Z šampionky matematických olympiád vyrostla vědkyně s mezinárodním renomé. Lenka Zdeborová, která nyní žije a pracuje ve Švýcarsku, propojuje matematiku s fyzikou a informatikou, abychom jako lidé lépe rozuměli inteligentním strojům.
Read the story in the English version here.
Přehrajte si víc článků v našem podcastu v iOSu, Androidu, Spotify a dalších.
Výzkum Lenky Zdeborové překračuje hranice mezi fyzikou, matematikou a informatikou – tam a zase zpátky. Vědkyně využívá znalosti a zkušenosti ze všech tří oborů, propojuje je a posouvá je dál. Ale pořád o sobě říká: „Jsem teoretický fyzik. Zajímá mě, jak věci fungují.“
Věnuje se strojovému učení a neuronovým sítím. S kolegy a kolegyněmi z celého světa se snaží do hloubky pochopit, jak algoritmy, které se samy učí z dostupných dat, fungují. Přesněji řečeno, za jakých okolností fungují, a za jakých ne.
Nástroje, které neuronové sítě a strojové učení využívají, už máme každý na dosah ve svém telefonu. Může to být třeba Google Translator nebo překladač DeepL. V posledních letech se zdokonalily tak, že s trochou kontroly je na jejich překlady pro běžnou komunikaci docela spoleh, přitom ještě před deseti patnácti lety vytvářely spíš jazykové kameňáky a nonsensovou poezii.
Římanům most třikrát spadl, počtvrté stál. Máme to stejně
„Je to úžasné. Ale naprogramovat něco takového není až tak složité, to učíme studenty na univerzitě. Problém je, že my pořád v podstatě nevíme, kdy strojové učení fungovat bude, kdy ne. Pořád nevíme, za jakých podmínek se neuronová síť začne opravdu sama učit. Dělá se to metodou pokus omyl,“ odhaluje Lenka Zdeborová praxi a nabízí příměr se starověkými staviteli.
„Když staří Římané stavěli most, tak to prostě zkoušeli. Třikrát to spadlo, počtvrté to stálo. Ale nevěděli proč. Postupně jsme se jako lidstvo z těch pokusů a omylů leccos naučili a díky matematice a statice už přesně víme, jak most postavit, aby nespadl.“
Se strojovým učením a neuronovými sítěmi jsme podle Lenky Zdeborové tam, kde staří Římané se stavbami mostů.
„Inženýři programují, leccos se jim daří, ale pořád neumíme předpovědět, jak se stroj bude ve skutečnosti chovat, jestli se naučí řešit velmi složité problémy,“ říká.
„Až pochopíme, jak strojové učení přesně funguje, budeme ho moci vylepšit, zdokonalit, pak bude možné ho využít i pro rozhodování v mnohem citlivějších záležitostech, třeba koho přijmout, nebo nepřijmout na pracovní pozici nebo na univerzitu, koho dává smysl operovat, a koho ne. Nebo při soudních řízeních.“
To je možná budoucnost. A to je i hlavní vědecké téma týmu kolem Lenky Zdeborové. Stroje za nás budou řešit stále složitější úkoly. Není důležitý jen výsledek, ale také naše schopnost popsat cestu, jak k němu dospět.
Na pokrok ve strojovém učení navazují ale také nesmírně zajímavé etické otázky. Ale o nich až za chvíli.
Na který nápad se vrhnout dřív?
Lenka Zdeborová žije se svou rodinou, tedy s partnerem a dvěma dcerami, ve Švýcarsku. Ona i její muž, který se věnuje stejnému oboru, získali profesorskou pozici na vysoké technické škole v Lausanne.
„Nevím, jestli pro získání pozice je výhoda, nebo nevýhoda, že s partnerem děláme to samé. Rozumíme si, doplňujeme se doma i v práci. Ale získat nabídku dvou profesorských míst se stejným zaměřením, to už není tak jednoduché.“ Ale přišla nabídka z Lausanne, a tak vědecký pár opustil Francii a přestěhovali se k jezeru pod Alpami.
V čem se doplňují jako vědečtí partneři? „V čase se to mění, ale na začátku to bylo tak, že můj muž měl pořád spoustu nápadů. Strašně moc. Ale nevěděl, na který se vrhnout dřív. Já jsem naopak byla ten, kdo z jeho proudu nápadů destiloval ty, na kterých budeme dělat. A fungovalo to,“ usmívá se Lenka Zdeborová.
