Моделирование мышления и формализация теории мышления

Для кибернетики типичен такой подход к объяснению какого-либо явления, когда оно рассматривается как неизбежный ре­зультат действий и взаимодействий точно определенных механиз­мов, причем последние представляются как более простые, нежели само объясняемое явление¹³. В работах того направления кибер­нетики, которое получило у нас известность как нейрокибернетика¹⁴ (т. е. изучение характерных структурных особенностей нерв­ной системы человека, закономерностей функционирования моз­га в процессе решения сложных задач, моделирования мозга), элементарными процессами, механизмами интеллектуального по­ведения объявляются определенные физиологические процессы в центральной нервной системе. Именно в недрах этого направле­ния работ зародилось и оформилось как самостоятельное погра­ничное направление моделирование мыслительной деятельности.

Первоначально моделирование интеллектуальной деятельнос­ти не выступало как самостоятельное направление, а было вклю­чено в моделирование поведения живых организмов в лабиринте. Среди работ этого цикла (У.Р. Эшби¹⁵, Грея Уолтера¹⁶ и др.) особый интерес представляют для нас модели К. Шеннона¹⁷ и то направление моделирования деятельности живых организмов, ко­торое связано с созданием класса моделей, обозначаемых как «играющие машины». Именно при работе в этой области кибер­нетики начинали сознавать необходимость уделять внимание пси­хическим свойствам живых организмов и, в частности, мыш­лению. Однако при моделировании поведения живых орга­низмов подход к интеллектуальной деятельности был в целом сугубо бихевиористический. Собственно, от бихевиоризма был взят термин «решение задачи» (problem solving), которое пони­малось как результативное поведение в проблемной ситуации. Поведение в лабиринте надолго остается основной моделью дея­тельности при решении задач, в том числе мыслительных. Имен­но в этой связи возникает подход к решению задачи как перебору всех возможных вариантов ее решения.

________________________

¹² У.Р. Эшби. Схема усилителя мыслительных способностей.— Сб. «Автоматы». М., 1956.

¹³ W.R. Ashbу. An introduction to cybernetics. London, 1956.

¹⁴ С.Н. Брайнес, А.В. Напалков, В.Б. Свечинский. Нейрокибернетика. М., 1962.

¹⁶ W.R. Аshbу. Design for a brain. New York, 1960 (Second Edition).

¹⁶ G. Waller. The living brain. London, 1953.

¹⁷ С.Е. Shannon. Game playing machines. — «Journal of Franklin Insti­tute», 1955, v. 260, N 6.

Переход к анализу реального хода решения задачи, изучение процессов, обеспечивающих избирательность деятельности чело­века, поиск приемов сокращения числа проб, сравнительное изу­чение деятельности человека и математической модели реше­ния—эти исследования шли рука об руку с отходом кибернети­ков от теории «черного ящика» и переходом к содержательному анализу мыслительной деятельности.

Программирование мыслительной деятельности не может совпадать с программированием работы устройства, копирующего мозг человека. Алгоритм работы мозга и алгоритм работы чело­века при решении мыслительной задачи, конечно, разные явле­ния¹⁸. Однако нейрокибернетика, безусловно, представляет собой шаг вперед по пути научного объяснения мыслительной деятель­ности человека. Исследования в этой области подвели киберне­тиков вплотную к работе и в области программирования. Тем са­мым было положено начало отходу кибернетиков от чисто бихе­виористского понимания мыслительной деятельности человека.

________________________

¹⁸ Эти вопросы были подробнее освещены в другой работе автора (см. А.В. Напалков, М.И. Бобнева. Анализ информационных процессов мозга человека — «Вопросы психологии», 1962, № 6). При изучении алгоритмов работы мозга человека мы рассматриваем мозг как «вычислительную ма­шину», перерабатывающую информацию. При анализе алгоритмов деятельно­сти человека должны быть учтены сложные психологические закономерности. Первое — область нейрокибернетиков, второе — психологов-программистов.

Ядром всех работ в области программирования мыслительной деятельности человека является вопрос о возможности полной формализации мыслительной деятельности.

Требовалось вычислить все существенные операции решения задач разного типа, выяснить точную последовательность этих операций при различных способах решения. Предполагалось, что, записав полученные данные в виде программы, можно ими­тировать при помощи электронной счетно-вычислительной маши­ны реальный ход мышления человека.

О целесообразности исследования мыслительной деятельно­сти человека с целью выявления оптимальных способов решения задач свидетельствуют результаты работ по созданию программ мыслительной деятельности. В этом отношении значительный интерес представляют исследования, произведенные группой американских ученых — Ньюэллом, Шоу, Саймоном¹⁹.

