"Системная память живого (как основа его метаэволюции и периодической структуры)."Гринченко С.Н "И Случай, бог изобретатель…"
РАЗДЕЛ 4. БАЗИСНЫЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ КОНЦЕПЦИИ: механизмы поисковой оптимизации (от примитивного метода "проб и ошибок" до иерархического адаптивного случайного поиска)4.1. Введение. Постановка проблемыВ последние десятилетия в научной и научно-популярной литературе, да и в обыденном использовании, все чаще встречается словосочетание метод "проб и ошибок" (для краткости буду далее всюду, даже в соответствующих цитатах, обозначать его МПиО - С.Г.). На первый взгляд, его смысл и основная идея довольно очевидны: использование случайности при поиске некоего полезного результата. Среди многочисленных попыток реализации МПиО как при объяснении (фактически, моделировании) некоторых процессов в природе и обществе, так и при решении практических задач в технике, имеется ряд весьма успешных (правда, на фоне также достаточно представительного ряда неудачных). По-видимому, растущая тенденция его применения и объясняется преобладанием положительных оценок этого метода над отрицательными [Гринченко,2003а]. Это находит свое отражение в практически превалирующей в настоящее время (не только среди биологов-эволюционистов, но и среди более широкого круга специалистов - философов, прикладных математиков и др. - и даже неспециалистов) точке зрения на эволюцию живой природы именно как на процесс "проб и ошибок". Под ним здесь обычно подразумевают генетическую "изменчивость", приводящую через "наследственность" к "естественному отбору"="выживанию наиболее приспособленных". В наиболее яркой форме эту точку зрения выразил в своей монографии "Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции" В.Ф.Турчин: "В процессе эволюции жизни, насколько нам известно, всегда происходило и происходит сейчас увеличение общей массы живого вещества и усложнение его организации. Усложняя организацию биологических образований, природа действует по методу проб и ошибок. Существующие образования воспроизводятся во многих экземплярах, которые, однако, не вполне тождественны оригиналу, а отличаются от него наличием небольших случайных вариаций. Эти экземпляры служат затем материалом для естественного отбора. Они могут выступать и как отдельные живые существа - тогда отбор приводит к закреплению полезных вариаций, и как элементы более сложного образования - тогда отбор направлен также и на структуру нового образования (например, при возникновении многоклеточных организмов). И в том, и в другом случае отбор является результатом борьбы за существование, в которой более жизнеспособные образования вытесняют менее жизнеспособные. Этот механизм развития жизни, открытый Чарльзом Дарвином, можно назвать основным законом эволюции. В наши цели не входит обоснование или обсуждение этого закона с точки зрения тех законов природы, которые можно было бы провозгласить более фундаментальными. Будем принимать основной закон эволюции как нечто данное" ([Турчин,2000(1977)], стр. 21). Можно констатировать, что позиция ряда авторов, наиболее развернуто представленная В.Ф.Турчиным, состоит в том, что "эволюция живой природы адекватно описывается именно в терминах МПиО". Но действительно ли это так? Достаточен ли МПиО для воспроизведения хотя бы основных свойств биологической эволюции - притом, что необходимость его для этого очевидна? Не определяются ли существующие трудности в развитии её теории (в частности, связанные с необходимостью отражения имеющихся фактов "направленности" и "канализируемости" эволюции) именно с ограниченностью привлекаемого для её объяснения механизма МПиО как такового? Моя позиция при ответе на эти вопросы следующая: эволюция живой природы адекватно описывается в терминах другого (хотя и близкого к упомянутому) метода поисковой оптимизации, а именно предложенного Л.А.Растригиным (см., напр., [Растригин,1959аб,1960,1965,1968,1979]) метода "случайного поиска", точнее, его важнейшей разновидности - метода "адаптивного случайного поиска", ещё точнее - иерархии механизмов "адаптивного случайного поиска", представляющей собой "каркас" модели системы живой природы (см. [Гринченко,1979-2003]). Метод же "проб и ошибок", с моей точки зрения, следует трактовать как слепой поиск - предельно упрощенный, даже вырожденный, вариант алгоритма из класса методов "случайного поиска" (кстати говоря, в основу последнего - при его создании - МПиО и был положен!). А собственно МПиО должен во всех случаях рассматриваться лишь как нулевое приближение к этим своим более сложным аналогам, также базирующимся на использовании случайности как на фундаментальном свойстве оптимизационных алгоритмов этого класса. Необходимость в подобном уточнении терминологии вполне назрела, что будет продемонстрировано ниже на конкретных примерах. Таким образом, задача настоящего раздела монографии - подробный анализ существующей в настоящее время практики употребления в научной литературе понятия (и термина) МПиО, его сходств и различий по сравнению с перечисленными вариантами метода случайного поиска (включая и его предельно вырожденный вариант - слепой поиск) - см. подраздел 4.2. На базе данного анализа будет сформирована объединенная классификация всех перечисленных методов оптимизации, и выработаны такие определения всех этих методов, которые позволили бы избежать в будущем множества недоразумений при их применении на практике (подраздел 4.3). В подразделах же 4.4-4.6 будут кратко рассмотрены примеры использования как собственно МПиО, так и методов поисковой оптимизации в целом для интерпретации таких центральных понятий ряда теорий биологической эволюции, как "изменчивость" и "естественный отбор". А также их взаимосвязи в контексте модельных представлений об эволюционных процессах с позиций предлагаемой концепции. 4.2. Метод "проб и ошибок" (МПиО)- англ. ["trial-and-error"], русск. сленг: "метод тыка", вариант: "метод научного тыка". У.Р.Эшби, один из отцов-основателей кибернетики, отмечает: "Стоит сказать, что обычный термин "trial and error" является в высшей степени неточным. Слово "trial" (проба) стоит в единственном числе, хотя суть метода в том, что попытки повторяются все вновь и вновь. Слово "error" (ошибка) также плохо выбрано, ибо существенным элементом является достижение успеха в конце. Слова "поиск и остановка" (hunt and stick), по-видимому, описывают этот процесс и более образно, и более точно. Я буду преимущественно употреблять это название" ([Ashby,1956(1959)], стр. 326-327). К сожалению, его не поддержали… С моей же точки зрения этот метод может быть определен, как "абсолютно случайный" перебор некоторых "пробных" действий, с проверкой эффективности каждого, вырабатывающей соответствующую реакцию на него ("удача" либо "ошибка"). 4.2.1. Об оценках МПиОЛ.А.Растригин так характеризовал его в ряде своих работ: метод "проб и ошибок" - метод, в котором решение ищется случайно, и при удаче принимается, а при неудаче отвергается с тем, чтобы вновь обратиться к случайности как источнику потенциально неограниченных возможностей. И далее: МпиО "строго говоря, нельзя назвать даже методом, так как трудно определить, в чем же, собственно, он состоит. В действительности его правильней было бы назвать методом случайных проб и исправления ошибок… этот метод опирается на два существенных предположения: нероковой характер ошибок (последствия неудачных результатов легко устранимы, стоимость исправления допущенной ошибки не велика) и отсутствие априорных (предварительных) соображений о том, как и в каком направлении делать пробы. Эти соображения почти неизбежно приводят к случаю. Действительно, случайность в такой ситуации является единственно разумной мерой: случайность почти ничего не стоит и всегда содержит в себе искомое решение. Это значит, что достаточно длительный поиск всегда приведет к решению задачи" (см. [Растригин,1979], стр. 6). Очень многими принято считать МПиО чуть ли не эталоном неэффективного процесса оптимизации, к которому поэтому можно относиться с иронией. Но это с одной стороны. С другой же стороны, оказывается, что существенная часть касающихся его публикаций содержит весьма положительные оценки его эффективности при решении самых различных задач. Как же это может иметь место одновременно? Какие его свойства определяют столь противоположные оценки, как теоретиков, так и практиков? Всегда ли при этом имеется в виду одно и то же содержание метода? Прежде, чем отвечать на эти вопросы, приведу в подтверждение разноречивости оценок эффективности МПиО несколько цитат, содержащих такие (иногда эмоциональные) оценки. Большинство источников указанных цитат найдены в Интернете с помощью поисковых машин Google (www.google.com.ru), Яндекс (www.ya.ru), Рамблер (www.rambler.ru) и Апорт (www.aport.ru). 4.2.1.1. МПиО: оценки негативного характера Для иллюстрации отрицательного отношения к МПиО приведу несколько цитат различных авторов. Из области теории изобретательского творчества: "Главный недостаток МПиО - это, во-первых, медленное генерирование новых идей, а во-вторых, отсутствие защиты от психологической инерции (т.е. выдвижение идей тривиальных, обыденных, неоригинальных)... Причина неэффективности подобных методов в том, что они не меняют сути старой технологии перебора вариантов, сам этот перебор. Нужен принципиально новый инструмент творчества, а не "косметический" ремонт старого" [Альтшуллер,1988]. Из той же области: "Стандартный метод решения изобретательских задач - это МПиО. Конечно, изобретатель не перебирает подряд все бесчисленное множество возможных вариантов. Нет, сначала идут пробы привычные, логичные, оправданные. Но когда они не срабатывают, когда труд ушедших месяцев, лет оказывается безрезультатным, в ход идет перебор любых, ненормальных, "диких", случайных проб. И вот тогда "однажды" (...) МПиО парадоксально неэффективен. Он - главный виновник задержки изобретений. Самый страшный враг человечества - это тот нерациональный метод мышления, который именуется "героикой творческого труда", которому поют дифирамбы и который считается столь же неотъемлемым свойством изобретателя, как борода у попа, как облака на небе, как звезды в космосе, как пятна на солнце, как вода в океане и как ещё сто тысяч таких же незыблемых и привычных "как". МПиО считается нормой! Это порочный взгляд, потому что он предписывает обязательным применение порочного метода. Из-за самого существования которого человечество тысячелетиями систематически недосчитывается миллионов жизней. МПиО - своеобразный идол творческого труда (...) Я не очень-то разбираюсь в вероисповеданиях и не знаю, бывают ли идолы добрыми. Одно я знаю совершенно точно: изо всех самых злых идолов, когда-либо придуманных людьми, МПиО самый кровожадный. Мы привыкли приносить жертвы на алтарь нашей веры. Но ни одному божеству за все долгие тысячелетия преданности люди не платили такой дани, которую ежечасно вручают идолу творчества. МПиО - злейший и ужаснейший враг человечества. И вместе с тем, этот метод загадочен, таинствен и завораживающе привлекателен, как в те далекие времена, когда слова "интуиция" и "озарение" не писались и даже не произносились из-за отсутствия языка и письменности... МПиО романтичен для поэтов. Для изобретателей-практиков он - тяжелейшая драма, обесценивающая годы неудачных поисков" [Верткин,1987]. Обсуждая процесс поиска новых форм организации и управления в СССР в конце 80-х гг. ХХ века, С.