Olympijský hot-dog
Vystudovala Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy v Praze, kde získala doktorát. Druhý má z Université Paris-Sud. Habilitovala se také v Paříži na École normale supérieure. Vědeckou stáž absolvovala i v Novém Mexiku v Los Alamos, které proslulo zejména vývojem atomové bomby. Zdejší Národní laboratoř v současnosti patří k předním americkým technologickým institutům.
Donedávna žila s rodinou ve Francii, kde pracovala v Centre national de la recherche scientifique (CNRS), což je tamní obdoba české Akademie věd. V roce 2016 dosáhla na prestižní ERC grant. Před dvěma lety se přestěhovali do Švýcarska.
Nadání pro matematiku v ní objevili učitelé na základní škole v Přešticích na Plzeňsku. Na druhém stupni se z ní ze dne na den stala přebornice v matematických a později také fyzikálních olympiádách. Po oblastních a republikových úspěších byl jejím vrcholem bronz na mezinárodním klání v italské Padově.
„Dodnes vzpomínám, když jsme v páté třídě jeli z prvního okresního kola, které jsem vyhrála. Učitel mi koupil hot-dog. Můj první hot-dog v životě,“ usmívá se, když se vrací do dětství. Svět matematiky a fyziky ji na základce vtáhl a na gymnáziu ji nepustil, takže volba vysoké školy byla jasná.
Čím složitější, tím…
Často říká, že čím byla otázka složitější, tím víc ji to zajímalo. „Čím těžší příklad, tím lepší. Jako dítě mě nesmírně motivovalo, když jsem nacházela řešení nejsložitějších příkladů. Jenže to byly příklady v olympiádách, které měly vzorové řešení. Jak člověk roste do mladého vědce, mění se to. Dostanete se totiž k otázkám, na které nezná nikdo odpověď, pak už neplatí vždycky, že nejlepší je věnovat se té nejsložitější.“
Změnou v uvažování prošla při hledání tématu diplomové práce na matfyzu. Musela si zvolit výzkumný projekt. „Našla jsem sympatického vedoucího se zajímavými tématy. Dal mi tři možnosti na výběr, seřadil je podle složitosti.“
Pochopitelně automaticky sáhla po tom nejsložitějším.
„Ale pak jsme to spolu probírali. Řekl mi, že o tom přemýšlel a že pro první, tedy nejjednodušší téma, mají grant a jsou součástí evropské sítě, která se tomu věnuje. A že by se mu hodil motivovaný student.“
„Hlavou mi táhlo, co já vlastně o tom vím, třeba má pravdu… Nakonec jsem na to kývla. A bylo to jedno z nejlepších rozhodnutí v životě,“ dodává a v rozhovoru chvíli rozjímáme nad životními křižovatkami, kde volba odbočky může nasměrovat celý lidský osud.
Šlo o problematiku takzvaného spinového skla. „Všechno dostalo neuvěřitelnou dynamiku. Hned jsem vyjela na svou první velkou konferenci. Letadlem! Poprvé v životě jsem letěla. A tam jsem potkala v podstatě celou komunitu, včetně nositele Nobelovy ceny Giorgia Parisiho.“
A včetně svého budoucího partnera, francouzského vědce Florenta Krzakaly, s nímž postupně spojila kariéru i život.
Šuplíky a frustrace
Začala vědecky zrát. Postupně jí také docházelo, jak důležitá je rovnováha mezi zapeklitostí a pozoruhodností zkoumaného problému a mezi dostupností znalostí, prostředků a času, které může využít k jeho řešení.
Správně si položit otázku a vybrat problém je podle ní také základním kamenem budování odolnosti vůči frustraci.
„Člověk ve vědě si musí zvyknout, že jsou otázky, na které nedokáže odpovědět. Nebo to nedokáže v té chvíli a s možnostmi, které zrovna má,“ vysvětluje. „Musím být pragmatická a vědět, čemu se věnovat a co včas uložit do šuplíku a třeba se k tomu vrátit. Za měsíc. Za rok. Za pět let. Vědec musí být odolný vůči frustraci a nezdaru. Ale nemůže zase do toho šuplíku strkat všechno,“ směje se.
