Эвристика

Эвристика

Наука, исследующая закономерности 
творческой деятельности. 

Почему так, а не этак!

Нетрудно догадаться, название науки эвристики происходит от всемирно известного восклицания Архимеда: "Эврика!" - "Нашел!"

Что изучает эта наука, каков предмет ее исследований?

Она изучает творческую деятельность. Когда говорят о человеке творческом, имеют в виду, что он создает свое, отличное от других: сочиняет симфонии, пишет поэмы, рисует картины, ставит научные эксперименты, делает изобретения.

Однако такое понимание творчества хотя и бесспорно, но ограниченно. Ведь и врач, назначающий лечение больному, решает творческую задачу. Следователь, распутывающий преступление, выступает как личность творческая. Токарь, задумавший изменить, улучшить резец для своего станка, ставит вопрос творчески.

Значит, под творческой деятельностью надо понимать такую разновидность мышления, которая дает человеку новую систему действий: заставляет поступать по-новому; открывает человеку неизвестные ранее закономерности в окружающем его мире; заставляет узнавать новое, чтобы это новое использовать, реализовать.

Эвристика пытается проникнуть в тайну творчества, узнать "технологические особенности" творческого процесса, понять его закономерности.

Исподволь, постепенно подходили люди к познанию творчества, или, как называют специалисты, эвристической деятельности. Прежде думали, что никаких методов не существует, что человек творит по наитию, по вдохновению.

Но, Познавая законы мышления, люди начали выяснять и основы творчества, старались проложить первые пути, ведущие к объяснению этого интересного и сложного явления.

Сначала ученые считали, что в голове рождается целый хоровод ассоциаций, которые и характеризуют способность к творчеству.

Но вскоре стало понятно: ассоциации не объясняют появления новых, ранее совершенно неизвестных решений. Начали искать более полные и точные объяснения. Пришли к методу проб и ошибок. Вот его сущность: через серию проб, преодолевая ошибки, - к решению.

Потом появилось еще одно направление - "гештальд-психология". В ней поведение, деятельность человека определяется тем, как, в каком "свете" видит он связь элементов в задаче, которую надо решить.

Были и другие направления, стремившиеся объяснить природу творчества. Но не только каждое в отдельности, но и все вместе они не давали ясной картины этой удивительной способности человека.

Естественно, что с появлением кибернетики к пониманию творчества стали подходить и с кибернетических позиций.

Вот главное, что заинтересовало кибернетиков: что такое мышление, в чем именно заключается специфика творческих форм работы мозга, как мозг выдает новые решения.

Здесь в первую очередь помогли электронные вычислительные машины. Они позволили начать изучение эвристической деятельности с помощью моделей. Среди них особое место занимают шахматы. Для кибернетиков они воистину "пробный камень" моделирования мышления. Ведь шахматная игра ставит человека перед множеством и условий, и возможностей: при шахматной игре на 64 клетках доски возникает гигантское, трудно вообразимое число комбинаций фигур - 2-Ю116.

Игру в шахматы кибернетики рассматривают как лабиринт, в котором каждая позиция представляет собой площадку лабиринта.

Но для чего нужно из шахмат делать лабиринт?

Вспомним сначала веселую историю, случившуюся с Гаррисом, попавшим в Хемптон-кортский лабиринт в книге Джерома Джерома "Трое в одной лодке".

"Мы только зайдем сюда, чтобы ты мог сказать, что побывал в лабиринте, но это совсем несложно. Мы походим здесь минут десять, а потом отправимся завтракать", - уговаривал Гаррис родственника.

Но - увы! - он не только заблудился сам, но и запутал людей, которых взялся избавить от мучительного блуждания по лабиринту. Следуя своей тактике, Гаррис все время поворачивал направо. Время шло, а предводительствуемая им компания безуспешно искала выход из лабиринта все утро. Даже при изменении тактики - они уже поворачивали в любую сторону - все пути приводили в центр. Это стало повторяться с такой правильностью, что некоторые просто оставались на месте и ждали, пока остальные прогуляются и вернутся к ним.

Бедняга Гаррис не знал, блуждая от площадки к площадке лабиринта, что его хождения - проявление творческого метода проб и ошибок. И если перебрать все возможные пути "вход - выход", задача будет решена. Но все упирается во время, которым располагает попавший в лабиринт. И, уж конечно, уйдет более десяти минут, выделенных для этой цели Гаррисом.

Итак, если перебрать варианты путей "вход - выход", задача будет решена.

А теперь попробуйте "перебрать" лабиринт из 2-Ю116 площадок! Поэтому "пробные" возможности шахмат для кибернетиков и привлекательны.

Конечно, человек перебирает не все варианты, он пользуется какими-то другими способами, чтобы сократить путь к решению.

В настоящее время кибернетики хотят преодолеть простой перебор вариантов, приблизиться к творческому решению задачи человеком. Они пытаются осуществить это с помощью эвристического программирования. Само название отражает существо нового метода: в основу машинных программ было положено изучение процесса решения задач - эвристической деятельности - у людей.

Его авторы говорят, что задача, которую они ставят перед собой, "обусловлена главным образом желанием понять сущность сложных преобразований, обеспечивающих эффективное решение проблем... Мы хотели понять, например, как математик приходит к доказательству теоремы, несмотря на то что вначале он не знает, как решать поставленную задачу, и ему неизвестно вообще, сможет ли он ее решить".

