Дмитрий Владимирцев

КМУ смолоду: десятиклассник Дмитрий Владимирцев – о своем исследовании голографической парадигмы искусственного интеллекта

Как выигрывать региональные олимпиады сразу по нескольким предметам, исследовать математические модели голографической парадигмы искусственного интеллекта под руководством преподавателя Университета ИТМО, участвовать в Конгрессе молодых ученых, еще будучи школьником в 10 классе? Об этом ITMO.NEWS поговорил с учеником лицея №239, будущим абитуриентом Университета ИТМО Дмитрием Владимирцевым. Также он рассказал о том, что стимулирует его отдавать учебе так много времени.

Расскажи, о чем исследование, которое ты представляешь на Конгрессе молодых ученых?

Я представил свои исследования в области голографической парадигмы искусственного интеллекта. Сегодня принято считать, что ИИ – это результат машинного обучения и работы алгоритмов. Но это лишь один из многих концептуальных подходов, которые в теории можно применять при разработке ИИ. Это компьютерная парадигма, которая основывается на том, что работу мозга можно «запрограммировать», то есть воспроизвести процессы, которые происходят в мозгу, с помощью программ и алгоритмов. Однако не всегда получается заставить компьютер работать так, как это делает мозг человека, как этого хотелось бы. Несмотря на то, что сейчас проводится много исследований на эту тему, а XXI век – это век информационных технологий, остается очень много творческих задач, с которыми ИИ на основе компьютерной парадигмы справиться не может. Так, в существующих системах ИИ отсутствуют возможности, основанные на индуктивном выводе, – эта когнитивная функция свойственна человеку. То есть если, например, тебе за невыполненное домашнее задание по русскому языку поставили «два», за задание по математике тоже, то ты можешь предположить, что за невыполненное задание по истории тебе тоже поставят «два». Чтобы восполнить этот недостаток индуктивного вывода в системах ИИ, разрабатываются неклассические парадигмы, которые перекликаются с физикой, биологией, химией. Одна из таких парадигм – голографическая.

Как голография соотносится с парадигмой ИИ?

Голография – это метод записи и восстановления волновых фронтов. Голографическая парадигма в когнитивной психологии была впервые предложена психологом Гольдшейдером в 1906 году. Он определил взаимодействие различных мозговых процессов как взаимодействие волновых фронтов. Но голография появилась только во второй половине XX века. При этом в голографической парадигме ИИ мы имеем в виду принцип голограммы Фурье. Там мы освещаем объект сигнальным и опорным светом, получаем два образа объекта, то есть пару. Мы можем получать одну, две, три и больше пар. На экране мы получим в итоге индуцированный образ, в котором серым цветом будет все то, что отличается у разных пар, а общее будет выделено. То есть некий общий образ, а если переносить на язык ИИ, общее понятие, сформированное на основе нескольких образов.

Голограмма
Голограмма

То есть мы не говорим о том, что голография как-то воспроизводится в компьютерах?

Нет, конечно. Здесь идет сравнение не самой голографии и функций мозга, а математики, которая используются в расчетах для голографии, и функций мозга. То есть мы говорим о фундаментальных механизмах работы мозга и голографии, в которой математические принципы позволяют получать тот самый индуцированный образ. Здесь используются обработка образов на алгебре фурье-дуальных операций.

Где можно использовать голографическую парадигму ИИ?

Например, в сфере безопасности. В метро стоят камеры, в них есть, в частности, функция распознавания лиц. Было бы неплохо, если бы камеры распознавали лица не по частным признакам, а по общим. То есть, даже если человек что-то изменил в своей внешности, например, сбрил усы, надел кепку, распознавание его лица все равно бы произошло, например, по форме ушей, носа, скул. То есть так ИИ учитывает общие признаки, по которым формируется понятие.

Какие цели ты ставил перед собой, проводя это исследование?

Исследование является продолжением исследования моего научного руководителя, Александра Владимировича Павлова, который является доцентом кафедры фотоники и оптоинформатики. В своей работе я разбирался с факторами, которые могут повлиять на эффективность распознавания образа, установил теоретическую формулу, которая приближена к той, что была выявлена экспериментально для оценки эффективности распознавания образа. Конечно, формула не совершенна, она может работать с приближением, поэтому нужно, чтобы было больше примеров для ее отточки. В дальнейшем мне хотелось бы усовершенствовать формулу.

Распознавание лиц. Источник: shutterstock.com
Распознавание лиц. Источник: shutterstock.com

Как ты стал сотрудничать с преподавателем Университета ИТМО?

Я начал ходить в Исследовательские мастерские лицея №590 – туда могут прийти школьники разрабатывать свой проект. Александр Владимирович сотрудничает с этими мастерскими, и когда я сказал, что хочу сделать проект в области голографии, волновой оптики, мне сразу же указали на него. В мастерских мою работу курировала Людмила Арьяева, которая очень помогала с организацией, решением проблем.