П.Никаноров писал: "В настоящее время идут два параллельных, влияющих друг на друга, но не связанных функционально процессов. Первый представляет собой процесс ликвидации не оправдавших себя организационных форм, второй - тщательный поиск и освоение новых. Общая тенденция при этом состоит в том, чтобы усилить самостоятельность низовых звеньев народного хозяйства, что, как предполагается, будет стимулировать процессы их рациональной самоорганизации и приведет к образованию новых, эффективных организационно-экономических форм. Нельзя не видеть, что способ проб и ошибок прямо противоположен другому, который основан на расчете или, шире, - проектировании необходимых форм. МПиО чрезвычайно расточителен, он является медленно, негарантированно и неконтролируемо действующим, допускающим лишь в небольшой степени свое совершенствование. И, что, возможно, хуже всего, он ведет к деинтеллектуализации специалистов и руководителей. Специалисты, указывающие на якобы существующее преимущество рыночных систем во многих странах как на воплощение самоорганизации, упускают из виду не только мощное регулирующее влияние государства, в частности, использование системы типа PPBS, PATTERN и др., но и не придают значения вековому становлению рыночных отношений как конкретно-исторической форме, охватывающей все стороны общества" [Никаноров]. Из области банковской деятельности: "Используя печально известный МПиО, банки бредут тернистым путем комплексной или не очень комплексной автоматизации, теряя по дороге людей, деньги, время" [Аглицкий]. И т.д. Таким образом, во всех перечисленных цитатах их авторы, не анализируя ни внутреннюю структуру, ни параметры МПиО, прямо или косвенно дают этому методу отрицательную оценку как таковому. 4.2.1.2. МПиО: оценки нейтрально-критического и нейтрального характера Часто авторы характеризуют МПиО достаточно нейтрально или неоднозначно, но отмечают при этом его недостаточность при конкретных применениях и необходимость дальнейшего развития. Это демонстрируют следующие цитаты. Из области педагогики: "Иллюзия же успешности педагогической науки и практики зиждется на неспособности большинства ученых видеть глубинные, сущностные пласты педагогического предмета. Дело в том, что в педагогике, в самой практике в начальных и широких границах можно обходиться так называемым "здравым смыслом", "жизненным опытом", "методом проб и ошибок" без помощи науки в собственном смысле слова. И представители педагогической науки довольствуются данным поверхностным описанием педагогических явлений" [Терегулов]. Из области исследования социального поведения: "Весьма важно уяснить социально-правовые аспекты проблемы терроризма, без чего противодействие этому явлению приобретает неакцентированный характер поиска решения по принципу проб и ошибок" [Гушер]. Из области теории компьютерного программирования: "В мире, где строительство и разрушение бесплатны, выбирается метод проб и ошибок, а фундаментальные исследования остаются для простаков. Программное обеспечение разрабатывается именно в таком мире. Программист создает чертеж в виде программы на языке высокого уровня. Затем он позволяет компилятору и компоновщику в мгновение ока и почти без затрат построить программный продукт. Создание чертежа требует значительных усилий, но строительство с помощью компилятора и компоновщика практически бесплатно. Программисту вообще не надо беспокоиться о сносе и уборке обломков - по крайней мере, до тех пор, пока ему достаточно дискового пространства. Неудивительно, что идеология проб и ошибок так глубоко укоренилась в процессе разработки программного обеспечения, а сообщество программистов не удосужилось исследовать основные принципы разработки программного обеспечения. МПиО завел нас достаточно далеко. Но рост сложности современных программных систем подводит нас к жесткому пределу. За пределами определенного уровня сложности создание качественных архитектур методом проб и ошибок становится невозможным" [Бюрер,2001]. Из области синергетики, о проблеме коэволюции: "Движение от одного состояния к другому должно происходить по определенной траектории - это задача оптимизации. Однако, это движение (развитие) всегда целенаправленно. Так вот, модели призваны заменить технологии проб и ошибок (что иногда длится недопустимо долго) - технологиями научно обоснованными, и это наиважнейшая задача научной интеллигенции в XXI веке" [Курдюмов,2001]. Из области методологии науки: "Большинство людей убеждено в существовании "научного метода". В то же время многие считают, что "научный метод" - это миф. Одна из причин такого мнения - понимание метода как совокупности правил, которые гарантированно, или без ошибок, должны давать результаты. Но метод, вообще говоря, - это только метод попыток или проб, или "проб и ошибок". Требование безошибочности часто заменяется требованием, чтобы ошибок было мало или чтобы вероятность ошибки была мала" [Серебряный,1997]. И т.д. Таким образом, перечисленные цитаты демонстрируют, что их авторы, опять-таки не анализируя МПиО и не формулируя для него каких-либо определений, дают этому методу неоднозначную либо нейтрально-критическую, а иногда и просто нейтральную оценку. 4.2.1.3. МПиО: оценки позитивного характера Для иллюстрации положительного отношения к МПиО также приведу несколько цитат ряда авторов из самых различных областей деятельности. Из области исследования социального поведения: "Неплохим примером того, как человек именно методом проб и ошибок добирается до своего истинного призвания, может послужить Жан Жак Руссо" [Эфроимсон,1997-1998]. Из области педагогики: "Трактуя учение как субъектную деятельность ученика, Н.А.Менчинская отстаивала необходимость "проб и ошибок" при усвоении знаний. Ученик (конечно, под руководством взрослого) сам должен "строить" понятие (знание); отчленять признаки существенные от несущественных (а не получать их в готовом виде), опираться на свой личный опыт познания, соотносить его с тем, что предлагает взрослый, т.е. осуществлять развернутую поисковую деятельность, а не пользоваться готовыми "ориентирами". Настоящая поисковая деятельность без проб и ошибок невозможна" [Якиманская,1995]. Из областей педагогики и программирования: "Итак, каков же наиболее эффективный метод изучения программного обеспечения? Экспериментирование. Да, простой МПиО получил самую высокую оценку среди 30 способов обучения (см. таблицу с оценками)" [Харп,1996]. Из области программирования: "Использовать картинки в форматах GIF и JPEG нужно с умом. Попробуйте создавать файлы GIF с меньшим числом битов на элемент изображения (пиксель). Например, зачем сохранять изображение с одним байтом данных на каждый пиксель, если можно ограничиться всего одним битом (при условии, что в изображении не использованы 256 цветов). Такая сокращенная версия файла будет в 8 раз меньше, а передаваться в 8 раз быстрее. Методом проб и ошибок можно уточнить, сколько именно бит данных достаточно для получения удовлетворительного качества изображения" [Как улучшить…]; а также: "Эволюция Windows - МПиО, который должен привести, наконец-то, к чему-то стоящему, стабильному, устойчивому" [Windows Longhorn] и "Разработка по методу Linux - это МПиО, построенный на интенсивном тестировании" [Богатырев,2001]. Из области компьютерного синтеза музыки: "Преимущества пошаговой записи, благодаря которым множество электронщиков использует её, заключаются не только в возможности записи сложнейших тем, коррекции в них ошибок и добавлении требуемых нюансов. Созданные таким образом фрагменты можно потом с легкостью реаранжировать, пустить наоборот, а также полностью изменить с помощью проб и ошибок" [Худяков]. Из области медицины и фармакологии: "Специалисты знают, что люди по-разному реагируют на гипотензивные препараты. Если лекарство позволяет нормализовать давление одного пациента, это не означает, что оно поможет и другому. Поэтому оптимальный метод поиска лекарства для гипертоника - это МПиО" ["Провизор",1999]; "Методом проб и ошибок в той или иной степени пользовались и продолжают пользоваться все естественные науки, однако для таких наук о биологически активных соединениях, как фармакология или токсикология, этот метод является прямо-таки доминирующим" [Галактионов,1988]. Из области сравнительного исследования биологической и технической эволюции: "Весь ход технического и научного прогресса, а также изучение природы живых существ и законов их эволюции показывает, что пути развития природы и техники различны. Для своего развития природа использует МПиО путем случайного перебора вариантов и закрепления удачных вариантов в генетическом коде, передаваемом последовательно по наследству. Человек использует МПиО путем целенаправленного (?! - С.Г.) перебора вариантов в информационной среде, способствующей накоплению и быстрому распространению этой информации в обществе. Это позволяет человеку в миллионы раз сократить время и затраты на поиск оптимального варианта, что обеспечивает колоссальный прогресс науки и техники даже в пределах жизни одного поколения" [Азарьев]. И т.д. Таким образом, во всех перечисленных цитатах (кроме последней) их авторы, не анализируя ни внутреннюю структуру, ни параметры МПиО, дают этому методу положительную оценку как таковому.
