Generatiiviset tekoälymallit on suunniteltu luomaan uutta sisältöä oppimalla olemassa olevien tietojen malleja. Näillä malleilla on kyky tuottaa laaja valikoima tuotoksia, kuten tekstiä, kuvia, musiikkia, videoita ja jopa 3D-objekteja.

Generatiiviset tekoälymallit voidaan jakaa kahteen pääluokkaan:

1. Sääntöpohjaiset mallit: nämä mallit perustuvat ennalta määriteltyihin sääntöihin ja logiikkaan sisällön tuottamiseksi. Ne ovat usein yksinkertaisempia ja vähemmän joustavia, mutta voivat olla tehokkaita tietyissä tehtävissä;
2. Syväoppimiseen perustuvat mallit: nämä mallit hyödyntävät neuroverkkoja oppiakseen suurista tietomääristä, mikä mahdollistaa erittäin realististen ja monimutkaisten tuotosten luomisen. Ne ovat mukautuvampia ja soveltuvat monenlaisiin luoviin tehtäviin;

Nykyaikainen generatiivinen tekoäly perustuu syväoppimiseen perustuviin malleihin, joihin kuuluvat:

• Generatiiviset vastakkaisverkot (GANs);
• Variational Autoencoders (VAEs);
• Toistuvat neuroverkot (RNNs) & Long Short-Term Memory (LSTMs);
• Diffuusiomallit;
• Neural Radiance Fields (NeRFs).

Jokaisella mallityypillä on ainutlaatuinen arkkitehtuuri, joka vaikuttaa siihen, miten se tuottaa sisältöä, mikä tekee niistä sopivia erilaisiin tekoälyn sovelluksiin.

1. Generatiiviset vastakkaisverkot (GANs)

GAN-mallit koostuvat kahdesta kilpailevasta neuroverkosta, jotka koulutetaan yhdessä:

• Generaattori: luo synteettistä dataa;
• Erottelija: erottaa aidon datan keinotekoisesta.

GAN-mallien arkkitehtuuri

1. Syöte:

   • Generaattori aloittaa satunnaisella kohinavektorilla (latentti tila);

2. Generaattorimoduuli:

   • Käyttää täysin kytkettyjä kerroksia kohinan muuntamiseen rakenteellisiksi piirteiksi;
   • Soveltaa konvoluutiokerroksia tuotoksen hienosäätöön (esim. kuvan generointi);

3. Generoitu tulos:

   • Generaattori tuottaa synteettistä dataa (esim. kuva);

4. Erottelijamoduuli:

   • Käyttää konvoluutiokerroksia kuvan analysointiin;
   • Soveltaa luokittelukerrosta määrittääkseen, onko kuva aito vai keinotekoinen.

5. Vastakkainen koulutus

   • Jos Erottelija luokittelee keinotekoisen kuvan oikein, Generaattori säätää parametrejaan parantaakseen tulosta;
   • Prosessi toistuu, kunnes Generaattori tuottaa erittäin realistisia tuotoksia.

Yleisiä käyttökohteita:

• Tekoälyn tuottamat kuvat ja deepfake-sisällöt
• Synteettisen datan generointi
• Tekoälypohjainen taidetyylin siirto

2. Variational Autoencoders (VAE:t)

VAE:t ovat todennäköisyyspohjaisia malleja, jotka oppivat pakattuja esityksiä datasta ja rekonstruoivat siitä erilaisia variaatioita.

VAE:iden arkkitehtuuri

1. Syötekerros:
   • Vastaanottaa raakadataa (esim. kuva);
2. Kooderimoduuli:
   • Pakkaa syötteen latenttitilan esitykseksi (pienempiulotteinen piirreavaruus);
   • Käyttää konvoluutio- tai täysin kytkettyjä kerroksia;
3. Latenttitila:
   • Määrittelee piirteiden todennäköisyysjakauman käyttäen keskiarvo- ja varianssikerroksia;
   • Lisää satunnaista kohinaa mahdollistamaan vaihtelua generoituun dataan;
4. Dekooderimoduuli:
   • Rakentaa datan uudelleen latenttiesityksestä;
   • Käyttää dekonvoluutio- eli ylösnäytteistyskerroksia uuden datan tuottamiseen;
5. Ulostulokerros:
   • Tuottaa rekonstruoidun datan (esim. muokattu versio syötteestä).

Yleisiä käyttökohteita:

• Datan augmentointi ja synteettisen datan generointi
• Kuvien generointi hallituilla variaatioilla
• Poikkeavuuksien tunnistus

3. Transformer-pohjaiset mallit

Transformerit ovat nykyaikaisten tekoälytekstimallien perusta. Ne eivät käsittele dataa peräkkäin, vaan analysoivat koko syötesekvenssin kerralla käyttäen itsehuomiomekanismeja.

