्म देताना दिसत आहेत. तंत्रज्ञान हे एका अर्थाने निसर्गाचे शिक्षक बनून राहिले आहे. मानवी प्रगतीला पोषक वातावरण तंत्रज्ञान व निसर्ग या द्वयीने तयार केल्याचे दिसून येते.

मूलत: संगणक हेच निसर्ग प्रेरीत तंत्रज्ञानाचे सर्वात मोठे यंत्र आहे, असे संगणक इतिहास सांगतो. संगणक ह्या संकल्पनेचा श्रीगणेशा यांत्रिक संगणक अर्थात मेकॅनिकल कॉम्प्युटर ने झाला. चार्लस बाबेजने बनविलेला पहिला संगणक हा यांत्रिक संगणक होता. आजच्या संगणकाप्रमाणे त्याच्यात कोणत्याही प्रकारे इलेक्ट्रॉनिक रचना नव्हती. केवळ यांत्रिक हालचांलींद्वारे हा संगणक कार्य करायचा. अर्थात या पूर्ण यंत्रावर नियंत्रण ठेवणारे कोणतेच स्वयंचलित उपकरण त्याच्यात नव्हते. सन १९५० पर्यंत असणारे सर्वच संगणक या प्रकारात मोडत असत. परंतू, तोवर इलेक्ट्रोमेकॅनिकल संगणकाचे युग अवतरले होते. यांत्रिक हलचालींना विजेचीही सोबत लाभली होती. त्यामुळे संगणकाचा वेग वाढण्यास मदत झाली. विसाव्या शतकाच्या मध्यकाळात जॉन व्हॉन न्यूमन ह्या हंगेरीयन गणिततज्ञाने संगणकाचे रुपच पालटून टाकले. संगणकाच्या सर्व भागात सुसूत्रता आणण्यासाठी एका ’सेंट्रल प्रोसेसर’ची संकल्पना यांनी न्यूमन त्यांच्या संगणकीय रचनेत मांडली. संगणकाच्या आदान (इनपूट) व प्रदान (आऊटपूट) माध्यामांमध्ये एकच सेंट्रल प्रोसेसर बसवून संगणक तयार करण्याची कल्पना न्यूमन यांनी संगणक विश्वासमोर ठेवली. मानवी शरीर ही त्यामागची कल्पना होती. मानवी शरीरातील कोणताही अवयव स्वतंत्रपणे स्वत:च्या सूचनांनूरुप कार्य करत नाही. आपल्या सर्व अवयवांना नियंत्रित करण्याचे काम मानवी मेंदू करत असतो. मेंदूतील सूचनांनूसारच आपले हात, पाय, कान, नाक, डोळे आदि अवयव कार्य करतात. त्यामुळेच मानवी कार्यात सुसूत्रता येते. हीच संकल्पना न्यूमन यांनी संगणकाला लागू केली व त्यातून आधुनिक संगणक रचनेचा जन्म झाला. आजही जगातील सर्व संगणकांत सेंट्रल प्रोसेसर अर्थात मानवी मेंदूप्रमाणे ’मायक्रो प्रोसेसर’ कार्य करत असतो. त्यामुळेच न्युमन यांना अधुनिक संगणकाचे जनक मानले जाते. मुख्यत: संगणक हाच निसर्ग प्रेरीत संकल्पनेतून जन्मल्याने त्याचे नवे तंत्रज्ञान तसेच व्हावे यात आश्चर्य वाटायला नको.

आट्रिफ़िशियल इंटेलिजन्स अर्थात कृत्रिम बुद्धिमत्ता

संगणकाला मानवी कृतिंशी सांगड घालून कार्य करण्यास लावणारी संगणकाची शाखा म्हणजे कृत्रिम बुद्धिमत्ता होय. जॉन मॅकार्थी हे या संकल्पनेचे जनक मानले जातात रोबोट हे कृत्रिम बुद्धिमत्तेचे सर्वोत्तम उदाहरण आहे. यंत्र हे मानवासारखे बनू शकते का? या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्याच्या प्रयत्नांचे फ़लित म्ह्णजे रोबोट होय. पूर्णपणे मानवी कार्य करणारा परिपूर्ण रोबो बनविण्यात शास्त्रज्ञांना १०० ट्क्के यश आले नसले तरी त्यांनी बरीचशी कामे रोबो कडून करवून घेतली आहेत. ता क्षेत्रात अजूनही मोठ्या प्रमाणात संशोधन चालू आहे. संगणक विज्ञानाची सर्वोत्तम ताकद आज रोबोटिक्स मध्ये कार्यरत आहे. तमिळ भाषेत तयार झालेला व रजनीकांत आभिनित ’इंदिरन’ या चित्रपटात अशाच प्रकारच्या रोबोचे कारनामे दाखविण्यात आलेले आहेत. त्यातील अतिशयोक्ती सोडली तर ही संकल्पना संगणक तज्ञांना सर्वाधिक आकर्षित करणारी आहे, हे मात्र खरे!