Цитирование можно было бы продолжить, но и уже представленных в пункте 4.2.1 материалов достаточно для того, чтобы сделать некоторые предварительные выводы. Первое, что бросается в глаза: большинство как негативных, так и позитивных оценок МПиО используют этот термин как данность и не содержат попыток уточнения его смысла. Но иногда в литературе встречаются высказывания, подобные приведенному в последней цитате из статьи И.А.Азарьева (относительно того, что МПиО "используется путем целенаправленного (?! - С.Г.) перебора вариантов"), которые явно расширяют диапазон его свойств, интуитивно предполагаемых большинством авторов и читателей. Действительно, что подразумевать под "целенаправленным перебором вариантов"? Имеется ли в виду, что такие варианты неравноправны с позиций некоторого целевого алгоритма, и, соответственно, могут выбираться не "абсолютно" случайно, а на основе некоторого имеющегося опыта о ходе предыдущей реализации данного поискового процесса? Похоже на то, что цитированный автор имел в виду именно это. Остается вопрос: может ли подобный гипотетический - модифицированный! - метод продолжать называться методом "проб и ошибок"? И не лучше ли присвоить такому методу собственное оригинальное наименование, более точно отражающее подобное расширение его свойств по отношению к сравнительно общепринятому понятию МПиО? Существование этой и подобных ей расширительных интерпретаций МПиО заставляют более подробно рассмотреть определения этого термина, даваемые ему различными авторами. 4.2.2. МПиО: вербальные определения в изданиях энциклопедического характера4.2.2.1. Определения МПиО, явно характеризующие поиск как "слепой" Как ни удивительно, но, несмотря на чрезвычайно частое употребление в самых различных областях науки и практики (а зачастую - и в обыденной жизни) термина "метод / принцип / алгоритм / способ/процедура "проб и ошибок"", в большинстве ведущих энциклопедий (в частности, БСЭ, Encyclopedia Britannica, Брокгауз и Эфрон, ММЭ и др. - за несколькими исключениями, о которых будет упомянуто ниже) нет специальных статей, посвященных его определению и трактовке. Так, БСЭ дает ему определение в статье "Бихевиоризм": "Для объяснения того, каким образом выбирается данная реакция (человека - С.Г.) в ответ на данное воздействие, Торндайк выдвинул принцип "проб и ошибок", согласно которому выработка всякой новой реакции начинается со слепых проб, продолжающихся до тех пор, пока одна из них не приведет к положительному эффекту" [БСЭ,т.3,1970,С.402-403]. То есть в данном крайне лаконичном описании метода всё же делается акцент на тот факт, что пробы являются "слепыми", или, в эквивалентной трактовке, "равновероятно" случайными. Словарь "Психология" также утверждает: "Главным течением американской психологии становится бихевиоризм, согласно которому психология не должна выходить за пределы внешне наблюдаемых телесных реакций на внешние стимулы. Динамика этих реакций мыслилась как слепой поиск, случайно ведущий к успешному действию, закрепляемому повторением {метод проб и ошибок}. Программные установки этого направления выразил Дж.Б.Уотсон (1913)" [Психология,1990,"История психологии"]. Encyclopedia Britannica упоминает об алгоритме "проб и ошибок" ("trial and error") в статье "Кибернетические системы. Самообучающиеся механизмы" при описании процесса движения мыши в лабиринте: "Вначале мышь использует простой (simple) алгоритм "проб и ошибок", наталкиваясь на стенки до тех пор, пока не найдет выхода. В течение процесса этого типа поиска, она "учится" и запоминает план лабиринта. После однажды достигнутой (случайно) цели, мышь будет использовать полностью отличный, намного больше экономичный и, по-видимому, "интеллектуальный" алгоритм для достижения цели в последующем эксперименте, основанный на "знании" расположения лабиринта" [Cybernetic systems,2000]. То есть "первичный" алгоритм, или собственно МПиО, рассматривается как "простой" (надо полагать, что в данном контексте определение "простой" использовано как синоним определения "слепой" - blind). Но здесь автора энциклопедической статьи явно больше интересует механизм самообучения - совсем другой, "интеллектуальный" поисковый алгоритм, который в ходе повторов пробега мыши по лабиринту приходит на смену "простому". Можно ли будет этот последний алгоритм рассматривать как эволюционное развитие первого, из цитируемого текста неясно. В другой статье "Поведение животных. Пробы и ошибки" (которую можно рассматривать как специальную, т.е. непосредственно определяющую термин, несмотря на то, что в ней речь идет скорее об обучении животного по МПиО, а не о самом методе) Encyclopedia Britannica формулирует: "В обучении по МПиО животное учится, чтобы вести себя специфическим способом путем ассоциирования (associating) всего, что ведет к желаемому эффекту. Если нога собаки поднята экспериментатором и затем дана пища, в дальнейшем собака, после нескольких таких проб, будет спонтанно поднимать свою ногу в предвкушении пищи. Как классическое психологическое кондиционирование (conditioning), так и обучение по МПиО называют ассоциативным обучением, потому что в обоих случаях необусловленный ответ ассоциирован с обусловленным стимулом. В природных ситуациях животное, вероятно, обучается ассоциировать некоторую свою спонтанную деятельность с некоторыми желательными результатами, фиксируя, таким образом, обусловленные стимулы и отклик. Обучение этого типа часто происходит в тех случаях, когда животные модифицируют свое поведение в течение возбуждающих желание последовательностей типа питания и спаривания" [Animal behaviour,2000]. То есть в данном определении вообще отсутствуют какие-либо указания на свойства МПиО как такового, он только именуется - в контексте описания обучения животного - без раскрытия деталей его поведения. В статье "Мышление. Пробы и ошибки" (которую также будем рассматривать как специальную, хотя и она посвящена обсуждению подходов к "решению проблем", а не анализу МПиО как такового) Encyclopedia Britannica предлагает более обобщенную трактовку данного метода: "Деятельность в области решения проблем (problem-solving) распадается на две категории: первая подчеркивает простые (simple) пробы и ошибки; вторая требует некоторой степени понимания. Путем проб и ошибок индивидуум действует главным образом с помощью исследования и управления элементами проблемной ситуации в усилиях разобраться в своих возможностях и нащупать шаги, которые могли бы привести его ближе к цели. Это поведение наиболее подходит в случае, когда "решатель проблем" испытывает недостаток предварительного знания относительно характера решения, или когда нет единственного правила, лежащего в основе решения. Деятельность путем проб и ошибок не обязательно очевидна (как при попытке приспособить вместе части механической головоломки); она может быть неявной или опосредованной так же, как индивидуальное отражение задачи и символическое тестирование возможностей при их обдумывании" [Thought,2000]. То есть в данном определении подчеркивается тот факт, что МПиО следует использовать именно при недостатке априорной информации о решаемой с его помощью проблеме, а его собственные свойства опять-таки не рассматриваются. В свою очередь, база знаний de facto констатирует: "МПиО - способ выработки новых форм поведения в проблемных ситуациях. МПиО, широко используемый бихевиоризмом для объяснения научения как вероятностного процесса, получил распространение в психологии после работ Э.Л.Торндайка, согласно которым слепые пробы, ошибки и случайный успех, закрепляющий удачные пробы, определяют путь приобретения индивидуального опыта у животных и человека. Тем самым была выделена согласованность поведения со средой на вероятностной основе, что позволило при интерпретации категории действия выйти за пределы жесткой альтернативы: либо механистической, либо телеологической его трактовки. Последующая разработка проблемы научения обнаружила слабость и ограниченность объяснительных возможностей МПиО, поскольку он не учитывает характерную для поведения направленность (! - С.Г.) каждой пробы, её включенность в определенную психическую структуру. Гештальтпсихология подвергла МПиО критике, противопоставив ему решение проблемы путем инсайта. Непродуктивность и теоретическая слабость такого противопоставления была показана И.П.Павловым. Свое значение МПиО сохранил лишь в узкой сфере искусственно создаваемых ситуаций; в частности, он вошел в состав конструктивных принципов кибернетических устройств" [База знаний de…]. То есть, акцентируется внимание на несоответствии "слепого" МПиО современному пониманию поведения как направленного. И т.д.