Transformereiden arkkitehtuuri

1. Syöteupotus:
   • Muuntaa sanat tai tokenit vektoriesityksiksi;
   • Käyttää positioenkoodausta sanajärjestyksen säilyttämiseksi;
2. Itsehuomiomoduuli:
   • Määrittää mitkä sanat lauseessa ovat tärkeitä kontekstin perusteella;
   • Käyttää monipäähuomiokerroksia syvemmän kontekstin ymmärtämiseksi;
3. Syötteen etenemisverkko:
   • Käsittelee itsehuomion tuottamat tulokset täysin kytketyillä kerroksilla;
   • Normalisoi datan kerrosnormalisoinnilla;
4. Ulostulokerros:
   • Tuottaa seuraavan sanan ennusteita tai kääntää tekstiä opittujen mallien perusteella.

Yleisiä käyttötarkoituksia:

• Tekoälypohjaiset chatbotit ja tekstin generointi
• Konekäännös
• Tekoälyavusteinen ohjelmointi

4. Diffuusiomallit

Diffuusiomallit ovat uusi luokka generatiivisia tekoälymalleja, jotka tuottavat korkealaatuisia, yksityiskohtaisia kuvia jalostamalla satunnaista kohinaa asteittain rakenteellisiksi lopputuloksiksi. Nämä mallit ovat erityisen tehokkaita tekoälyllä tuotetussa valokuvauksessa ja digitaalisessa taiteessa.

Toisin kuin GAN-mallit, jotka perustuvat vastakkaiseen oppimiseen, diffuusiomallit oppivat kääntämällä kohinaprosessin—eli ne aloittavat puhtaasta kohinasta ja rekonstruoivat kuvat vähitellen.

Diffuusiomallien arkkitehtuuri

1. Etenemisprosessi (Kohinan lisääminen):
   • Aito kuva pilataan asteittain lisäämällä satunnaista kohinaa useassa vaiheessa;
   • Riittävän monen vaiheen jälkeen kuvasta tulee pelkkää kohinaa;
2. Käänteinen prosessi (Kohinan poisto vaiheittain):
   • Neuroverkko oppii poistamaan kohinan vaihe vaiheelta;
   • Jokainen vaihe palauttaa yksityiskohtia kuvaan;
   • Lopputuloksena on korkearesoluutioinen generoitu kuva.

Diffuusiomallien keskeiset moduulit

• Kohina-aikataulu – määrittää, kuinka paljon kohinaa lisätään kussakin vaiheessa;
• U-Net -runko – konvoluutioneuroverkko, joka oppii poistamaan kohinaa kuvista;
• Aikakoodausmoduuli – auttaa mallia ymmärtämään, missä vaiheessa kohinanpoistoprosessia ollaan.

Yleisiä käyttötarkoituksia:

• Tekoälyn tuottama taide ja valokuvaus;
• Kuvien palautus (epäterävyyden ja kohinan poisto);
• Korkearesoluutioinen videokuvien välikuvien interpolointi.

Kuinka diffuusiomallit parantavat GAN-malleihin verrattuna

Diffuusiomallit tarjoavat suurempaa vakautta, korkealaatuisempia tuloksia ja enemmän monimuotoisuutta kuin GAN-mallit. GAN-mallit perustuvat adversaariseen oppimiseen, mikä voi johtaa epävakaisiin tuloksiin ja tilojen romahtamiseen, kun taas diffuusiomallit jalostavat kohinaa vaiheittain yksityiskohtaisiksi kuviksi, mikä takaa tasaisen laadun. Ne tuottavat myös monipuolisempia tuloksia, kun taas GAN-mallit voivat tuottaa toistuvaa sisältöä. Diffuusiomallit vaativat kuitenkin pidempiä laskenta-aikoja niiden askel askeleelta tapahtuvan kohinanpoistoprosessin vuoksi, mikä tekee niistä hitaampia mutta luotettavampia korkealaatuiseen kuvansynteesiin.

Yhteenveto

Generatiivinen tekoäly koostuu neljästä keskeisestä syväoppimismallista, joista jokainen on optimoitu eri tehtäviin:

• GAN-mallit soveltuvat syväväärennöksiin ja tekoälytaiteen luomiseen;
• VAE-malleja käytetään yleisesti datan laajentamiseen ja poikkeavuuksien tunnistamiseen;
• Transformerit soveltuvat parhaiten tekstin generointiin.
• Diffuusiomallit tarjoavat korkealaatuisimmat kuvat vakaalla koulutuksella.

Jokaisella mallilla on ainutlaatuiset vahvuudet ja ne kehittyvät jatkuvasti, muokaten tekoälypohjaisen luovuuden ja automaation tulevaisuutta.