________________________

¹⁹ Указанными авторами опубликовано большое число работ, посвящен­ных этим вопросам. Отметим следующие работы: A. Newell and H.A. Si­mon. The Logic Theory Machine. — «IRE Trans. on Inf. Theory», 1956, v. IT-2, N 3; A. Newell and J.C. Shaw. Programming the Logic Theory Machine — «Proc. of the WJCC — IRE», 1957; A. Newell, J.C. Shaw, H.A. Simon. Empirical explorations of the Logic Theory Machine. — «Proc. Western Joint Computer Conference, IRE», Feb., 1957; Они же: Elements of a theory of human problem solving. — «Pfychol. Rev.», 1958, vol. 65, № 3; Они же: Chess-playing programms and the problem of complexity. — «Journ. Res. and Development (IBM)», 1958, v. 2, etc.

Работа, направленная на формализацию некоторых приемов и элементов деятельности человека при решении задач, связана с другим важным вопросом, который поднимают представители этого направления. Может ли быть создана формальная теория мышления, которая могла бы быть распространена и на область творческого мышления? Вот вопрос, от решения которого за­висит и то, какое место займет теория программирования в ки­бернетике, и то, какой вклад кибернетики могут внести в разви­тие психологической теории. Основное значение кибернетических работ данного цикла для психологии состоит в том, что именно в них впервые с необходимостью ставится вопрос о создании дедуктивной психологической теории. Хотя некоторые зарубеж­ные психологи (например, американский психолог Халл) вопрос о возможности построения дедуктивной психологии поднимали и раньше, но именно кибернетики поставили этот вопрос во гла­ву угла и именно здесь от его решения зависит практика моде­лирования и создания технических кибернетических систем. Это положение было достаточно четко сформулировано Ньюэллом, Шоу, Саймоном и другими представителями данного направле­ния, стремящимися создать формальную теорию мышления. Основные положения этого направления следующие.

Прежде всего мышление расчленяется на творческое мышле­ние и «решение задач». Затем создается формальная теория ре­шения задач. Выясняется возможность распространения этой теории на творческое мышление. Если буквальное перенесение невозможно, предпринимаются допустимые с точки зрения этой теории преобразования как самой теории, так и описания про­цессов творческого мышления. Затем опять делается попытка включить процессы творческого мышления в группу процессов, для которых действительна формальная теория решения задач.

В соответствии с принятой схематизацией исследователи занимаются, во-первых, формализацией приемов решения задач и, во-вторых, составлением эвристических программ, имитирующих процессы творческого мышления. В настоящее время, поскольку кибернетики заинтересованы в моделировании сложной, творче­ской деятельности, оба раздела выступают как этапы единой ра­боты. Однако различие этих программ существенно. Если рас­сматривать задачу, которую необходимо разрешить, как вход си­стемы, а решение как выход, то программы решения задачи мож­но оценить с точки зрения того, как связаны вход и выход систе­мы, насколько гарантировано получение правильного решения при работе системы по данной программе (М. Минский). При этом подходе можно выделить два класса программ: программы, которые гарантируют получение решения на выходе системы, и программы, которые могут обеспечить решение, но не с такой степенью необходимости, как первые. Точнее, в отношении про­граммы второго класса нельзя заранее с уверенностью сказать, что решение будет получено, или, наоборот, не будет получено. Первый класс программ определяют как алгоритмический, вто­рой — как эвристический.

В работах по формализации мыслительной деятельности сле­дует выделить два аспекта: практический (составление про­грамм конкретных кибернетических систем) и теоретический (выработка положений формальной теории мышления).

В настоящее время составляются лишь частные программы. Они обеспечивают решение задач лишь определенного типа, на­пример, задач символической логики, алгебраических уравнений, некоторых задач в области тригонометрии. Хотя они включают ряд правил и методов, общих для решения самых различных за­дач, однако для разработки точных программ или вариаций еди­ной программы для задач разного типа требуется еще огромная работа.

Теория решения задач, которая создается на основании изу­чения и создания действующих кибернетических систем, предпо­лагает выработку некоторых общих понятий. Таким понятием яв­ляется прежде всего понятие «задача» (problem). Задача, тре­бующая решения, представляется условно как лабиринт, и тогда ее решение рассматривается как поиск пути через лабиринт. Бо­лее поздняя абстракция, использованная Ньюэллом, Шоу и Саймоном²⁰, представляет задачу как группу элементов (Р), причем требуется найти члена подгруппы (S), если Р имеет определен­ные свойства. Эта абстракция может быть использована в ряде задач. Простейший и наиболее яркий пример — поиск комбина­ции цифр на замке сейфа. В этом случае Р — все возможные комбинации цифр, а S — те частные комбинации, при которых сейф открывается (обычно изготовляются сейфы, в которых.S включает одну комбинацию).