Обобщая точки зрения, представленные в подпункте 4.2.2.1, можно констатировать, что все они: а) достаточно близки, б) рассматривают МПиО как "слепой"/"простой" алгоритм, который настолько элементарен, что не нуждается в пояснениях его структуры и параметров, в) обычно рекомендуют использовать МПиО при недостатке или полном отсутствии априорной информации об объекте его приложения. 4.2.2.2. Определения МПиО, не разделяющие понятия "слепого" и "направленного" поиска В отличие от изложенной позиции, психологический словарь (также в специальной статье) дает определение, что "МПиО - форма научения, описанная Э.Торндайком в 1898 г., основанная на закреплении случайно совершенных двигательных и мыслительных актов, за счет которых была решена значимая для животного задача. В следующих пробах время, которое затрачивается животным на решение аналогичных задач в аналогичных условиях, постепенно, хотя и не линейно, уменьшается, до тех пор, пока не приобретает форму мгновенного решения. В дальнейшем более точный анализ поведения методом проб и ошибок показал, что оно не является полностью хаотическим и нецелесообразным, как считал Торндайк, но интегрирует в себе прошлый опыт (курсив мой - С.Г.) и новые условия для решения задачи" [Психологический словарь]. То есть в данном случае автор статьи делает акцент, вопервых, на изменении вероятностных свойств метода в процессе его функционирования, и, во-вторых, на определенную целесообразность такого изменения. Практически это последнее определение кардинально отличается от вышеприведенной трактовки БСЭ и Encyclopedia Britannica. Недостатком данного определения является его неоднозначность: не вполне понятно, с какого момента времени указанная форма научения не должна больше рассматриваться как полностью хаотическая и нецелесообразная, и, главное, все ли специалисты, использующие данный термин в той или иной конкретной ситуации, согласны с тем, что он интегрирует в себе прошлый опыт? Известный энциклопедический Интернет-сайт www.dictionary.com (со ссылкой на The American Heritage® Dictionary of the English Language, Fourth Edition) дает МПиО следующее определение: "Метод достижения корректного решения или удовлетворительного результата с помощью попыток использования различных средств или теорий до тех пор, пока ошибка уменьшится в достаточной степени или будет ликвидирована" [Trial-and-error]. Как видим, здесь алгоритм генерации "попыток" вообще не рассматривается. Иногда в качестве синонима МПиО используют термин "эвристический метод". Так, в Толковом словаре английского языка Random House "под эвристикой понимается метод дискуссии, а также изучение эвристической процедуры (методики). Термин "эвристический" (heuristically) толкуется там же более вариативно: 1. Служащий для того, чтобы указывать; стимулирующий интерес как средство дальнейшего исследования. 2. Вдохновляющий человека, чтобы изучать, обнаруживать, понимать, или решать проблемы по-своему, как экспериментируя, оценивая возможные ответы или решения, так и методом проб и ошибок: эвристический обучающий метод. 3. Имеющий отношение, или основанный на экспериментировании, оценке, или методах проб и ошибок. 4. Компьютеры, Математика. Имеющий отношение к решению проблемы методом проб и ошибок в том случае, когда алгоритмический подход непрактичен" [Хуторской,1998]. И здесь алгоритм генерации "проб" не рассматривается. Большое внимание данному вопросу уделяется на энциклопедическом Интернет-сайте, представляющем проект Principia Cybernetica. В специальной статье The trial-and-error method Ф.Хейлиген и В.Ф.Турчин вначале определяют его как метод, в котором "генерируются различные возможные конфигурации, после испытания их "приспособленности" хорошие сохраняются, а плохие или "ошибки" устраняются (элиминируются)" [Heylighen,Turchin,1996]. Таким образом, в данном определении авторы вообще не упоминают о способе генерации новых конфигураций и тем более о центральной проблеме - используется ли при этом прошлый опыт или нет? Но далее в этой же статье они разъясняют это довольно общее определение следующим образом: "Согласно неодарвинистской точке зрения, эволюция происходит путем создания случайных комбинаций (живой) материи, с последующей борьбой за существование, в результате которой некоторые комбинации выживают и размножаются, в то время как другие погибают. Поппер (Popper) описывает это как работу общего метода проб и устранения ошибок. Кэмпбелл (Campbell) использует термин "слепое изменение и выборочное сохранение" (blind variation and selective retention) [Кэмпбелл,1964]. Ньюэлл (Newell) и Саймон (Simon) в их теории "решения проблем" (problem solving) назвали этот механизм "генерируй и тестируй" ("generate and test"). Здесь мы будем говорить просто о методе "проб и ошибок". Мы не должны использовать термин "слепой", потому что в культурной эволюции или при "решении проблем" мы часто имеем дело с осознанным и направленным выбором (курсив мой - С.Г.). Но даже по отношению к биологической эволюции мы не можем увериться, а тем более подтвердить фактами, что вариации слепы. Верно, что мы создаем нашу теорию и проверяем её фактами в предположении, что вариации слепы. Но реально мы не используем факт, что вариация, в действительности, слепа или случайна ("случайна" и "слепа" используются как синонимы! - С.Г.), то есть все физически и логически возможные выборы равновероятны. Успех теории (? - если имеется в виду успех теории биоэволюции, то это слишком сильное и, как минимум, спорное утверждение: подробности см. ниже - С.Г.) доказывает, что слепота, в нынешнем состоянии теории, является достаточной, но не доказывает, что она необходима. Основное требование - то, что большое количество возможных состояний или решений исследуется через процесс вариации. Принцип настолько мощен, что любой тип вариации или пробы, управляемый предвидением или нет (курсив мой - С.Г.), сопровождаемый устранением "плохих" или "непригодных" проб, и сохранением или размножением "пригодных" проб, приведет к эволюции. Факт, что успешные шаги сохранены, ведет к необратимому накоплению, "эффекту храповика", который и позволяет движение только в специфическом общем направлении, без движения назад (см. принцип асимметричных переходов)" [Heylighen,Turchin,1996]. Этот комментарий весьма разноречив. С одной стороны, Ф.Хейлиген и В.Ф.Турчин ссылаются - как на одно из сходных понятий - на введенный Кэмпбеллом термин "слепое изменение и выборочное сохранение" (причем в статье Ф.Хейлигена с этим названием, помещенной на том же сайте, "слепота изменений" не подвергается сомнению [Heylighen,1993]). С другой стороны, упоминание Ф.Хейлигена и В.Ф.Турчина, что "реально мы не используем факт, что вариация, в действительности, слепа или случайна", и прямое формулирование того, что "основное требование - то, что большое количество возможных состояний или решений исследуется через процесс вариации", указывают на то, что авторы вообще не различают в МПиО "тип вариации или пробы: управляемый предвидением или нет". С этой позицией можно было бы согласиться, если бы не одно "но": она не вполне согласуется с исторически сложившейся традицией употребления термина МПиО преимущественно в смысле использования именно слепых вариаций - хотя, как было показано выше, имеют место и отдельные трактовки их как направленных (целенаправленных). В любом случае практика одновременного использования двух достаточно противоречивых определений одного и того же термина не может быть признана вполне приемлемой.
Обобщая точки зрения, представленные в подпункте 4.2.2.2, можно констатировать, что все они: а) неоднозначны, б) в части из них МПиО рассматривается как достаточно сложный алгоритм, который обладает возможностью варьировать размер своей памяти от нуля до некоторой заметной величины, что обеспечивает "направленность" поиска, и в) опять-таки рекомендуют использовать МПиО при недостатке или полном отсутствии априорной информации об объекте его приложения. Подытоживая же данные, приведенные в пункте 4.2.2 в целом, приходится признать, что информационный поиск в изданиях энциклопедического характера не дал результата - однозначного определения сущности МПиО. Следовательно, с этой целью следует обратиться к научным публикациям, в которых он используется. 4.2.3. МПиО: интерпретации в научных изданиях различных отраслей знания4.2.3.1. Общефилософский аспект Наиболее общую интерпретацию МПиО дает К.Поппер: "Если мы хотим разъяснить, почему человеческое мышление стремится испробовать все мыслимые решения всех проблем, с какими бы оно ни сталкивалось, то можем сослаться на одну в высшей степени общую закономерность. Метод, с помощью которого пытаются решить все проблемы, обычно один и тот же - это МПиО. Этот же метод, по сути дела, используется и организмами в процессе адаптации. Ясно, что его успешность в огромной степени зависит от количества и разнообразия (курсив мой - С.Г.) проб: чем больше мы делаем попыток, тем более вероятно, что одна из них окажется удачной (…) Если МПиО развивается все более и более сознательно, то он начинает приобретать характерные черты "научного метода". Этот "метод" вкратце можно описать следующим образом. Столкнувшись с определенной проблемой, ученый предлагает, в порядке гипотезы, некоторое решение - теорию. Если эта теория и признается наукой, то лишь условно; и самая характерная черта научного метода состоит как раз в том, что ученые не пожалеют сил для критики и проверки обсуждаемой теории. Критика и проверка идут рука об руку: теория подвергается критике с самых разных сторон, и критика позволяет выявить те моменты теории, которые могут оказаться уязвимыми. Проверка же теории достигается посредством как можно более строгого испытания этих уязвимых мест. Конечно, это опять-таки вариант МПиО. Теории выдвигаются в качестве гипотез и тщательно проверяются. Если результат проверки свидетельствует об ошибочности теории, то теория элиминируется; МПиО, в сущности, метод элиминации. Его успех зависит главным образом от выполнения трех условий, а именно: предлагаемые теории должны быть достаточно многочисленны (и оригинальны); они должны быть достаточно разнообразны; осуществляемые проверки должны быть достаточно строги. Таким образом, мы сможем, если нам повезет, гарантировать выживание самой подходящей теории посредством элиминации менее подходящих. Если это описание развития человеческого мышления вообще и научного мышления в частности признать более или менее корректным, то оно поможет нам понять, что имеется в виду, когда говорят, что развитие мышления происходит "диалектически"" [Поппер,1995]. Обсуждая эту точку зрения К.