Jednoduše: Nevzdávat se brzo, ale umět se vzdát včas. „Pokud bych propadala těžkým pocitům frustrace, že mi to nejde a že to nemá cenu a že se nedostanu dál, tak vědu dělat nemůžu.“
Ba co víc. Podle ní je právě tahle schopnost nezbytným předpokladem pro dosažení nejvyšší akademické úrovně. „Dokud jste mladý vědec nebo mladá vědkyně, máte pořád nad sebou někoho, kdo má větší zodpovědnost. Postupně zrajete k větší samostatnosti v práci a hlavně v rozhodování. A pokud už aspirujete na profesorskou pozici, musíte už být schopná sama, a pokud možno dobře, rozhodovat o tom, do jakých otázek se pustíte jako vědecký tým. Na co máme, a na co ne.“
Americké otázky, evropské odpovědi
V umění klást si správné otázky se zdokonalila na stáži v Los Alamos. „V Evropě se víc zdůrazňuje, jak otázky zodpovědět, než jak si je pokládat. V Americe se v prvé řadě učíte, kterou otázku si položit,“ popisuje rozdílný přístup. „Myslím si ale, že v Evropě máme větší kapacitu na správnou otázku důkladně odpovědět.“
Takže vzhůru do Nového světa pro otazníky a šup zpět na starý kontinent hledat řešení? „S jistou nadsázkou to platí. Alespoň tedy pro mě. Vzdělání evropského stylu také zdůrazňuje způsoby, jak se ujistit, že řešení je vědecky solidní.“
Pohřeb po pohřbu
Důkladně poznala vědecký systém ve Francii, nyní ve Švýcarsku. Jak si v kontextu evropské vědy stojí Česká republika?
„Některé české vědecké instituce jsou pevně zakotvené ve 21. století, v moderní evropské vědě. Ale obecně bych řekla, že řada rozdílů je pořád definovaná komunismem,“ zamýšlí se.
„Desítky let u nás byly funkce i výhody závislé na tom, jestli někdo je ve straně, jestli spolupracuje, jestli souhlasí s pravidly totalitní politiky. A v tom pořád vnímám nějakou setrvačnost… Některé instituce tím byly poznamenány ještě donedávna. A posouvají se vpřed jen člověk po člověku. Pohřeb po pohřbu, jak prohlásil v bonmotu slavný fyzik Max Planck.“
Zní to cynicky. „Ale někde to platí doslova. Až když někdo odejde, může být na jeho místě někdo mladší, otevřenější, se zkušenostmi ze světa a podobně.“
Vůbec to podle ní neznamená, že by v tom vedení jako žáby na prameni byli neschopní lidé. „Mohou to být třeba vědci a vědkyně, kteří mají na kontě neuvěřitelné věci, přelomové objevy, lidé, kteří ve své době patřili ke špičce, jenže ze zkušeností víme, že i takoví ke konci kariéry tahají své okolí spíš dozadu než dopředu.“
Kontakt s českou vědou měla několik let velmi omezený, ale v poslední době síťuje a vztahy s českými kolegy a kolegyněmi i institucemi obnovuje a upevňuje.
„Hlavně jsem za to vděčná aktivním nadšeným lidem ze sdružení Czexpats in Science, kteří nás propojují, pořádají setkání, konference, to je úžasná iniciativa. A taky vděčím Nadačnímu fondu Neuron. Vážím si ocenění, které mi loni udělili, ale hlavně proto, že mi pomohlo najít zpátky cestu do Česka, díky Neuronu jsem se setkala s mnoha zajímavými lidmi, už se zase cítím aspoň trochu součástí české vědy.“
Když se do toho nebude míchat člověk…
Vraťme se ale k algoritmům. K učícím se strojům. Ruku v ruce se sílící „autonomií“ některých systémů se intenzivně řeší související etické otázky. Nejviditelnější (minimálně ve veřejném prostoru) asi ohledně budoucnosti autonomních automobilů.
Na toto téma vznikají vědecké publikace i monografie. Jako společnost totiž takové automobily musíme předem vybavit schopností rozhodnout, jak se (pochopitelně v extrémním) případě zachovat, když vozidlu, které veze třeba děti, bude hrozit srážka s nákladním vozem, ale když odbočí, srazí několik jiných lidí u krajnice. A podobně.
