2. Эвристические программы

Программу действий при обучении строят, наблюдая за тем, как люди решают задачи и что есть общего в человеческом подходе и различным проблемам.

Подобные программы, для которых не существует последовательных правил математических действий, приводящих к решению (рекурсивного алгоритма), разрабатываются для ЭВМ; результат не вычисляется, а находится путем применения направленного поиска.

Сторонники эвристического метода, в частности академик В. М. Глушков и его школа, считают, что с помощью соответствующих вычислительных машин можно изучать любые сложные формы творческой деятельности путем выявления лежащих в их основе информационных процессов и программирования последних для воспроизведения в ЭВМ. Эвристические программы базируются на накопленном опыте и способны к совершенствованию, т. е. к обучению и самообучению. Для составления эвристической программы делаются подробные протокольные записи процесса решения задачи человеком (группой лиц). На основании протоколов разрабатывается комплекс операций, близкий к тому, который осуществляет человек. Это и есть эвристическая программа для ЭВМ.

По действиям ЭВМ определяется правильность программы. Вводится система неавтоматических и автоматических «поощрений» и «взысканий»: определенные элементы программы стимулируются в случае удачного решения серии задач п, наоборот, ослабляются при неудачном результате. Это обеспечивает обучение и самообучение программы. Далее проводится решение ряда задач с применением взысканий и поощрений (предпочтительно соревновательного характера), причем ЭВМ может «соревноваться» с человеком или с другой ЭВМ, действующей по такой же или по другой программе. Совершенствование будет обоюдным; анализ процесса m результатов соревнования приводит к новым идеям относительно содержания эвристической программы, а также практической деятельности человека. На пути создания и освоения эвристических программ было много оптимизма и много разочарований. Оптимизм порождался успехами конкретных программ, а разочарования — неумением уловить и использовать технологические основы многогранности мышления.

В настоящее время считается, что человек располагает программами различного уровня. Программы первого уровня определяют конкретное поведение. Программы второго уровня отражают профессиональную деятельность. Программы третьего уровня формируют нижние программы. Программы четвертого уровня («анализатор» и «комбинатор») осуществляют распознавание ситуации и определение конкретных структурных ограничений, которые позволяют перейти к использованию программ третьего уровня.

Там, где требуется учитывать взаимоотношения людей, очень большую (иногда главную) роль играют индивидуальные факторы.

Простейшим примером, на котором удобно проследить это влияние и заодно иллюстрировать эвристическую программу, является программа для игры в «0, 1». [А. Newel, Т. С. Shaw, Н. А. Simon. Elements of а theoтv of human problem solving. Psychological Review 1958, № 3. (В статье применяется несколько иная терминология.)] Два партнера называют цифру: 0 или 1. Если цифры совпадают — выигрывает один, если не совпадают-другой. Игра требует анализа стратегии противника и выработки своей стратегии. Машина в процессе игры пользуется накопленными данными с целый определить психологическую тенденцию партнера. Простая программа обеспечивала выигрыш со счетом 55:45 у игрока, не знакомого с программой. Однако игроку, знающему программу, машина проигрывала с крупным счетом — 60:40.

После анализа этого результата К. Шенноном была создана более простая программа, с меньшей памятью, но с более быстрой реакцией на поведение партнера. В борьбе с человеком, знающим программу и применяющим оптимальную стратегию, машина терпит поражение с разгромным результатом — 75: 25. Однако в соревновании с машиной, имеющей первоначальную программу с большей памятью, т. е. более «хитрой», но более «тугодумной», вторая программа выигрывает 55:45.

Тот факт, что сравнительно простая программа способна противостоять человеку в чисто психологической игре, является показательным. Несмотря на простоту, игра является привлекательным объектом исследования, поскольку, не изучив партнера, невозможно придумать какие-либо логические правила, обеспечивающие преимущество; в равной степени нельзя предсказать исход. Статистическая постановка до накопления данных о партнере не имеет смысла, возможность выигрыша базируется только на психологическом анализе в процессе накопления опыта. Программа игры несложна в реализации на ЭВМ; человека тоже нетрудно научить, действовать строго по программе, причем точность выполнения программы легко контролировать. Поэтому в принципе можно обойтись и без ЭВМ; это менее иллюстративно с точки зрения пропаганды машинной эвристики, зато интересно, так как человек комментирует ход игры и вскрывает недостатки программы.

Опыты по этой игре были повторены, с тем, чтобы вскрыть новые факторы. Поскольку психологический аспект является единственным и решающим, возникло естественное желание его усилить, в частности ввести стратегии «наступления» и «обороны» для каждого партнера. Цена игры была изменена следующим образом: если оба игрока показали нуль., первый партнер выигрывал два очка, если вышли обе единицы, первый партнер выигрывал одно очко. В сочетании 0, 1 второй выигрывал два очка, в сочетании 1, 0 второй выигрывал одно очко.

Таким образом, для первого партнера стратегией «наступления» является нуль: предъявляя нуль, он может выиграть два очка, но и проиграть может два. Стратегией «наступления» связанной с большим риском, для второго партнера оказывается единица.

Такая игра была исследована в вариантах: «человек – человек», «человек – эвристическая машина» и «машина – машина» для двух программ: с долговременной и кратковременной памятью, то есть в «хитром» и «быстром» вариантах.

Рис. 15. Ход психологической игры «0, 1».
Вариант «человек — человек» (выигрывает 1-й партнер)

Игра «человек — человек» протекает с азартом, обе стороны проявляют упорство, изобретательность, и обычно дело кончается ничьей. Заметно проявляются личные качества и темперамент партнеров. Некоторые пытаются «уйти от психологии», чрезмерно настойчиво применяют одну и ту стратегию и чаще всего проигрывают. Большую роль играет опыт: наличие двух-трехчасового «стажа» позволяет обыгрывать новичков со счетом 70: 30. Затем преимущество теряется и нередко переходит к другой стороне. Игра утомительна и требует напряжения. Характерно, что при одновременной игре в шахматы и в «0, 1» заметно ослабляется бдительность. Вероятно, дело не столько в умственном напряжении (при одновременной игре двух партий в шахматы тот же шахматист утомляется больше, но играет лучше). Дело в азарте или в другом факторе.

Для иллюстрации на рис.15 показано течение игры между двумя тренированными партнерами. Всоревновании с программой человек, не знающий программы, вначале проигрывает со счетом 55: 45. После изучения «хитрой» программы он выигрывает со счетом 80:20, а после изучения «быстрой» программы даже 85:15. Человек быстро оцнивает время, в течение которого машина накапливает информацию для изменения стратегии, учитывает это время и, маневрируя, добивается преимущества.

Если машина применяет случайный выбор стратегии и не реагирует на действия партнера, выигрыш обеспечивает стратегия «нападения». Но не все операторы одинаково быстро ориентируются: адаптация требует от 5 до 20 игр. Разгадать программу машины на основании результатов игры удается очень немногим.

Рис. 16. Ход психологической игры в «0, 1».
Вариант «человек — машина» (выигрывает машина)

Типичное соревнование «человек—машина» показано на рис. 16. Игра «машина — машина» при одинаковых программах идет с переменным успехом при ничейном конечном результате. При различных программах преимущество «быстроты соображения» проявляется так же сильно, как и в опыте К. Шеннона, или еще сильнее.

Рис. 17. Ход психологической игры в «0, 1».
Вариант «человек — человек» (выигрывает машина)

В.В.Дружинин, Д.С.Конторов

Следующая страница: 5-2-2. Военная игра