Поппера, В.Н.Садовский пишет: "Существенным моментом попперовской интерпретации диалектики является его утверждение о том, что "диалектическое развитие можно "объяснить", показав, что оно происходит в соответствии с МПиО", более того - что МПиО является более широким, чем метод диалектики, который, таким образом, оказывается частным случаем МПиО. У правоверного приверженца марксистско-гегелевской диалектики это утверждение может вызвать шок, но оно, тем не менее, представляется хорошо оправданным. Действительно, теория научного метода, основанная на концепции проб и ошибок, носит более общий характер, чем диалектическая триада, не устанавливает каких-либо ограничений на единственность исходного тезиса, на необходимость "снятия" синтезом тезиса и т.п., и поэтому диалектика действительно выступает частным случаем МПиО. Думаю, что у нас есть все основания сказать, что попперовское установление связи диалектики и метода проб и ошибок является важным моментом рационального истолкования реального смысла диалектики (курсив автора - С.Г.)" [Садовский,1995]. Правда, есть и критики попперовского мнения о том, что МПиО является более универсальным, чем метод диалектики: "МПиО Поппера хорош в кустарной мастерской, им оперируют в философии современные ремесленники, но он бессилен в познании Мира. В природе этим методом детеныши животных постигают окружающую среду обитания, и там его роль велика, но на уровне человеческого разума он носит прикладной характер и нередко служит прикрытием махизма в наиболее одиозной форме" [Крейдик,2002] - но и данный автор не отрицает применимости его в соответствующих областях науки. Общим для подобных общефилософских публикаций является тот факт, что МПиО рассматривается здесь как данность, не требующая дальнейшего анализа её внутренней структуры, и интерпретируется, по существу, именно в наиболее очевидной форме - как слепой поиск (хотя термин "слепой" и не употребляется в явном виде). 4.2.3.2. Биологои психолого-поведенческий аспект В данной области науки МПиО был изначально сформулирован, и в ней он к настоящему времени занимает свое достойное место при объяснении разнообразных поведенческих феноменов. Но и здесь его интерпретации можно подразделить на две основные группы. 4.2.3.2.1. Трактовки МПиО, явно или неявно характеризующие поиск как "слепой"К этой группе можно отнести мнения следующих авторов. Пример: "Как отмечают экспериментаторы, все высшие животные действуют, руководствуясь своим прежним опытом, а новый опыт приобретают путем слепых проб и ошибок, случайно. И лишь обезьяны решают задачи также и первично. То есть, предварительно оценивая возможные результаты своих действий. Конечно, это не значит, что такая оценка не основана вообще на прежнем опыте. Это означает лишь то, что из конкретного опыта обезьяны способны извлекать куда больше полезной информации, чем другие животные, способны даже как-то абстрагировать и данные абстракции использовать в иных случаях, которые кажутся экспериментаторам совершенно новыми, неизвестными подопытным особям. Как конкретные ситуации, они, конечно, новы, но в каких-то общих чертах, безусловно, должны быть сходны с прошлым опытом. Иначе шимпанзе (у рассуждающих о "первичности" экспериментаторов) оказываются способнее людей и даже вообще действующими по какому-то мистическому наитию. Вероятно, здесь задействованы механизмы типа тех, что определяют существование в животном мире феномена "инсайта", то есть внезапного озарения, осуществления адаптивной реакции без предварительных проб и ошибок. Разумеется, эта реакция берется не с потолка, а есть просто результат неожиданного сопоставления различного опыта, зафиксированного в мозге. Вопрос именно в способности к таким нестандартным сопоставлениям. Этот феномен чаще встречается у молодых особей, у которых традиционное поведение и возрастная консервация психики ещё не подавляют способность к творчеству. Возможно, физиологическое доверие к прежнему опыту (ибо любой феномен психики имеет нейрофизиологическую природу) у обезьян сравнительно расшатано в силу отмечавшегося выше естественного многообразия их отношений к миру. Устройство мозга высших приматов больше, чем у других животных, рассчитано на нестандартные ситуации. Приматы более свободны в своем поведении, в выборе действий, то есть, как говорилось, менее специализированы" [Хоцей]. Другой пример: "Выбор действий животных во вновь возникающих ситуациях обеспечивают УРИ условные рефлексы исследовательские, разведочные. В основном это действия методом проб и ошибок, просто случайные в момент опасности действовать наобум лучше, чем вообще не действовать. В случае удачи УРИ закрепятся в "основном составе" условных рефлексов и будут передаваться через обучение новым поколениям" [Лебедев,1993]. Третий пример: "Поражающая адекватность экологического поведения - как отдельных особей, так и целых сообществ - результат миллионолетия проб и ошибок. Те, кто ошибался так, что уже не мог выправить равновесие между своей жизнью и жизнью среды, оставались лишь в палеонтологических летописях" [Левин]. И т.д. Этот ряд можно продолжать, но уже понятно, что подобные примеры демонстрируют в целом позитивную оценку их авторами роли МПиО (причем, явно или неявно, в его "слепой" интерпретации) в организации поведения биологических объектов. 4.2.3.2.2. Трактовки МПиО, либо смешивающие понятия "слепого" и "направленного" поиска, либо вообще их не разделяющиеК этой группе можно отнести мнения следующих авторов. Пример из этологии: "Выживаемость на конкретном историческом отрезке (все текучие проблемы сохранения видов) прежде всего зависит от этологической пластичности вида, т.е. способности активно адаптироваться к стрессовым воздействиям (локальная агрессия другого вида, трансформация среды обитания) через способность их социумов к активному перемещению в ландшафтно-географическом пространстве (задействование новых мест гнездования, иных путей пролета "динамический" адекватный ответ) или активному задействованию, методом проб и ошибок, пустующих средовых прослоек (временных, или гриннеловских ниш трофических, гнездовых, защитных) в том же регионе ("статический" адекватный ответ). Последнее всегда связано с той или иной нетипичностью в поведении особей и социума и может вести к обособлению новой экоморфы (синантропной или "дикой"). Способность адекватного ответа зависит от базовых (врожденных) характеристик психики (определяют общей уровень этологической пластичности таксона, принципиальную способность "отреагировать") и особой перцептивной истории конкретного социума (определяет конкретные варианты реагирования)" [Михайлов, Социо-…]. С моей точки зрения, указание здесь на "врожденные характеристики психики" - это специфическая формулировка наличия памяти в его трактовке алгоритма МПиО. Примеры из области поведения бактерий: "Некоторые бактерии также используют примитивную форму управления поведением по МПиО. Бактерии этого вида имеют тенденцию плавать по прямым линиям, и имеют ровно столько "памяти", чтобы знать, улучшаются ли окружающие условия или ухудшаются по направлению их движения. Если они ощущают, что условия улучшаются, они продолжают двигаться вперёд. Если они чувствуют, что условия становятся хуже, они останавливаются, переворачиваются и направляются в случайном, обычно ином, направлении. Они исследуют направления, и отдают предпочтение хорошим, отвергая плохие. И поскольку это заставляет их мигрировать в направлении больших концентраций молекул пищи, они выжили" [Дрекслер]. Хочу сразу же подчеркнуть, что данный автор совершенно определенно говорит о МПиО как о методе с "памятью", который, естественно, демонстрирует свою высокую эффективность. Интересно сравнить эту оценку с совершенно противоположной, хотя и относящейся к тому же объекту моделирования: "То, что принцип пробных движений и "проб и ошибок" совершенно недостаточен уже для понимания поведения низших организмов, недавно прекрасно показал F.Alverdes в своем сочинении "Neue Bahnen in der Lehre vom Verhalten der niederen Organismen" (Berlin), 1923, О проблеме происхождения языка" - пишет М.Шелер [Шелер]. Не состоит ли причина столь негативной оценки данным автором существа МПиО именно в иной его интерпретации - т.е. как "слепого" метода, памятью не обладающего? Мое мнение - это именно так! Ещё пример. П.В.Симонов пишет: "Нейрофизиологические механизмы стадии генерализации условного рефлекса практически совпадают с феноменом доминанты, обнаруженным академиком А.А.Ухтомским (1875-1942): доминанта есть временно господствующая рефлекторная система с первичным очагом в одном из отделов мозга, направляющая работу нервных центров в данный момент и определяющая вектор поведения. Сформировавшись, она обладает четырьмя типичными свойствами: стойким возбуждением, повышенной возбудимостью, благодаря чему возникает способность к суммированию самых разнообразных раздражений, и, наконец, выраженной инерционностью. В сущности, с такими характеристиками мы и встречаемся тогда, когда наблюдаем стадию генерализации условного рефлекса. Способность доминанты откликаться на самый широкий круг внешних стимулов, по-видимому, реализуется с участием гиппокампа. К доминанте, по мнению А.А.Ухтомского, "пристает все нужное и ненужное, из чего потом делается подбор того, чем обогащается опыт". Но возникающие при этом реакции не носят случайного характера. Их ограничивает видовой и ранее накопленный индивидуальный опыт (! - С.Г.). Скажем, собака, стремящаяся избавить себя от болевого раздражения, не переходит к хаотическим пробам и ошибкам, а перебирает действия, в прошлом приводившие к решению аналогичной задачи. Или обезьяна. Убедившись, что палка для доставания приманки из глубокой щели оказалась слишком тонкой и короткой, она из кучи берет палку толще и длиннее. Но не наоборот" [Симонов]. Интересно, что в данной цитате МПиО упоминается (неявно) в форме "перехода к хаотическим пробам и ошибкам". Наличие же "индивидуального опыта" прямо характеризует его как метод с "памятью". С другой стороны, В.Ф.Турчин указывает "Простая рефлекторная связь между возбудимой и мышечной клеткой естественно возникает в процессе эволюции по МПиО: если оказывается, что корреляция между возбуждением одной клетки и сокращением другой полезна для животного, то эта корреляция устанавливается и закрепляется" ([Турчин,2000(1977)], стр. 37). Здесь проблема памяти собственно МПиО не обсуждается. Рассматривая вопрос об источниках информации для выработки сохраняющих реакций, А.А.Ляпунов пишет: "... весьма важно прижизненное обучение (курсив цитируемого автора - С.Г.), т.е. способность к прижизненному накоплению информации для сохраняющих реакций. Эта информация может формироваться путем проб и ошибок" (см. [Ляпунов,1980], стр. 227). И здесь проблема памяти собственно МПиО не затрагивается. Наконец, В.Ф.Турчин обобщает: "…любая сложная система, возникшая в процессе эволюции по МПиО, должна иметь иерархическую организацию" ([Турчин,2000(1977)], стр. 51) - переходя уже к иным аспектам соотнесения модельного механизма МПиО как такового со структурой системы, в которую он встроен (по моему мнению, "иерархообразующим" является всё же не столько МПиО, сколько его обобщение - метод адаптивного случайного поиска: см. ниже, подраздел 4.3). Но высказываются и несколько иные мнения относительно необходимости МПиО: "Какой бы хорошей ни была модель, она не может точно предсказать, что случится в действительности, однако хорошая модель во сто крат предпочтительней проб и ошибок вслепую. Моделирование можно назвать некой заменой метода проб и ошибок термин, к сожалению, давно уже присвоенный "крысиными" психологами" ([Dawkins,1976(1993)], стр. 63). Со мнением, что "хорошая модель во сто крат предпочтительней проб и ошибок вслепую" трудно спорить - но необходимо предварительно понять, где биологические объекты могут взять информацию, достаточную для построения "хорошей" модели своего поведения в перманентно изменяющейся внешней среде, и какими методами и средствами могут её реализовать как в онтогенезе, так и, особенно, в филогенезе. Отмечу и позицию, лишний раз демонстрирующую опасность использования неоднозначно определенного термина: "Недавно было доказано, что сфекс-аммофила иногда убивает гусеницу вместо того, чтобы парализовать её, а подчас парализует её наполовину. Но из того, что инстинкт, как и интеллект, может ошибаться, что ему свойственны также и индивидуальные отклонения, совсем не следует, что инстинкт сфекса приобретен, как утверждалось, путем разумных (! - С.Г.) проб и ошибок" [Бергсон]. Как хотелось бы узнать, что именно подразумевается под "разумными" пробами и ошибками… А также позицию, демонстрирующую опасность неверного использования термина: "Новое поведение находится путём случайного поиска (? - С.Г.) в окрестности уже освоенного поведения. Случайный поиск исключительно неэффективен (??? - С.Г.). Максимум, что можно ещё пытаться угадать - это информация из нескольких бит. Уже 10 бит, то есть тысяча равноправных вариантов - много даже для человека. Поэтому поиск нового должен происходить на фоне уже освоенного и известного. Причём это новое должно быть минимально информационно насыщенно (минимально содержательно). После успешного нахождения "новых бит" и согласования их с имеющимися знаниями, они включаются в "освоенные" знания. И далее поиск нового продолжается такими же мельчайшими шажками" [Корниенко,1999]. Ниже будет показано, что термин "случайный поиск" достаточно хорошо, в том числе формально, определен, и использование его в данном контексте совершенно неоправданно. И т.д. Этот ряд также можно продолжать, но уже понятно, что подобные примеры демонстрируют самые различные оценки их авторами роли МПиО в организации поведения биологических объектов в зависимости от его интерпретации: как "слепого" либо "направленного" (т.е. с памятью). 4.2.3.3. Биолого-эволюционный аспект Помимо процитированной выше позиции В.Ф.Турчина, существует ещё довольно большое число работ, авторы которых уверенно ставят знак равенства между МПиО и механизмом биологической эволюции, причем даже полагают это "общепризнанным". Как следствие такого подхода, опираясь на наглядные, очевидно весьма высокие, окружающие (и включающие!) нас результаты биологической эволюции, они положительно оценивают и МПиО как её теоретический (я бы всё же сказал - гипотетический) механизм. Так, обсуждая проблему синтеза научного метода как такового, А.Г.Фонотов отмечает: "Ф.Бэкон первым дал метод исследования, синтезирующий природное (подчинение природе, подражание ей) и сознательное человеческое (через целенаправленный поиск) начала. Суть этого метода, его краеугольный камень состоит в использовании МПиО и практической проверке полученного в результате этого знания. В настоящее время общепризнанно, что аналогичным образом действует эволюция (при всей условности понятия "действует" применительно к эволюции). В этом смысле научный метод был не изобретен, а открыт. Но открыт он был (благодаря практической ориентации философии Бэкона) как материальное воплощение взаимодействующих науки и практики. Это значит, что производственная деятельность, и в первую очередь материальное производство, в своей эволюции сначала неосознанно и спонтанно, а потом сознательно и целенаправленно начинает опираться на научный метод" [Фонотов]. Иногда в подобных публикациях МПиО рассматривается как "слепой", что не приводит к его критике автором: "Средством приспособления, более того, способом существования жизни (биологической формы движения материи) является слепой поиск оптимума, т. е. такого состояния, которое может быть охарактеризовано как качество соответствия организма (вида и всего живого) среде. Поиск осуществляется посредством случайных проб. Пробным материалом служат особи. Их должно быть много и они должны быть разные" [Искрин,2001]. По существу тот же смысл в данное понятие вкладывает и Р.Докинз: "Характерной чертой эволюционного процесса стала его внутренняя спонтанность, случайность, которая, тем не менее, ведет к закономерностям развития и прогресса. Недаром метафорой эволюции стал слепой часовщик" ([Dawkins,1988], цитируется по [Капица,1999]). В известной книге "Сумма технологии" С.Лем констатирует: "Один из фундаментальных законов биоэволюции состоит в непосредственности её действий. Ибо в эволюции каждое изменение служит только сегодняшним задачам приспособления. Эволюция не может производить таких изменений, которые служили бы лишь подготовкой для других, предстоящих через миллионы лет; о том, что будет через миллионы лет, биоэволюция "ничего не знает", поскольку она является "слепым" конструктором, действующим методом "проб и ошибок". Она не может в отличие от инженера "остановить" неисправную машину жизни, чтобы, "продумав" её основную конструктивную схему, в один прием радикально её перестроить" ([Лем,2002], стр. 54). Е.А.Седов начинает предисловие к своей монографии "Эволюция и информация" словами: "Аргументом в пользу правомерности обобщающего информационного подхода к анализу эволюционных процессов может служить уже то, что все эволюционные процессы осуществляются путем "проб и ошибок", сочетающим спонтанные стохастические изменения информации и её детерминированный отбор" ([Седов,1976], стр. 3). Рассматривая проблему филогенетического разнообразия, Г.А.Заварзин пишет: "Филогенетическая классификация предполагает существование генетически консервативной системы, на которую накладывается функционально значимая фенотипическая оболочка, определяемая внешними условиями - экологической нишей, представляющей своеобразное техзадание, соответствующее системе, определяемой сообществом, то есть вводящим внешнее понятие цели. Отсюда появляется целесообразность как соответствие системе, достигаемая естественным отбором, методом проб и ошибок" ([Заварзин,2001а], стр. 169). И т.д. Чаще всего именно в подобных публикациях МПиО явно рассматривается как направленный (обладающий возможностью обучения, т.е. памятью). Так, например, Г.Фоллмер пишет: "Мир, в котором мы живём, доныне не был настолько хаотичным, каким бы он мог быть, а является относительно константным и упорядоченным. Ожидание закономерности, способность обучаться посредством проб и ошибок, склонность на основании прошлого "заключать" о будущем, сохранили поэтому доныне диспозицию к индуктивным заключениям. Живые существа, которые бы этим не обладали, например, параиндуктивисты или существа без условных рефлексов были бы подавлены в естественном отборе и вымерли" [Фоллмер]. Или, рассматривая его как самый примитивный или "слепой", делают вывод о необходимости пересмотра такого определения: "Эволюция от первой живой клетки до микроорганизма, плавающего в океане, заняла больше миллиарда лет - это на первом этапе, когда природа пользовалась самым примитивным методом проб и ошибок. Ещё миллиард лет заняла эволюция от микроорганизмов до ящеров. Эволюция от ящеров до обезьян заняла сотни миллионов лет. От теплокровных животных до первобытного человека - десятки миллионов. А путь от первобытного человека до нас с вами занял уже "всего" десятки тысячелетий. Эволюция все время ускоряла свой бег. А между тем, если бы природа действовала методом проб и ошибок, скорость эволюции должна была, по крайней мере, быть постоянной или даже замедляться!" [Амнуэль]. Ещё один пример похожего подхода с подобным же выводом: "Пока нет никаких доказательств участия метилирования ДНК в адаптивной изменчивости эукариот, но участие его в эпигенетическом наследовании некоторых признаков уже не вызывает особых сомнений. Метилирование вполне может лежать в основе некоторых проявлений адаптивной эволюции эукариот. Вопрос только в том, насколько подобная адаптация управляема, т.