________________________

²⁰ А. Nеwеll, J.С. Shaw, H.A. Simon. The processes of creative thinking. — In: «Contemporary approaches to creative thinking». New York, 1963

Решение проблемы возможно и путем моментального опозна­ния члена S как необходимого решения, и путем длительной вы­работки различных комбинаций элементов группы Р и посте­пенной проверки их с целью установить, относятся ли они к группе S.

Этот подход, на первый взгляд, вырастает из бихевиористской теории «проб и ошибок», однако сами авторы подчеркивают, что они пришли к нему на основании анализа работы схемы. Конеч­но, теория «проб и ошибок» не могла не повлиять на формирова­ние рабочей гипотезы, принятой данным направлением, и на об­щий подход к процессам решения. Но, с другой стороны, то, что было слабостью метода «проб и ошибок», примененного к усло­виям работы человека, в какой-то степени стало положительной чертой кибернетических работ. По отношению к человеку теория «проб и ошибок» представляется большим упрощением и аб­стракцией. По отношению же к технической системе, созданной именно с целью имитировать какую-то частичную функцию че­ловека, какую-то абстрагированную способность (например, спо­собность наводить путь в лабиринте), использование этой теории правомерно.

Вопрос о соотношении работы кибернетических машин и творческого мышления человека, о моделировании творческого мышления, по мнению многих авторов, является одним из самых острых вопросов в рассматриваемой области.

Игнорируя определение психических процессов как естествен­ных, некоторые зарубежные кибернетики прямо переносят поня­тия «творческие процессы» и «механизмы психических процес­сов» в систему кибернетических понятий. При этом возникает дилемма: либо творческое мышление имеет механизмы, однотип­ные с механизмами, рассматриваемыми в кибернетике, либо оно — «божий дар», и механизировать его невозможно. Некото­рые кибернетики (например Минский, Маккарти) считают, что понятия «творческий» и «механизм процесса» несовместимы. Очевидно, что при этом описательный психологический термин «творческий» рассматривается как термин операционный, прямо указывающий на механизм осуществления процесса. Этот-то ме­ханизм кибернетики и не считают возможным имитировать. В результате появляется необходимость пересмотра понятий. В частности, многие кибернетики предпочитают говорить не о творческой деятельности, а об эвристической, или оговаривают­ся, что их область — «искусственное мышление» и что они не изучают мышление человека, и т. д. На это другие кибернети­ки²¹ весьма резонно замечают, что процесс творчества ничуть не проясняется от того, что мы связываем его с машиной.

________________________

²¹См. дискуссию, развернувшуюся на симпозиуме по моделированию ра­боты мозга (Symposium. The design of machine to simulate the behavior of the human brain. «Trans. IRE EC-5», N4, 1956).

В математической теории аналог явлению творчества кибер­нетики находят в необходимости (согласно теореме Геделя) пе­рехода от одной замкнутой системы понятий, логической систе­мы, к другой, более широкой, позволяющей решать вопросы, возникающие в первой и не решаемые в этой системе. Такое рас­ширение системы и связывание в новую систему, в целостное об­разование ранее разрозненных единиц признается и современ­ной психологической теорией как имеющее отношение к творче­скому мышлению. Следовательно, эта начальная позиция прием­лема для установления контакта психологии мышления и ки­бернетики.

Очевидно, что психологические исследования, вскрывающие подлинные механизмы творческого мышления, их своеобразие, выявляющие операционные структуры творческой деятельности человека, как и работы, в которых дается анализ и систематиза­ция операций и приемов этой деятельности, весьма актуальны и имеют большое значение для развития моделирования творческо­го мышления человека.

Среди зарубежных кибернетиков непререкаемым авторитетом в вопросах эвристики является Пойя²². Пойя определяет цель эвристики как исследование методов и правил осуществления открытия, изобретения. Эпитет «эвристический» Пойя определяет как «служащий для открытия» (service to discover). В силу уже отмеченной выше неудовлетворенности многих кибернетиков тер­мином «творческий», термин «эвристический», как более соот­ветствующий операционному подходу к процессам, получил ши­рокое распространение²³.