Тему для проекта ты выбрал сам?

Она сформировалась в процессе. При первой встрече с Александром Владимировичем я сказал, чем хотел бы заниматься, а потом накидал ему пару идей. Я подумал, почему бы дифракционную решетку, которая получается в результате голографии, отобразить не на пластине, а на экране смартфона, обозначил плюсы и минусы такой разработки. Но оказалось, что я изобрел велосипед: Александр Владимирович сказал, что этим уже давно занимаются в мире, есть исследования и наработки по этому поводу, поэтому здесь я со своими знаниями ничего особо сделать не могу. Он предложил мне исследовать голографическую парадигму ИИ, что я и стал делать. К тому же, у Александра Владимировича есть на эту тему грант от РФФИ. 

Что послужило для тебя стимулом начать исследовательскую работу?

На самом деле, я сначала не думал об искусственном интеллекте, меня интересовала именно голография. Эти объемные изображения мне очень нравились, это красиво. А я такой человек, который от красивого переходит к научному: мне хочется знать, почему так происходит, потому что тогда я, возможно, смогу воспроизвести это с помощью нужного оборудования. Поэтому я решил почитать литературу по голографии. Я попробовал сначала взять учебники физики Мякишева. Но он мне не подошел, потому что там часто встречалась фраза «путем нехитрых математических преобразований», а мне же хотелось увидеть эти преобразования. Моя учительница по физике порекомендовала другой учебник, также я смотрел видеоролики, в том числе записанные в Ришельевском лицее. Меня больше интересовала именно математическая модель, потому что я понял, что если разбираться в математике, то всю физику можно в нее перевести. Затем мне задали по химии сделать доклад про оптические активные вещества. Я откопал в сети диссертацию доктора наук из Харьковского университета, которая рассказывала о волновой оптике. В результате доклад, заданный на уроке химии, у меня получился больше по физике.

Выступление Дмитрия Владимирцева на Конгрессе молодых ученых
Выступление Дмитрия Владимирцева на Конгрессе молодых ученых

Получается, тебе больше по душе работать именно с математическим моделированием, фундаментальной наукой?

Сейчас я не обладаю достаточной базой знаний по физике, поэтому стараюсь работать с математикой. Ведь можно понимать физику на пальцах, а можно более глубоко. Когда я получу больше знаний по физике, смогу уже работать с физическими моделями.

Расскажи, как же ты преобразуешь физику в математику, не обладая достаточными знаниями по физике?

В целом, чтобы понять какой-то физический закон, надо обладать некоторой физической базой. Но с помощью аналогий из механики и математики можно в формулах и уравнениях понять и волновую оптику. То есть можно вводить формулы, опираясь на аналогии из других областей физики, которые тебе понятны.

Что тебе показалось интересным на Конгрессе молодых ученых из выступлений других участников? Чем конгресс был для тебя полезен?

Мне понравилось много докладов других участников. Особенно запомнился проект ученика из моей школы, который он делал вместе с другими школьниками. Они делали лазерную маркировку пищевых продуктов: на яблоках, бананах, огурцах. Некоторые доклады были мне не совсем понятны с точки зрения того, какую практическую направленность они имеют, например, про оптические свойства желатина. Некоторые работы мне было трудно воспринимать из-за того, что у них сложная теоретическая база. Но, в целом, выступления других участников помогли мне понять, каким уровнем знаний об оптике сегодня обладают другие школьники, которые так же, как и я, скоро будут поступать в вуз.

Награждение на КМУ
Награждение на КМУ

На основе этих наблюдений, что тебе еще надо «подтянуть» в своих знаниях?

Конечно, знания по волновой оптике. Если говорить о профессиональном пути, то я не хочу распыляться на другие науки, а быть узким специалистом в одной области. Для поступления в вузы принято готовиться к ЕГЭ, но я, на самом деле, к нему не особо готовлюсь, потому что подготовка в лицее №239, где я учусь, очень сильная, школьники показывают высокие результаты на олимпиадах. Я также постоянно участвую в олимпиадах, уже стал призером второй степени Инженерной олимпиады для школьников по физике, что, как я посмотрел, засчитывается для поступления на мегафакультет фотоники Университета ИТМО без конкурса по ЕГЭ. В целом, я стараюсь участвовать во всех олимпиадах, которые знаю, а особенно в тех, которые входят в перечень РСОШ. В этом году также стал региональным призером по информатике, по химии.

Как у тебя хватает времени заниматься всем и еще становиться призером олимпиад?

Времени, конечно, не хватает, его хотелось бы больше. Но я стараюсь себя не перегружать, потому что это сложно, когда у тебя в голове одновременно химия, физика и другие науки. Поэтому я стараюсь много гулять, общаться с друзьями, слушаю музыку.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба