человек и ноосфера. Никита Николаевич МоисеевЧеловек и ноосфера
 Скачать 2.57 Mb.
|
|
Глава VI. На пути к искусственному интеллекту О понятиях «информация» и «память» Всеобщий процесс развития может рассматриваться в са- мых разных ракурсах, и каждый из них открывает нам его особенности, позволяет более отчетливо понять действие механизмов самоорганизации. Один из таких ракурсов – ин- формационный. Выше мы уже обсуждали различные формы памяти и их влияние на течение общего эволюционного процесса. Я постарался обратить внимание на то, что появление но- вых принципов (механизмов) хранения и передачи инфор- мации способно качественно изменить весь характер про- цессов развития, саму структуру «алгоритмов эволюции». Теперь я постараюсь рассмотреть проблему информации с более общих позиций и выяснить место информации в об- щем процессе развития Природы и общества. Само понятие «информация» крайне дискуссионно. За- метим, например, что до сих пор не существует его обще- употребительного определения, и оно используется главным образом на интуитивном уровне. За последнюю четверть века появилось огромное коли- чество сочинений, посвященных обсуждению понятия «ин- формация», сфер его применения, его соотношению с дру- гими научными понятиями, его месту в научных исследова- ниях. И тем не менее очень многие вопросы, да и само толко- вание понятия «информация» представляются весьма спор- ными. Так, например, несмотря на все то важнейшее значе- ние, которое имеет информация в общем описании единого процесса развития материи, я не могу согласиться с мнением тех ученых – философов, математиков, физиков, биологов и особенно кибернетиков, которые считают информацию все- общим свойством материального мира. Во-первых, я полагаю, что строгого и достаточно универ- сального определения информации не только нет, но оно и вряд ли возможно. Во-вторых, это понятие мне представля- ется в некотором смысле «историческим». Необходимость его введения возникает лишь при описании довольно позд- них этапов развития материального мира, лишь тогда, когда в нем зарождается жизнь. Если описывать последовательное развитие материально- го мира, опираясь на принцип «лезвия Оккама», то инфор- мация появится в нем лишь тогда, когда мы начнем изучать системы с целеполаганием, то есть объекты, способные к це- ленаправленным действиям. Именно только такие системы порождают необходимость использования термина «инфор- мация», без которого нельзя описать процедуры принятия решений, то есть целенаправленного поведения, и изучать зависимость характера принимаемых решений от изменений внешних условий. Во всех остальных случаях вполне можно обойтись без использования термина «информация». Действительно, ведь все процессы, протекающие в неживой природе, под- чиняются законам физики и химии. И только им! Это зна- чит, что все явления, протекающие в неживой природе, мо- гут быть объяснены и поняты без привлечения этого терми- на. Отсюда следует, в частности, что и описание подобных явлений не нуждается также и в использовании понятия об- ратной связи, которое приобретает смысл лишь при изу- чении процессов, связанных с переработкой информации. Вскользь мы об этом уже упоминали в одной из предшеству- ющих глав. И мне кажется, что термины «информация» и «обратная связь» употребляются в настоящее время гораз- до шире и чаще, чем это требует необходимость адекватного описания изучаемых явлений. Употребляя термин «информация», важно также помнить и об этимологии этого слова. В обычном, то есть житей- ском смысле оно означает сумму сведений, которую полу- чает некоторый субъект – человек или группа людей (или животных) – об окружающем мире, о самом себе, о другом субъекте или изучаемом явлении – сведений, с помощью которых он может точнее прогнозировать результаты сво- их действий и отбирать способы использования своих воз- можностей для обеспечения собственных интересов и для достижения поставленных целей. В этой трактовке инфор- мации центральной фигурой оказывается субъект (человек), который использует полученные сведения по своему усмот- рению. Понятие «субъект» можно и обобщить, распростра- нив его на все живые существа, а не только на человека, а также на организмы (надорганизменные системы – по опре- делению биологов), обладающие целеполаганием. Подобная позиция отражает то представление об инфор- мации, которое сложилось в теории эффективности и иссле- довании операций еще в предвоенные годы к середине 30-х годов. В этой книге я буду придерживаться именно этой по- зиции. Из нее вытекает, в частности, что термин «информа- ция» целесообразно использовать только в тех случаях, ко- гда для объяснения изучаемого феномена невозможно огра- ничиться языком традиционной физики. Языком физики можно описать с достаточной полнотой и точностью все те процессы, которые протекают в нежи- вой природе. Но для описания процессов биологической, а тем более социальной природы этого языка уже недостаточ- но. Правда, и для таких процессов часто удается дать фи- зикоподобное описание. Так бывает всякий раз, когда нам удается параметризировать все поведенческие особенности и процессы передачи и использования информации, а опи- сание самого процесса представить, например, в форме за- конов сохранения (балансовых соотношений). Теория Лотки – Вольтерра – Костицина в популяционной динамике, балансовые и оптимизационные модели в эконо- мике дают нам примеры физического описания некоторых процессов в биологии и экономике. Однако такой подход да- леко не всегда «работает». Тогда приходится создавать спе- циальные классы моделей, в которых важную роль играет ин- формация, процессы ее передачи и получения. Как правило, это модели принятия решений с использованием процедур человеко-машинного диалога. Таким образом, не следует умножать сущность без меры – принцип «лезвия Оккама»: не следует вводить термин «ин- формация», если в этом нет необходимости, если без этого можно обойтись. И тем не менее в современной литературе широко распространена противоположная тенденция: «ин- формация» превратилась прямо-таки в модное слово, кото- рое используется не только тогда, когда без него вполне мож- но и обойтись, но даже и тогда, когда его употребление лишь усложняет объяснение феномена. Это касается прежде всего попыток распространения ин- формационного языка на явления мира неживой природы. Так, на. одной публичной лекции лектор, стремясь про- демонстрировать универсальность понятия «информация», провел следующее рассуждение. Рассмотрим движение ма- териальной точки в гравитационном поле. Четкое и простое объяснение особенностей этого явления, как известно, дает- ся ньютоновской механикой. Но лектор решил поступить по- другому, он сказал примерно следующее: пусть материаль- ная точка, находящаяся в заданный момент времени-в неко- торой точке гравитационного поля, обладает ненулевой ско- ростью. В силу этого обстоятельства в следующий момент., времени она окажется уже в другой точке этого поля, где его напряженность будет иной. Получив эту. информацию, точ- ка изменит свою скорость, следуя закону Ньютона. Логических, ошибок в приведенном рассуждении вроде бы и нет. если, конечно, не считать того, что физические объ- екты не являются субъектами, способными воспринимать и изменять по своей воле те параметры движения, которые предопределены законами физики. Приведенное рассужде- ние не упрощает и не уточняет наши представления о дви- жении тел под действием сил тяготения. Точно так же – и термин «обратная связь» часто исполь- зуется в тех случаях, когда в физических и химических си- стемах возникают компенсационные эффекты, аналогичные проявлению свойств устойчивости. При желании и принцип Ле-Шателье можно трактовать как проявление обратной свя- зи, хотя он является следствием законов неживой природы. А вот еще один пример использования понятия «обратная связь», когда его использование только усложняет изложе- ние; этот пример заимствован из солидных изданий. Предположим, что в силу каких-то причин произошло некоторое потепление климата. Оно приведет, очевидно, к уменьшению площади, покрытой ледниками и снегом. В результате альбедо земной поверхности несколько умень- шится, то есть поверхность планеты станет усваивать боль- шее количество солнечной энергии. Это означает, что сред- ние температуры атмосферы снова несколько повысятся. По- следнее приведет, очевидно, к дополнительному сокраще- нию ледников, что вновь несколько уменьшит альбедо. От- сюда делается вывод, что система «климат – ледники» харак- теризуется положительной обратной связью. Такой вывод, однако, излишен, ибо весь описанный процесс полностью объясняется законами физики, а принцип обратной связи, как его понимают в теории управления, не есть их следствие. Используя термин «обратная связь», часто забывают о том, что он возник в теории регулирования при создании систем управления техническими объектами. Эти системы проектируются с таким расчетом, чтобы движение объектов, управляемых с их помощью, обладало бы определенными свойствами, например, устойчивостью. В этом процессе про- ектирования всегда присутствует субъект, то есть человек, проектирующий объект и наделяющий его определенными свойствами. Чувствительный элемент, если угодно, рецептор системы управления самолетом – это гироскоп. Он физически реаги- рует на поведение самолета, определяя тем самым его поло- жение в пространстве. Субъект, то есть конетруктор, проек- тирующий систему управления, ставит в соответствие реак- цию автопилота с вполне определенным изменением движе- ния проектируемого самолета. Этот способ выбирается кон- структором по его усмотрению. Он, конечно, не противоре- чит законам физики, но и не является их следствием. Итак, выбранное соответствие, связывающее настоящее состояние движения объекта управления с его