Главное в эвристической программе - стратегия поиска решений. В процессе выполнения программы машина по результатам промежуточных пробных действий как бы "судит" о своей деятельности, дополнительно собирает необходимую ей информацию.

Эвристические программы не рассматривают вариантов бесперспективного поиска, а ищут решение только в том направлении, где оно возможно.

Вот схема лабиринта и его площадок. С помощью этого лабиринта мы познакомимся с одной из эвристических программ, названной "Универсальный решатель проблем".

Схема лабиринта и его площадок

Вверху вы видите 'маршрут' глаза шахматиста, стремящегося запомнить позицию, а внизу - движение глаза шахматиста, решающего задачу

Если бы задачу выхода из лабиринта решали по программе перебора, машина обследовала бы все варианты - даже заведомо нелепые - "хождения" по площадкам в поисках выхода. Эвристическая программа включает в себя и элемент случайности, случайного попадания на "выгодную" площадку.

Для сокращения перебора площадок - путей в лабиринте - в "Универсальный решатель проблем" включены конечная площадка лабиринт-задачи и расстояние до этой конечной площадки. Машина начинает работать по программе, перебирая варианты с исходной площадки. Перебор идет до тех пор, пока программа не попадет на площадку, которая ближе всего к конечной. У нас на схеме такой площадкой будет В2. Затем снова перебор и снова скачок - еще ближе к конечной площадке. Теперь наша программа на С3. Снова перебор, снова скачок. Так до тех пор, пока при очередной пробе программа не попадет на конечную площадку - D6. Итак, последний скачок увенчался успехом: задача решена.

Вы заметили, что "Универсальный решатель проблем" раскладывает задачу на несколько более простых? В этом его особенность.

Но обратили ли вы внимание, что при всем отличии эвристических программ от простых программ перебора перебор и в "Универсальном решателе" продолжает играть большую роль.

Выходит, машина может, "сражаться" с подобными задачами только потому, что она очень быстро работает. А человек, "работающий" много медленнее (в сотни, тысячи раз), успешно справляется с задачами "шахматного характера".

Этот вывод позволил некоторым специалистам усомниться в непогрешимости эвристического программирования. Они считают, что творчество, эвристическую деятельность человека нельзя сводить к эвристическому программированию, сокращающему число возможных вариантов. Вероятнее думать, что при решении задач человек вырабатывает стратегию на основании совершенно другого процесса. Какого?

Обратимся опять к шахматам. Здесь развитую позицию можно принять за начальную площадку шахматного лабиринта, а мат - за площадку конечную. Тогда, оказывается, и начальных, и конечных площадок в шахматных партиях множество, а от каждой начальной к каждой конечной так много путей, что приходится сталкиваться опять-таки с гигантскими числами при переборе вариантов.

Интересные эксперименты с шахматами были поставлены в Институте психологии Академии педагогических наук. Они дают возможность предположить, что в основе эвристической деятельности человека лежит построение модели ситуации. Глядя, например, на сложную шахматную позицию, человек отбирает из всех фигур только те, между которыми надо устанавливать связь. Этим он сразу отбрасывает множество ходов, сокращая "блуждания по лабиринту". Таким образом, человек формирует стратегию поведения через моделирование отдельных элементов задачи, приходя к ситуации - единому целому. Иными словами, все дело в том, как человек видит всю проблему и отдельные ее элементы.

Правда, пока и эвристическое программирование не раскрыло полностью механизмов творческой деятельности человека. Но огромный шаг на этом пути сделан: новые принципы программирования выдвинули идею исследования механизмов работы мозга на новом, промежуточном уровне - уровне информационных процессов. Тогда можно будет связать переработку информации с физиологией мозга. Думают, что этот метод сравним с разложением в химии сложных химических соединений на простые элементы.

Огромное значение эвристическое программирование и эвристика в целом имеет и для развития электронных автоматов. До эвристического программирования электронно-вычислительные машины могли решать задачи, "упакованные" в тесные и узкие "объемы" - строгое математическое описание. Теперь же появляется возможность решать задачи, которые этого строгого математического описания не имеют.

У современных электронно-вычислительных машин, с точки зрения эвристики, много недостатков: они и прямолинейны, и несообразительны, и негибки, и неумны, и... очень много еще таких "и".

Эвристические программы как раз и нащупывают пути, как сделать машину понятливой, ориентирующейся в неожиданной ситуации, умной.

Именно с этой целью в 1966-1967 годах проходил знаменитый "электронный" шахматный матч между советской и американской машинами.

Американские математики во всех партиях применяли одну эвристическую программу. Наши ученые применили две: одну более упрощенную, другую, по их мнению, более сильную. Так оказалось и в действительности. Вторая советская программа выиграла.

Этот матч сразу же носил не характер спортивной игры, спортивной борьбы, а сравнения научных идей. Как часто бывает в практике кибернетиков, они на шахматах пробовали принципы эвристического про-

граммирования, которые важны для расширения возможностей вычислительных машин в самой широкой сфере их применения.

Возьмем современный вычислительный центр. Даже на таком высокоавтоматизированном предприятии многие подготовительные операции выполняются "вручную". Эвристическое программирование позволит покончить с этим. Появится реальная возможность перейти от автоматизации отдельных участков умственного труда к его комплексной автоматизации.

Специалисты считают, что применение эвристических программ в медицине, на транспорте, в освоении космоса, в физиологии и нейрофизиологии, в управлении производством и во многих других важнейших областях науки и техники может дать огромный эффект.

Почему так. а не этак!