________________________

²² G. Роlуa. How to solve it. Princeton, New Jersey Princeton Univer­sity Press, 1946 (Русский перевод: Д Пойя. Как решить задачу. М., 1959). Он же: Mathematics and plausible reasoning. Princeton University Press, i954 (русский перевод: Д Пойя. Математика и правдоподобные рассужде­ния. М., 1957).

²³ См., например: М.L. Мinskу. Some methods of artificial intelligence and heuristics-programming. — In: «Mechanisation of thought processes», 1959, v. 1. London; J. McCarthy Programs with common sense. — In: «Mecha­nisation of thought processes», 1959, v. 1. London; R.J. Sоlomоnoff. An in­ductive inference machine. — «Convention Record, IRE», pt. 2, March 1957; H.A. Simоn and A. Newell. Heuristic problem solving. «Operational Rese­arch», 1958, v. 6, N 1; Т. Kilburn, R.L. Grimsdale, F.H. Sumner. Experiments in machine learning and thinking. — In: «Information Processing», Paris — Munchen — London, 1960.

При составлении эвристических программ кибернетики ис­пользуют в основном приемы и методы, описываемые и выявляе­мые психологами. Поскольку есть возможность описать работу человека, использующего те или иные методы решения задачи, как последовательность сменяющих друг друга операций, по­стольку есть возможность составить в этой области программу для кибернетической системы. Конечно, такая программа не будет еще сама по себе эвристической, но она может быть элемен­том, подпрограммой более сложной эвристической программы.

При работе в этом направлении кибернетики исходят из предположения, что есть возможность любой сложный вид деятельности представить как интеграцию более простых операций. В част­ности творческое мышление рассматривается как деятельность, разложимая, по сути дела, на простые элеметы: нетворческие операции, обычные приемы и методы решения задач. В этой свя­зи использование некоторых данных психологических исследова­ний, слишком схематичных и недостаточных в рамках психологи­ческой теории, оправданно и может быть эффективно в рамках работы по моделированию процессов мышления.

Возможно, что со временем многие данные современной психологии мышления будут более адекватны кибернетическим системам, моделирующим мышление, чем самому процессу мышления, который в свете новых психологических данных предстанет как более сложный. Конечно, это не означает, что возможно полное сведение такого сложного явления, как творческое мышление, к сумме более простых явлений и навыков, хотя некото­рые кибернетики и не замечают опасности соскользнуть на механистическую точку зрения.

Эвристические программы могут выступать как элементы сложных программ решения задач, например, в универсальных кибернетических устройствах. Поскольку эти системы в целом работают по алгоритмическим программам, то имеет смысл рассматривать составление этих программ как попытку найти алгоритм, пусть несовершенный, для решения задачи, для которой нет и не может быть «обычного» алгоритма. В этом плане рабо­ты по составлению эвристических программ представляют интерес для кибернетики и теории автоматов. С другой стороны, ана­лиз и систематизация приемов, методов, которые могут быть ис­пользованы при эвристическом решении задачи человеком, как и частные вопросы, которые возникают в этой области (например, вопрос о модели решения), представляют интерес для психоло­гии²⁴.

________________________

²⁴ Некоторые вопросы эвристического программирования были рассмотре­ны нами более подробно в статье: М.И. Бобнева. Эвристические програм­мы, «лабиринты» и некоторые проблемы психологии — «Вопросы психологии» 1964, № 5.

Задача, требующая эвристического решения, остается зада­чей, и эвристическую деятельность можно рассматривать как тип более общего вида деятельности — решения задач (problem-sol­ving). Некоторые методы решения задач, традиционные для бихевиористического подхода, привлекают внимание кибернетиков и используются в разрабатываемых программах. Следует при­знать, что эти программы являются приближениями сравнитель­но низкого порядка к деятельности человека. Поэтому использование схематических приемов решения, отражающих лишь ка­кую-то сторону деятельности человека, на начальном этапе раз­работки эвристических программ может иметь место.

Многие авторы, например, Шеннон, Ньюэлл, Бернстайн, Мин­ский, отмечают, что универсальным методом решения задачи, ко­торый может быть использован и в эвристических программах, является метод поиска и опробования возможных решений, ходов.

В рамках эвристических программ отмеченные методы могут быть полезны в том случае, если будет разумно ограничено чис­ло проб. При таком методе потенциально возможные ходы (про­бы) представляются наподобие ветвей дерева — эвристическое решение возникает в результате выбора наиболее «правдоподоб­ных» ходов²⁵. Программы, основанные на определении «правдо­подобного» хода, используются в машинах для игры в шахматы, хотя и здесь выбор такого хода скорее только предполагается, чем происходит реально.