е. способен ли геном модифицировать сам себя, причём не методом проб и ошибок, а вполне целенаправленно" [Ядерное мышление,2001]. Таким образом, трактовка МПиО как механизма естественного отбора часто подвергается справедливой критике, хотя аргументация иных авторов также не свободна от неточностей. Например: "Теория передачи информации, возникшая на базе теории вероятности, без особого труда вынесла смертный приговор концепции естественного отбора (это зависит от того, что именно поднимать под данной концепцией! - С.Г.). Оказалось, что МПиО имел бы в биоэволюции такие же или даже более ничтожные шансы на успех, чем создание "Войны и мира" обезьяной, тыкающей наугад в клавиши пишущей машинки. Здесь требовался какой-то новый принцип развития, охватывающий к тому же не только живую, но и неживую материю (…) Вспомним, что мнимая мудрость эволюции, которая на самом деле слепа, объясняется по Дарвину, естественным отбором путем проб и ошибок единственно удачного варианта из огромного числа "пустышек". Ничего подобного не наблюдается при становлении живого организма из родительской клетки, которое с самого начала происходит вполне однозначно, в строго определенном порядке, заданном направлении и в заранее установленный срок. Другими словами, процесс явно идет от начала до конца строго по плану, неуклонно и целесообразно" [Силин,1997]. Что касается "становления живого организма из родительской клетки", то этот процесс (онтогенез), конечно же, имеет совершенно иной характер, нежели процесс собственно эволюции такого организма (филогенез), но из этого факта совсем не следует, что первый процесс как-то опровергает второй. А рассуждения об обезьяне и пишущей машинке довольно часто встречаются в публикациях, рассматривающих их как "доказательство" ошибочности дарвинизма как такового. К сожалению, эти авторы, помимо прочих неточностей (в частности, неучета иерархичности системы живого) строят свои умозаключения на неверном, с моей точки зрения, аргументе трактовки механизма эволюции именно как МПиО = синонима "слепого" поиска. Понятие слепого поиска активно используется и в теории генетических алгоритмов, которые конструируются исходя из бионического принципа, т.е. воплощения в технических устройствах (в данном случае - в компьютерных программах) свойств того или иного биологического объекта (конечно, в том виде, в каком последний видится их конструкторам): "Общепринято, что в генетических алгоритмах мутациям соответствуют одиночные замены генов, обеспечивающие стохастическое движение в ближайшей окрестности. В такой схеме слепого поиска мутации рассматриваются как минорный элемент генетического алгоритма, так что на практике рекомендуют строго ограничивать их вклад с целью подавления вносимого ими шума" [Воробьев]. Итак, когда МПиО рассматривают как "слепой", делают вывод о его недостаточной эффективности: зачастую некоторые критики, как они говорят, "случайного поиска" [Waddington,1968(1970)], подразумевают в своем рассмотрении именно слепой поиск, недостатки которого очевидны. Так, К.Х.Уоддингтон пишет: "Форма гравия на дне реки определяется случайными процессами, т.е. (? - С.Г.) возникает в результате случайного поиска (??? - С.Г.)" [там же], и демонстрирует такой процесс на соответствующей иллюстрации фиг. 2 этой статьи.
В действительности указанные процессы вообще непоисковые и даже неоптимизационные. Здесь мы видим рисунок, неотличимый на вид от приводящихся в учебниках иллюстраций броуновского движения какой-либо микрочастицы в жидкости. Кроме того, применение термина "случайный поиск" в данном контексте вообще неоправданно (более подробно это будет продемонстрировано ниже, в пункте 4.3.2). В результате эффектная концовка цитируемой статьи: "Мы, разумеется, не должны считать, что глаз позвоночного животного, нога лошади или шея жирафа представляют собой в сколько-нибудь серьезном смысле результат случайного поиска" ([там же], стр. 115) повисает, таким образом, в воздухе... Но, по моему мнению, именно подобные терминологические недоразумения послужили основным препятствием к использованию идеологии случайной поисковой оптимизации для объяснения смысла и особенностей эволюционных процессов в Биосфере Земли. В частности, отрицательное мнение столь авторитетного специалиста, как К.Х.Уоддингтон, о процессах якобы "случайного поиска" в эволюции (но, к сожалению, относящееся совсем к другим, непоисковым процессам), прозвучало на известном симпозиуме по теоретической биологии ещё в 1968 году. Поддержанное рядом его коллег, оно вполне могло оказаться непреодолимым барьером на пути привлечения в эволюционные представления оптимизационных поисковых понятий. Даже публикация книги В.Ф.Турчина (1977, 2000) не смогла разрушить этот барьер… 4.2.3.4. Социально-экономико-эволюционный аспект Авторы целого ряда публикаций в данной отрасли знания полагают, что эволюционирование природы и общества в соответствии с моделью МПиО также является общепризнанным и вполне адекватно. Например: "Общепризнано, что эволюция в природе и обществе происходит постепенно и медленно, путем постоянных проб и ошибок. Её результатом является отбор качеств, свойств, умений, навыков и других признаков, которые способствуют лучшей адаптации систем к изменяющимся условиям природной и социальной среды" [Рузавин]. Другой пример. Э.М.Галимов пишет: "Паскаль сказал: "Предвидеть - значит управлять". Именно в человеческом обществе "управлять - значит предвидеть". В стае вожак - наиболее опытная особь. В человеческом обществе лидер - личность, наделенная максимальной способностью к предвидению. В человеческом обществе управление методом "проб и ошибок" - наиболее примитивная форма управления, находящаяся, по сути дела, на уровне биологической организации управления" (см. [Галимов,2001], стр. 12). Подобным же образом можно интерпретировать и высказывания Ф.А. фон Хайека: "В условиях спонтанного порядка незачем знать ни обо всех преследуемых целях, ни обо всех используемых средствах, чтобы учитывать их в своем поведении. В этом нет нужды, поскольку такой порядок формируется сам по себе. И если правила, создающие порядок, становятся все более совершенными, так это не потому, что люди начинают лучше понимать свою задачу, а потому, что процветания достигают те группы, которым удается изменять правила поведения так, чтобы способность к адаптации у них возрастала. Характер этой эволюции не прямолинеен, он складывался в процессе постоянных проб и ошибок, непрерывного "экспериментирования" в сферах, где происходило "соперничество" между порядками разного типа. Разумеется, никакого специального намерения ставить эксперименты здесь не было - и всё же изменения правил поведения, вносимые исторической случайностью, действующей аналогично генетическим мутациям, оказывались неким подобием экспериментирования" [фон Хайек,1992]. Позиция Ф.А. фон Хайека поясняется его комментатором следующим образом: "Если Ф.Хайек отрицает конструктивизм как способ изменения общества, то он обязан следовать эволюционистской традиции. В соответствии с нею источник изменений - спонтанные изменения, мутации ("МПиО"), а естественный отбор ("на выживание") закрепляет новации, оказавшиеся полезными или, по крайней мере, безвредными. По Ф.Хайеку, этот метод хорошо работает в очень широком диапазоне: "идея эволюции ни в коей мере не ограничивается живыми организмами; скорее эволюция начинается в каком-то смысле уже на уровне атомов, образующихся из элементарных частиц. Таким образом, через многообразные процессы эволюции мы можем объяснять как молекулы - самые примитивные из сложных организмов, так и сложный современный мир". Конечно, подобное утверждение можно сделать и обосновать, опираясь на достижения самых различных наук (начиная с физики), только в наше время. В то время, когда К.Маркс начинал, не было даже открытия Ч.Дарвина, ключевого для теории эволюции. Тем не менее, дух этой теории, если так можно выразиться, в то время уже существовал. Ф.Хайек отмечает, что Ч.Дарвин читал А.Смита как раз в то время (в 1838 г.), когда формулировал собственную теорию. А первые слова о генетическом развитии, по его мнению, были сказаны немецким философом и историком культуры И.Гердером. "Таким образом, современная биология заимствовала понятие эволюции из исследований культуры, имеющих более древнюю родословную"" [Гребнев,1993]. Цитированные источники являются примерами исследований, в которых существо МПиО, его внутренняя структура не подвергаются анализу: "слепой" он или нет. Но в ряде других работ данной области исследований содержится обоснование необходимости введения в МПиО памяти, например: "Признано, что природа и общество эволюционируют согласно принципу "проб и ошибок". Результатом эволюции природных систем является отбор качеств, свойств, способов и методов, которые способствуют процессу их адаптации к изменяющейся внешней среде. Однако приобретенные качества, умения и навыки отдельных природных систем могут быть использованы в будущем лишь при условии их генетического фиксирования, что практически невозможно. Социальные же системы обладают возможностями для сбора, хранения и использования информации (не только о своем развитии, но и о жизнедеятельности других систем) при помощи "коллективной памяти". Этой особенностью социальных систем определяется их отношение к рефлексии. Так, известно, что эти системы благодаря указанной способности носят название "рефлектирующие системы"" [Лизунова,Яровикова]. Другой пример: "Обычаи складываются на основе удовлетворения индивидами своих потребностей: определенные способы поведения, удовлетворяющие ту или иную потребность и в силу этого выгодные для индивида, закрепляются, становятся привычными. Первоначальным механизмом возникновения обычаев является МПиО (метод "грубого эксперимента и отбора"): одни способы поведения оказываются менее болезненными по сравнению с другими, более эффективно обеспечивают удовольствие и оберегают человека от страдания, а потому имеют больше шансов на сохранение. Групповая жизнь людей и их борьба за существование способствовали распространению функционально полезных способов поведения в социальной группе и превращению их в обычаи. Обычаи являются основной социетальной силой. Они опосредствуют в обществе удовлетворение всех человеческих потребностей и накладывают социальные ограничения на биологически детерминированное поведение каждого члена общества. Поскольку возникновение обычаев не осознается людьми, то их происхождение всегда "окутано тайной", а сами обычаи наделяются для людей "силой фактов". Основными свойствами народных обычаев У.