न्युरल नेटवर्क

कृत्रिम बुद्धिमत्तेच्या उदरातून जन्म पावलेली ही संज्ञा होय. मानवी मेंदूमध्ये माहिती साठवण्याकरीता मोठे न्यूरॉनचे जाळे पसरलेले असते. हे न्यूरॉन्स म्ह्णजे मेंदूतील अतिशय सूक्ष्म घटक होत. मानवी मेंदूतील या संरचनेचा वापर ’न्यूरल नेट्वर्क’ तयार करण्यासाठी केला गेला आहे. गणिती पद्धतीने त्यातील सुसूत्रता ओळखून त्याचा वापर संगणकात करण्यात येतो. शिवाय मानवी मेंदू माहिती साठवण्यासाठी ज्या संरचनेचा वापर करतो, तिच संगणकातही वापरण्यात आलेली आहे. यापद्धतीत वापरण्यात येणारी अचूकता व सुसूत्रता यामुळे संगणकात माहिती साठवणे सोपे जाते.

नैसर्गिक भाषा प्रक्रिया अथवा नॅचरल लॅंग्वेज प्रोसेसिंगं

मानवी भाषा जसे मराठी, इंग्रजी, फ़्रेंच, तमिळ आदि संगणकास बोलायला लावणे अथवा समजावणे, यास नैसर्गिक भाषा प्रक्रिया म्हटले जाते. प्रामुख्याने मानवी व्यंगावर मात करण्यासाठी किंवा व्यंग असलेल्या व्यक्तिशी संवाद साधन्याकरिता या तंत्रज्ञानाचा वापर होतो. नैसर्गिक भाषा अर्थात मानवी भाषा ह्या संगणकाला समजत नाहीत. संगणकाला समजणारी भाषा व मानवी भाषा यांची सांगड घालणे, हे आव्हान घेऊनच Natural Language Processing चा जन्म झाला. याचा वापर करुन आज संगणक विश्वात बरीच सॉफ़्ट्वेअर कार्यरत झाली आहेत. उद्या केवळ संगणकाच्या आधारे मानवाने आवाज निर्मिती केली तर आश्चर्य वाटायला नको.

स्वॉर्म इंटेलिजन्स अर्थात कीटक बुद्धिमत्ता

अगदी शुद्रातील शुद्र प्राणीसुद्धा मानवजातीला अनेक धडे देऊन जातो. ह्या धड्यांचाच संगणकीय दृष्टिकोनातून अभ्यास करणारी शाखा म्हणजे स्वॉर्म इंटेलिजन्स होय. एखाद्या सिस्टिममध्ये बरीचशी कामे साचेबद्ध पद्धातीने व सुसूत्रतेने कशी करावीत? याचे उत्तर शोधणारी ही शाखा आहे. मधमाश्या व मुंग्या सामूहिकरित्या त्यांची कामे कशी करतात याचा अभ्यास करुन त्याचे कॉम्प्युटर अल्गोरिदम बनवले जातात. संगणकातील अनेक कामे अधिक वेगाने करुन घेण्याकरीता याचा वापर होतो. मुंग्यांच्या कार्यपद्धतीत सामूहिक बुद्धमत्तेचा धागा संगणक विज्ञानाने शोधला आहे. मुंगी जर एकटी असते तर तिच्या कामाला काहीच महत्व नसते. परंतु, सामुहिकरित्या मुंग्या ह्या अतिशय सुसूत्रतेने कार्य साध्य करतात. अन्न शोधण्यासाठी सामुहिकरित्या मुंग्या सर्वोत्तम मार्ग कसा काढतात, याचा अभ्यास करुन सर्वोत्तम संगणकीय अल्गोरिदम विविध ठिकाणी वापरले जातात. अशाच पद्धतीने मधुमाश्या योग्य वेळी निर्णय घेण्याची क्षमताही संगणकात वापरता येऊ शकते, हे कॉर्नेल विद्यापीठाच्या थॉमस सीले यांनी सिद्ध केले आहे.

निसर्ग प्रेरीत संगणन हे केवळ एवढ्याच शाखांमध्ये मर्यादित नसून संगीत, मानवी डीएनए, मानवी दृष्टीची रचना, जीवाणूंचे संवाद अशा विविध क्षेत्रांचा अभ्यासही त्यात आता नव्याने दाखल होत आहे.

दैनिक दिव्य मराठी (नाशिक व औरंगाबाद) मध्ये प्रसिद्ध झालेला लेख:

मूळ लिंक्स:

१. लिंक (युनिकोड)

२. लिंक (पीडीएफ)