Математика

Содержание раздела

Что такое кибернетика?

Разумная машина - верный помощник человека

Алгоритмизация производственных процессов обычно чрезвычайно трудоемка, а из-за непрерывного совершенствования технологии необходимо часто изменять и совершенствовать алгоритмы управления. Поэтому стараются использовать все чаще такие системы, которые могут самосовершенствоваться.

Особенно велико значение самосовершенствующихся систем при решении одной из самых увлекательных задач кибернетики - задачи моделирования процессов, протекающих в мозгу человека. Дело в том, что человеческий мозг - очень сложная и во многих отношениях замечательно устроенная самосовершенствующаяся система. Возможности мозга наглядно иллюстрируются таким примером.

Если показать человеку, ранее не имевшему представления об этажности домов, рисунки с одноэтажными и пятиэтажными домами, впоследствии он может правильно классифицировать и изображения, которые ему не были еще показаны, например двухэтажных, трехэтажных и т. д. домов. Значит, у человека выработалось достаточно правильное представление о домах в несколько этажей. Иными словами, человек внешне относительно просто приспособляется к распознаванию какого-либо класса изображения (в нашем случае - рисунков домов с различным числом этажей).

Для моделирования такой способности мозга в кибернетике было построено много различных алгоритмов и проведены эксперименты. Они послужили в ряде случаев основой для решения практических задач автоматизации процессов распознавания зрительных образов; а также человеческой речи. Впрочем, в направлении автоматического распознавания речи сделаны пока лишь первые шаги: машина распознает всего несколько десятков слов, произносимых разными голосами в различных условиях.

Обучение машин распознаванию зрительных и других образов - лишь самая первая, относительно несложная задача в моделировании мыслительных процессов. Более сложно моделировать логическое мышление, процесс обучения языку, моделировать процессы творчества. В области логического мышления в первую очередь моделируются различные системы, позволяющие осуществлять автоматическое доказательство теорем в некоторых областях математики. При этом речь идет об автоматическом доказательстве не только теорем, вошедших в учебники, но и новых, еще неизвестных человеку. Значение такой автоматизации огромно: используя скорость и безошибочность работы даже современных, относительно еще мало совершенных, универсальных электронных цифровых машин, вероятно, можно будет уже в ближайшем будущем доказать сложные теоремы, которые "невооруженному" человеческому уму недоступны.

Здесь уже возникает вопрос об использовании автоматизации для развития самой науки. В будущем кибернетические машины будут незаменимыми помощниками человека не только в доказательстве новых теорем, но и в обобщении результатов наблюдений, в построении новых физических и других теорий и т. д. Уже сейчас помимо помощи в сложных вычислениях и обработке экспериментальных данных машины начинают применяться для автоматизации справочно-информационной и библиографической работы, отнимающей много времени у ученых. В принципе возможно накапливать научную информацию не только в библиотеках, но и в электронной памяти кибернетических машин в специальных информационных центрах. Из этих центров можно будет быстро получать необходимую справку, краткое или полное содержание научной статьи и т. д.

Важное место в научном творчестве займут также автоматический перевод с одного языка на другой, автоматическое реферирование и конспектирование статей и т. п. Для этих целей в машину должна быть вложена та или иная система знаний о человеческих языках. На первых порах в эту систему включаются обычно лишь необходимый словарный запас и грамматические правила. Однако в принципе ничто не препятствует тому, чтобы обучать машину распознаванию смысла вводимых в нее фраз.

Опыты такого рода были проделаны в Академии наук УССР. Универсальная электронная цифровая машина, работая в так называемом режиме обучения, обучалась отличать осмысленные фразы, составленные из выбранных наугад 100 слов, от бессмысленных. Важно подчеркнуть, что машина не просто "зазубривала" вводимые в нее "учителем" фразы, а создавала новые понятия, задавала "учителю" вопросы и в режиме экзамена различала смысл не только тех фраз, которые ей были сообщены "учителем", но и абсолютно новых для нее.

Возникает актуальный и острый вопрос: возможна ли автоматизация самих процессов творчества? О научном творчестве уже говорилось выше. Необходимо лишь определить: не потребуется ли программисту затратить больше усилий на составление программы, чем на непосредственное решение вопроса, заключенного в программе?

Рассмотрим простой пример. Предположим, программист не знает, как решаются квадратные уравнения, но может проверить, является ли то или иное число корнем заданного квадратного уравнения. В таком случае он без особых затруднений может составить программу, по которой машина будет пытаться решать квадратные уравнения по различным формулам, последовательно перебирая все такие формулы - от более простых к более сложным. При этом каждая такая попытка будет проверяться с помощью подстановки определяемых по испытуемой формуле корней в заданное уравнение (или в несколько заданных уравнений). В случае неудачи машина должна автоматически строить следующую формулу и испытывать ее - и так до тех пор, пока очередная попытка не приведет к успеху. Благодаря огромной скорости работы машина довольно быстро найдет требуемую формулу.