Myšlence autonomních automobilů fandí. „Mají neuvěřitelný potenciál. Sama řídím, ale nerada. Vím, že jsem roztěkaná, bojím se, že udělám nějakou blbost. Nebo někdo v protisměru. Je to strašně nebezpečné,“ předesílá. „Když se nad tím člověk zamyslí z druhé strany, uvidí, jak výhodné by bylo nechat řídit stroj.“
„Když člověk zaviní nehodu, může sám zemřít nebo zaviní zranění jiných nebo to dobře dopadne a ‚jen‘ mu vezmou řidičák. Ale nakolik se z toho poučí on a ostatní řidiči? Mizivě. Zato autonomní systém se přesně z takových chyb učí a tím je eliminuje. Jsem přesvědčená, že až to necháme na autonomních autech, eliminujeme nehody. Když budou stroje jezdit tak, jak mají, a vychytají chyby, není žádný důvod k nehodám.“
Prchne, nebo ne?
„Ano, některé otázky musíme vyřešit předem. Ale jinak se tyto stroje budou samy učit z dat, z ohromného množství dat, která člověk v takový moment rozhodně k dispozici nemá a nemůže se na rozdíl od stroje rozhodovat podle nich. V USA už například diskutují použití automatizovaného systému v soudnictví pro rozhodování, jestli udělí obviněnému možnost kauce,“ nabízí příklad.
Algoritmy vyhodnocují předchozí případy a situace a rozhodují (na základě dat z desítek předchozích let) tak, aby se minimalizovalo nebezpečí, že obviněný, který bude propuštěn na kauci, spáchá znovu zločin, nebo prchne.
„Stejně tak za nás už teď strojové učení běžně rozhoduje, třeba když si berete půjčku nebo uzavíráte pojištění. Vyplníte dotazník, který stroje propojí s veškerými daty, která o vás najdou. A vyhodnotí křížově všechna rizika, výhody, nevýhody. Vlastně velmi podobně, jako když vám třeba Netflix nachystá tipy na seriály podle toho, nač jste se dívali minule.“
Vrací se k nadhozené otázce důvěry ve stroje. A k zodpovědnosti. „Například ve zdravotnictví zatím rozhoduje sám lékař, jestli někoho bude operovat… Nebo ne, protože benefit operace už nepřeváží možná rizika. Takové vyhodnocování brzo zvládne stroj daleko kvalifikovaněji, my k němu ale musíme nejdřív získat důvěru. A taky musíme vědět, kdo bude za případný nezdar zodpovědný,“ vysvětluje vědkyně.
Vzpoury robotů se nebojím
Z jejích předchozích slov lze asi vyčíst, že se žádné vlády strojů nebojí. „Rozhodně ne. Bojím se naopak toho, že včas nevyužijeme schopností, které díky umělé inteligenci máme nebo budeme mít v brzké budoucnosti. Kolem sebe pořád vidíme spoustu příkladů, kdy máme data, kdy máme algoritmy, které je umí správně vyhodnocovat, ale my se toho jako lidé nedržíme. Viděli jsme to v průběhu epidemie. A vidíme to taky třeba u globálních změn klimatu.“
Víme, že náš Titanic míří vstříc ledovci… Máme fakta, data a víme, co bychom měli dělat. Ale ono to dost trvá otočit Titanikem, než narazí (i když v případě klimatické krize spíš hrozí, že ledovec stihne roztát).
„Na spoustu problémů máme řešení, ale nevíme jak ho implementovat, aby ho společnost akceptovala. Vakcíny za covidu. Vědecky naprosto neoddiskutovatelná ochrana před těžkým průběhem. Ale jaká je proočkovanost?“ nadhazuje řečnickou otázku.
Dynamika epidemie, nepředvídatelnost války
Na problémy se zavedením existujícího řešení do praxe za covidu sama narazila. Už v roce 2015 napsala se svými kolegy článek, ve kterém přicházeli s algoritmem vhodným pro systémy trasování (tehdy při hypotetické krizové situaci).
„Na začátku epidemie jsme si říkali, že bychom ten náš algoritmus mohli zkusit aplikovat do mobilních telefonů. A nebyli jsme sami, takových snah bylo víc. Nová byla urgence, nikoliv to téma… Tehdy jsme studovali hypotetickou situaci, najednou tu byla praxe, která volala po využití. Ale narazili jsme na neprorazitelnost ochrany soukromí.“
Chápe, že hodnota soukromí je v naší společnosti vysoká, ale překvapilo ji, jak rychle se myšlenka této aplikace smetla ze stolu.
„Mohli jsme ji mít alespoň připravenou. Na začátku jsme přece nevěděli, jak velký průšvih nás čeká. Je ale pořád možné – aniž bych to chtěla přivolávat –, že přijde mnohem horší epidemie a pak začnou tyhle bariéry padat. Takže máme postdoka, který se výzkumu algoritmů trasování věnuje dál. Bude to v záloze,“ slibuje.
Epidemie má mnoho proměnných, které je v predikcích potřeba brát v úvahu, ale pořád je možné v ní pracovat s daty a pomocí vědecké metody. V rozhovoru se shodujeme, že ruská agrese, respektive válka na Ukrajině je v tomto směru mnohem více nepředvídatelná, když ji pohání diktátor s psychopatickými rysy.
„Bohužel, nemám v kapse žádný speciální algoritmus, který by dokázal předpovědět vývoj. Nevíme, co Putin použije, jak se zachová,“ pokrčí rameny.
„Ale ve válce máme alespoň viníka, na kterého můžeme ukázat. Jak je to u krize klimatu? Zodpovědnost leží na nás všech, na celé planetě. Známe teoretická řešení, ale to by ohromná masa lidí musela jít proti svému komfortu, proti ziskům. To mě frustruje víc, když to máme ve svých rukou, ale řešení je v nedohlednu.“
Jako matka osmileté a jedenáctileté dcery se často ptá sama sebe, co tady dětem necháváme.
„Hodně to na mě doléhá. Bydlíme pod Alpami. V létě chodíme na ledovec, který je příjemně dosažitelný, je prima, protože se po něm dá chodit s dětmi a bez vybavení. Jsou to vlastně dva ledovce, které bývaly vždycky spojené. Ale letos poprvé ten předěl roztál. Dalo se chodit mezi nimi. Po místě, kudy lidská noha po desítky tisíců let neprošla, až dnes,“ posmutní.
„V údolí za jezerem také vidíme ledovec Mer de Glace, v překladu Moře ledu… Před sto lety vybudovali železnici, která vede až k místu, kde býval vchod do takové ledové jeskyně, do které se dalo jít. Jenže ledovec tak strašně roztál, že vchod do jeskyně je teď o stovky metrů níž, takže se od vlaku k němu musí scházet. Po cestě dolů vidíte na skále letopočty, kam ledovec v daném roce sahal. Je bolestivé vidět to tání v přímém přenosu.“
S kolegy a kolegyněmi na univerzitě téma klimatických změn hodně diskutují. „Máme spoustu projektů o udržitelnosti. Máme peníze na výzkum. Máme nápady i možná řešení, ale je trošku depresivní, že ta řešení jsou a nejspíš budou politicko-ekonomicko-společensky neakceptovatelná.“
Volnost, rovnost…
Už jsme mluvily o jednom z mnoha negativních aspektů pozůstatků komunismu, Lenka Zdeborová ale připomene i jeden pozitivní.
„Jedna z mála věcí, které se mi zpětně jeví jako dobré, bylo jakési rovnostářství na školách, Západ bohužel rychle doháníme, co se týče rozevírání nůžek mezi sociálními vrstvami už od školky,“ míní.
„Děti z těch znevýhodněných sociálních skupin se k vědě většinou nedostanou, přitom těch chytrých, které by na to měly, mezi nimi bude hodně.“
Matematika je svobodná, ale Česko je pozadu
Když vzpomíná na své dětství a začátky, přirozeně doputujeme i k otázce postavení žen ve společnosti a ve vědě. Sama na žádné bariéry jako holčička s matematickým nadáním nenarážela. „Když byla soutěž v matematice, bylo jedno, jestli jste holka, nebo kluk, jestli má táta peníze nebo je ve straně, nebo není, nic z toho za vás ty příklady nevyřešilo. A tak je to myslím pořád. Matematika byla a je v tomto směru svobodná.“ Na druhou stranu možná společenské nastavení někdy může dívky odrazovat od toho si matematiku nebo fyziku za ten svůj svět zvolit.