Г.Самнер считал их инертность, изменчивость, тенденцию к совершенствованию и согласованности" [Самнер]. Здесь следует указать, что именно обычаи могут выступать, с одной стороны, в роли ограничений поиска, а с другой - отражать соответствующую память системы. Фиксируя же в таких исследованиях понимание свойств МПиО именно как "слепого" поиска, высказывают резко критическую к нему оценку: "природа оказалась беззащитной перед вооруженным человеком. В свою очередь человек выявил себя совершенно неспособным к "разумному", осмотрительному использованию так трагически "свалившегося на его голову" рассудка. Он по-прежнему шел окольным, недомысленным путем проб и ошибок, в основном страшных и дорого обходящихся и ему и природе. Самым же зловещим симптомом недоумия человечества является полное игнорирование им горьких и страшных уроков собственной истории, главный из которых, как известно, состоит в том, что уроки эти никого и ничему не научили" [Диденко,1999]. Хотя есть и противоположные мнения, например: "Психика, освоив определенные состояния, стремится перерасти себя. Этот же механизм отличает и динамику искусства. Искусство далеко не всегда отклоняется только в сторону, предначертанную логикой предыдущих процессов. И там, и здесь зачастую идет слепой поиск" [Кривцун,1998]. Среди множества публикаций на данную тему в последние годы начали появляться и такие, в которых намечаются конкретные пути преодоления недостатков МПиО применительно к интерпретации эволюционных процессов. Вот что пишут С.П.Курдюмов и Е.Н.Князева: "Синергетика открывает принципы управления, экономии и ускорения эволюции. Один из важнейших выводов синергетики состоит в том, что механизмы слепого жесткого отбора, механизмы чисто рыночного типа не являются единственно возможными в эволюции сложных систем. Мы не должны забывать о том, что живая природа научилась многократно сокращать время выхода на нужные структуры посредством матричного дублирования - ДНК. Подобный механизм для открытых нелинейных систем называется резонансным возбуждением. В принципе есть возможность строить формы социальной организации не методом слепого отбора, многократных проб и ошибок. Не обязательно следовать постепенному и долгосрочному пути становления и развития общества рыночного типа. Иначе мы сейчас, в конце XX века, начнем повторять всю эволюцию капиталистического общества, которая протекала 400-500 лет. У нас нет этих 500 лет. Необходимо ясно осознать, что существует путь многократного сокращения временных затрат и материальных усилий, путь резонансного возбуждения желаемых и - что не менее важно - реализуемых на данной социальной среде структур. Возможен также путь направленного морфогенеза - спонтанного нарастания сложности в открытых нелинейных социальных средах. Последний представляет собой некий аналог биологических процессов морфогенеза и "штамповки" типа редупликации ДНК" [Курдюмов,Князева].
Подытоживая данные, приведенные в пункте 4.2.3, приходим к мнению, что научные издания различных отраслей знания также не дают однозначного определения для МПиО. Как видим, лишь часть авторов ставят перед собой задачу более подробного рассмотрения особенностей МПиО, но и они не предлагают формальных его определений. Что касается трактовок МПиО, то в приведенных цитатах налицо весь их спектр: от "простейшего" = "слепого" до использующего накопленный индивидуальный опыт неопределенной глубины. Соответственно столь же широк и диапазон оценок МПиО: от крайне негативных до весьма позитивных. 4.2.4. МПиО: формальные определенияВозможно, впервые подход, который может быть интерпретирован как "мостик" к формальному определению МПиО, высказал в 1960 году У.Р.Эшби: "В психологических работах адаптацию методом проб и ошибок иногда рассматривают как лишь один из способов адаптации, и к тому же не самый лучший. Приведенные выше соображения показывают, что МПиО занимает гораздо более фундаментальное положение среди методов адаптации. Они, в сущности, показывают, что тогда, когда организм должен приспосабливаться (удерживать свои существенные переменные в физиологических пределах), действуя через среду типа "черного ящика", процесс проб и ошибок необходим (здесь и ниже курсив У.Р.Эшби), ибо только такой процесс позволяет извлечь нужную информацию. Таким образом, процесс проб и ошибок можно рассматривать с двух совершенно разных точек зрения. С одной стороны, в нем можно видеть просто попытку достижения цели; когда цель не достигается, эффективность его мы оцениваем цифрой 0. С такой точки зрения это лишь "второсортный" способ достижения цели. Существует, однако, другая точка зрения, которая ставит этот метод неизмеримо выше, так как он может играть неоценимую роль в получении информации, абсолютно необходимой для успешной адаптации. Именно поэтому процесс проб и ошибок должен быть использован (организмом) при адаптации" ([Ashby,1960 (1964)], стр. 137). Позднее Л.А.Растригин специально подчеркивал, что "огромной заслугой Эшби является то, что он предложил искать управление X (в гомеостате Эшби - С.Г.) не целенаправленно, а случайно - путем проб и ошибок. Ему же принадлежит заслуга обоснования такого на первый взгляд "неразумного" способа поведения" ([Растригин,1965], стр. 30; [Растригин,1968], стр. 54). Тем самым он обосновал мнение, что теория МПиО может рассматриваться как элемент именно теории управления, конкретнее - её последовательно вложенных друг в друга составляющих "техническая кибернетика"-"теория оптимизации""теория поисковой оптимизации"-"теория случайного поиска". Далее Л.А.Растригин пишет: "МПиО, используемый гомеостатом для отыскания решения, сводится, по сути дела, к случайному перебору элементов некоторого допустимого множества управлений (случайному поиску), проверке эффективности и соответствующей реакции на каждое управление. Четко разграничиваются два вида реакций на случайное управление. Отрицательная реакцияR- возникает в ответ на управление, которое не приводит к выполнению поставленных целей. Эта реакция в соответствии с алгоритмом гомеостата вызывает очередную случайную пробу управления. Положительная реакция R+следует при выполнении в объекте целей управления. Она сохраняет в объекте то управление, которое привело к выполнению поставленных требований. Алгоритм такого поведения удобно записать в виде
Xi управление на i-м шаге поиска, а Как легко заметить, такой алгоритм имеет целесообразное поведение, направленное на поиск и сохранение в системе стабильного состояния, которое обеспечивает положительная реакция R+. Этот алгоритм естественно назвать алгоритмом с "наказанием случайностью", так как случайное управление вводится как реакция на неудачу (…) Применение описанной схемы слепого (курсив мой - С.Г.) поиска прямо к оптимизации многопараметрических систем не приводит к успеху, (…) поскольку алгоритм гомеостата (т.е. в данном контексте МПиО - С.Г.) решает вопрос об отыскании решения в принципе; он гарантирует конечность времени отыскания условий, удовлетворяющих целям управления. Вопросы быстродействия не решаются этим алгоритмом, так как он предназначен для управления объектами самого широкого класса с единственным ограничением - конечность вероятности отыскания решения" ([Растригин,1968], стр. 65-69). По-видимому, данное математическое выражение с его комментариями и можно рассматривать как единственное существующее в литературе формальное определение МПиО (по крайней мере, других подобных определений мне не удалось найти ни непосредственно в специальной литературе, ни с помощью Интернет-поиска). Отмечу, что характеристики случайности поискового управляющего воздействия 4.2.5. МПиО: предварительные выводыВ результате анализа вышеприведенных определений и разнообразных точек зрения на МПиО, как представляется, можно сделать следующие предварительные выводы: а) в литературе удалось найти лишь единственное формальное определение МпиО (Л.А.Растригиным), определяющее его как "слепой" поиск; б) достаточно многочисленные вербальные определения и трактовки МПиО неоднозначны - в них, как правило, не рассматривается его внутренняя структура, в частности, не конкретизируется и не учитывается фактор фундаментального значения: наличие либо отсутствие памяти в процедуре генерации пробы; таким образом, в значительном числе интерпретаций не делается различия между вариантами МПиО без памяти ("слепого" поиска) и с памятью ("направленного" поиска), тогда как во многих других случаях МПиО рассматривается конкретно как "слепой" (т.е. МПиО в узком смысле/в узкой трактовке) либо как "направленный" (т.е. МПиО в расширенном смысле/в расширенной трактовке); в) указанная многозначность трактовок термина МПиО приводит к многочисленным недоразумениям при его использовании в различных отраслях знания, в частности - к суждениям о его эффективности в диапазоне от резко отрицательных до весьма положительных (что можно объяснить именно различной интерпретацией МПиО, подразумеваемой тем или иным автором); г) поскольку в работах У.Р.Эшби, Л.А.Растригина и других показано, что МПиО является элементом более широкой отрасли знания: теории управления и, конкретнее, её важных составляющих - технической кибернетики, теории оптимизации, теории поисковой оптимизации и теории случайного поиска, - следует сравнить его с относительно соответствующими методами, предложенными в их рамках. Для этого рассмотрим последние несколько подробнее, имея в виду, что, развитые в области технической кибернетики, эти методы оказались сравнительно мало известными и почти не использующимися в биологических областях естественных наук. Продолжение следует... |
|
|
случайное управление из класса допустимых управлений.