При решении более сложных проблем применение метода простого перебора может не привести к успеху. Однако, как правило, благодаря огромной быстроте действий машина может решать соответствующие проблемы с помощью более простых методов, чем те, которые потребовались бы для этой цели человеку. Поэтому составление программы для решения даже единичной проблемы творческого характера может оказаться более простым делом, чем непосредственное решение самой проблемы. В действительности же положение еще облегчается и тем, что составленная программа используется для решения всех проблем одного типа.

Возможности автоматизации творческих процессов не ограничиваются рамками одних лишь точных наук. Уже сейчас, когда кибернетика делает здесь первые робкие шаги, проведены успешные опыты по автоматизации музыкального творчества; машины сочиняют стихи (правда, пока еще плохие), играют в шахматы и т. д. С каждым днем перед автоматизацией процессов творчества открываются все новые и новые горизонты. Однако, разумеется, далеко не во всех областях подобная автоматизация так нужна, как в процессах научного творчества.

Хотя сегодня уже начинают применять математические методы исследования художественных произведений, вряд ли можно говорить о потребности автоматизировать литературное или музыкальное творчество. К тому же стихи электронных поэтов в обозримом будущем вряд ли смогут превзойти истинные поэтические шедевры.

Особый интерес представляют взаимосвязи между кибернетикой и биологией и медициной. Кибернетика дает в руки биологам новые методы исследований. Универсальные электронные цифровые машины позволяют моделировать процессы эволюции и естественного отбора, автоматизировать процесс определения болезней по их признакам, моделировать механизм возникновения условных рефлексов и других видов деятельности мозга животных и даже мозга человека.

В медицине врач-исследователь или лечащий врач сможет получить информацию о состоянии больного, выборочные данные из истории болезни, справку об эффективности лечебного комплекса применительно к большой группе подобных больных из информационного медицинского центра, оснащенного ЭЦВМ. Такие центры будут созданы во многих городах нашей страны.

Биология, в свою очередь, снабжает кибернетику новыми идеями, касающимися создания машин, которые в значительно большей степени приблизятся к свойствам мозга, чем ныне существующие.

Кибернетика непрерывно совершенствует свою техническую базу. На смену громоздким и малонадежным ламповым машинам пришли машины, использующие полупроводники и магнитные элементы. Успехи современной физики позволили сделать следующий шаг: перейти к чрезвычайно миниатюрным элементам, использующим тонкие пленки, твердые схемы и др. Машины четвертого поколения будут строиться на так называемых БИСах - больших интегральных схемах. В одной такой схеме, объем которой составляет доли кубического сантиметра, может размещаться блок машины, занимавший в машинах первого поколения целый шкаф. Машины станут чрезвычайно надежными, малогабаритными, относительно дешевыми и простыми в эксплуатации. Эволюция в технической основе ЭЦВМ привела к коренным изменениям в ее логической организации. Машина принимает и обрабатывает могучий лоток информации, что позволяет сэкономить тысячи лет человеческого труда. При работе с машиной практикуется мультипрограммирование - одновременное решение большого количества задач, поставленных перед ЭЦВМ, а это, в свою очередь, ведет к более полной загрузке оборудования. Происходит также непрерывное совершенствование логической структуры машин, увеличение быстроты их действия и объема памяти. Наряду с этим разрабатываются методы построения новых машин, копирующих не только функции, но и некоторые детали внутреннего строения человеческого мозга.

Успешно решается проблема общения человека с машиной. Разработано большое количество универсальных г. специализированных языков для работы с машиной, позволяющих человеку гораздо проще писать для нее исходные задания. С машиной должен работать не только математик-программист, но и инженер. Так, например, на машине "Проминь" любой инженер может легко программировать простые задачи. Для решения широкого круга инженерных задач удобна малогабаритная полупроводниковая машина "Мир". Новая машина этой серии "Мир-2" еще более удобна в эксплуатации. В ее конструкцию введено техническое новшество - экран со световым карандашом. Оператор, видя на экране рабочее поле машины, может вносить правки световым карандашом непосредственно в определенный участок программы. Все это придает особую гибкость процессу вычислений, возможность вмешиваться в процесс вычисления и давать машине необходимые указания, не прерывая ее работы. Математическое обеспечение "Мира-2" также разработано в плане реализаций возможности упрощения диалога человек - машина. Перед учеными стоит сложная проблема - разработать такой язык, который был бы понятен машине и приближался к человеческому языку. Путь к осуществлению этого уже намечен.

На базе новейших кибернетических устройств и систем быстрыми темпами развивается автоматизация различных видов умственной деятельности человека. Автоматизация эта захватывает все новые и новые области, возможности ее безграничны. У ряда буржуазных философов и писателей успехи подобной автоматизации вызывают опасения за будущность человечества: не вытеснят ли автоматы человека? Однако подобные опасения лишь результат непонимания закономерностей исторического развития. В социалистическом и коммунистическом обществе, которое с исторической неизбежностью приходит на смену капитализму, машины, какими бы совершенными они ни были, всегда останутся верными помощниками человека, способствуя неизмеримому расцвету материальных и духовных сил человеческого общества.

перейти к началу страницы