________________________

²⁵ Некоторые авторы, например Минский, в качестве возможных элемен­тов эвристических программ рассматривают и другие методы решения проб­лем — постановку частных задач в ходе решения, замену более трудной зада­чи задачей в более близкой, более известной области, расчленение задачи на ряд последовательно связанных задач, а также методы постановки задач, более опосредствованно связанных с основной, «наводящих» задач, требую­щих методов, которые потом могут быть полезны для решения основной за дачи и т. д.

Определение правдоподобия того или иного хода (пробы) осуществляется лишь узкоспециализированным устройством и, очевидно, не может исходить от универсального устройства. С этой точки зрения саму специализацию системы можно рассматривать как шаг в направлении создания условий, благоприятных для осуществления выбора по правдоподобию.

Выявление элементов эвристических программ приводит нас к вопросу о сложности деятельности при решении человеком творческих задач. Эта сложность, в частности, проявляется в том, что необходима большая группа функций и способностей, прямо не определяемых как мыслительные, но лежащих в осно­ве такой деятельности. При моделировании мышления человека кибернетики сталкиваются с необходимостью предварительно овладеть моделированием различных способностей человека и различных видов его деятельности, обслуживающих деятельность мыслительную. Так, перед кибернетиками как самостоятельная задача выступает необходимость специально рассматривать те способности и виды человеческой деятельности, от которых в психологических исследованиях по проблемам мышления и творческого мышления мы, наоборот, вынуждены абстрагироваться, рассматривая их как естественные условия, как общие условия, а не как экспериментальные переменные.

Подчас анализ таких вспомогательных способностей перера­стает в самостоятельную область исследования. Такова пробле­ма моделирования деятельности по опознаванию образов (в ча­стности, проблема «образного мышления»). В рамках работы по составлению эвристических программ проблема опознавания об­разов машиной выступает перед нами всякий раз, когда мы го­ворим, что любой ход (проба) устраняет какой-то класс возмож­ных решений, что каждый метод решения применим лишь к определенному классу задач, что необходимы методы опознания задачи и отнесения ее к определенному типу эвристических за­дач и т. д. Очевидно, что разработка таких специализированных программ и систем (устройств типа «перцептрон») косвенно способствует и разработке эффективных эвристических программ.

Элементами эвристических программ, несомненно, могли бы и должны были бы стать формализованные приемы неосознавае­мой деятельности человека в процессе решения задачи. Эти про­цессы все больше привлекают внимание кибернетиков. А.Н. Кол­могоров прямо указывал на необходимость изучать в сфере ки­бернетики эти процессы, как имеющие прямое отношение к творческой деятельности и главным образом к оценке, выбору, отсеву потенциально возможных ходов. Однако к такого рода изучению в области кибернетики пока не приступили.

Чрезвычайный интерес представляет для кибернетиков про­блема перевода неосознаваемой деятельности на новый, созна­тельный уровень. Однако кибернетики говорят об этом очень не­ясно, вскользь. Очевидно, что эта область прямо зависит от эф­фективности специальных психологических исследований; дан­ных самонаблюдения здесь далеко не достаточно.

Очень важными элементами эвристических программ долж­ны стать формализованные приемы и методы оперирования, классификации, оценки, отбора, отработки навыков, приемов, операций, методов, элементов решений частичных задач, которые накапливаются в ходе решения задачи. Это самостоятельная группа методов, и моделирование их — самостоятельная пробле­ма. Следует отметить, что эти методы связаны с организацией деятельности самого субъекта, с изменением его деятельности. Такое изменение и деятельности и самого субъекта — необходи­мое условие творческого решения задачи. Но кибернетики уделяют этому вопросу недостаточное внимание.

Разработка программ, в которых используется эвристический подход, включает в себя широкую область деятельности челове­ка. В эту область входят работы по изучению процессов решения задач в символической логике и математике, вопросов, возни­кающих в промышленности, при лабораторных исследованиях, в шахматной игре. Большинство из этих программ, подобно при­веденным здесь, более или менее точно отражают полученные из опыта представления о характере процесса решения задач чело­веком.

Из этого, однако, не следует, что во всех случаях при построе­нии систем, способных решать задачи, имеет смысл пытаться ко­пировать человеческий интеллект. С одной стороны, это нецеле­сообразно потому, что далеко не все закономерности и механиз­мы человеческого мышления известны; с другой — из-за слож­ности и дороговизны копирования некоторых форм умственной деятельности. Наконец, в отношении некоторых мыслительных процессов в кибернетике отсутствует способ формализации и программирования. Поэтому в кибернетике наметился и другой путь моделирования человеческого мышления.

Дата добавления: 2014-11-25