„V tom je Česko ještě určitě pozadu. V USA se na rovnost klade mnohem větší důraz, někdy až moc, že se člověk musí bát, co řekne, aby se to neotočilo vůči němu, že někoho diskriminuje. Ale třeba ve Francii je to nastavené skvěle, tam jsem měla vždycky pocit, že ta rovnováha funguje i jaksi přirozeně.“
Krkavčí matky
Součástí této francouzské rovnosti je podle ní už jen přístup a společenské klima vůči ženám-matkám. „Je individuální věc, jak si to uděláte. Každý si může vybrat, co mu vyhovuje. Paleta je pestrá. Vyberete si a ostatní to respektují. Nikdo se na mě nedíval skrz prsty, když jsem měla pro holčičky v pěti měsících chůvu. Zároveň tam nikdo ženu nesoudí, když je s dětmi doma, jak chce dlouho,“ popisuje svou zkušenost.
Česká atmosféra ji šokovala. „Potkávala jsem bývalé spolužačky, a když jsme si začaly povídat, byla jsem v šoku, jakým způsobem byly schopné komentovat, že jsem nebyla s každou dcerkou doma tři roky,“ líčí. „Prý jestli mi ty prachy, které v práci dostávám, stojí za to, že dám dítě k chůvě a nevidím je vyrůstat.“
Ani se jí nechtělo vysvětlovat, že naopak skoro všechny „prachy“, které v práci dostává, dává na zaplacení chůvy. Spolužačky ji přitom měly za kariéristku, která za velké peníze zaprodá své děti.
„Bylo to vlastně legrační. Vědci ve Francii nejsou zas tak moc dobře placení. Sedli jsme si s partnerem a počítali náklady na chůvu, případné přídavky a příjmy a vyšlo nám, že kdybych opravdu zůstala doma, byli bychom na tom finančně o něco líp,“ popisuje.
Jenže Lenka Zdeborová jako spousta jiných žen, které milují svoji práci a zároveň nechtějí, aby jim ujel vlak – což ve vědě hrozí poměrně rychle –, vlastně do možnosti v práci pokračovat investovala svůj plat.
„Nechtěla jsem vědu přerušit hlavně proto, že bych ztratila osobní naplnění, ztratila kontakt s kolegy a studenty. A nechtěla jsem to pytlíkovat s miminkem, starat se o malé dítě je práce na plný úvazek. Raději jsem si pak naplno užívala čas, kdy jsem s holčičkami byla,“ popisuje podobnou zkušenost jako spousta jiných pracujících matek. Než být frustrovaná máma 24/7 k dispozici svému dítěti, raději se k němu vracet z práce spokojená na kratší dobu.
„Měli jsme neuvěřitelně dobrou a hodnou paní na hlídání. Šest let se o dcerky starala, byla to vlastně náhradní babička, dodnes je součástí našeho života. Byla a je neuvěřitelně hodná. Vařila tak, že jsem dcerám tu stravu záviděla, věnovala se jim lépe, než bych to po celé dny dokázala já. Ve Francii se nad tím nikdo nepozastavoval, jen v Česku jsem sklízela řadu komentářů.“
Češi jsou výborní houbaři...
Na jedno české (nebo východoevropské) specifikum je však pyšná, a i když ji ve Francii, ve Švýcarsku i v Americe považovali za exota, s chutí tuto činnost vykonávala. Houbaření.
„V lese jsem potkávala jen Rusy a další expaty nebo migranty z východní Evropy,“ směje se. „Pokud už náhodou Francouz nebo Švýcar v lese něco sbírá, pak jedině hřiby či lišky. Všichni žasli, co všechno si troufám vzít. Děti milují obalené bedly a partner zase smažené muchomůrky růžovky.“
Do Česka se vracet (zatím) nechce, ale snaží se se svým prvním domovem neztrácet kontakt, naopak jej co nejvíc posilovat. A její dcery mají česká jména. Alenka a Julinka.
Autorka je redaktorka Deníku N.
Článek vznikl díky podpoře projektu Komunikace priorit a témat českého předsednictví Radě EU se zaměřením na problematiku vysokého školství a vzdělávání.