последующим движением, и носит название принципа обратной связи. Еще раз подчеркну: этот принцип согласуется с законами физики, но не исчерпывается ими, ибо указанное выше со- ответствие определяется целями субъекта, его выбором. По- этому-то принцип обратной связи и является новым прин- ципом отбора, который формируется только субъектом, по- лучающим информацию о состоянии и поведении управля- емого объекта. Что же касается применения термина «обратная связь» для объяснения явлений, подпадающих под действие прин- ципа Ле-Шателье, или аналогичных ситуаций, которые явля- ются прямым следствием законов сохранения, законов кине- тики и т. д., то такое использование этого термина я считаю просто удобным жаргоном. Итак, в задачах, возникающих при изучении неживой природы, термины «информация» и «обратная связь» из- лишни, если, конечно, речь не идет об отношениях субъ- ект – объект. Именно в силу последнего обстоятельства стро- го указать границу, когда этот термин приобретает фунда- ментальное значение, непросто. Эта непростота заставляет нас вспомнить о сложности проведения границы между жи- вым и неживым веществом. Примечание. В моей работе важное место занимает гипотеза о существовании переходных процессов между различными квазистационарными состояниями, в частности, об отсутствии четкой границы между живой природой, формирующей механизмы обратной связи, и природой неживой, развитие которой описывается с помощью одних только законов физики и химии. Эту гипотезу биологи, как правило, не приемлют, ссы- лаясь на принцип Пастера – Редди: все живое происходит только от живого. Возражения биологов имеют под собой прочный экспериментальный фундамент – отсутствие мате- риала, подтверждающего возможность существования веще- ства, которое нельзя было бы идентифицировать как живое или неживое. Но если принять эту традиционвую для биологов точ- ку зрения, мы окажемся вынужденными отрицать единство процессов саморазвития материи. Не лучше ли великий принцип «живое только от живого» дополнить словами: в со- временных земных условиях. Тогда предположим, что одна- жды жизнь возникла из неживого вещества скачкообразным переходом. Такая позиция лишена логических противоре- чий. Кроме того, она может опереться на существование меха- низмов бифуркационного типа со скачкообразными перехо- дами. Но любая бифуркация в сложных системах всегда про- исходит не мгновенно – оиа протяженна во времени, а пере- ход в новое квазистационарное состояние всегда происходит через ряд промежуточных состояний, образующих фазовую траекторию системы. Резюмирую: мне представляется предпочтительнее гипо- теза о том, что переходные формы от неживого к живому су- ществовали, но были весьма неустойчивыми. Обнаружить их следы на общем фоне земной эволюции практически невоз- можно. Вряд ли биологи будут утверждать, что эукариоты возникли независимо от прокариотов, тем не менее в нашем распоряжении нет никаких данных о существовании пере- ходных форм. Итак, я высказался достаточно категорически о смысле термина «информация» и его месте при описании процессов развития. Теперь я хочу признать, что и для описания явле- ний, происходящих в неживой природе, иногда бывает удоб- ным употреблять этот термин. Его использование позволя- ет иногда компактнее описать и нагляднее интерпретировать наблюдаемые явления. Так, например, М. Эйген в своих исследованиях динами- ки и редупликации биологических макромолекул, то есть для анализа предбиологической стадии развития неживого вещества, широко использует этот термин. Он говорит о за- писи информации, ее кодировании теми или иными белка- ми и нуклеиновыми кислотами, о передаче и сохранении ин- формации и т. д. Но это лишь удачный способ выражения того факта, что в известных условиях создается возможность точного и мно- гократного повторения одного и того же процесса, каким, по существу, и является механизм передачи наследственной информации. Его действие происходит, как это и показано работами М. Эйгена, на том уровне организации, на котором еще нет оснований говорить о субъекте и целесообразности. Из этих работ вытекает возможность описания работы генетического кода без использования понятий «информа- ция», в рамках языка физики и химии. Поэтому, когда мы говорим о механизме запоминания и передачи наследствен- ной информации, действующем на уровне биологических макромолекул, то есть на «преджизненном» уровне, мы до- пускаем метафорический способ выражения. Ради удобства и краткости изложения мы вводим определенный язык, от- ступая от изначального смысла используемых слов. Ведь то, что мы иногда называем кодированием информации и реду- пликацией, необязательно относится к живому веществу. В этих случаях возникает ситуация, подобная той, которую мы описали, говоря о принципе Ле-Шателье. И там и тут воз- можны объяснения, опирающиеся на терминологию, приня- тую в физике и химии. Совсем по-иному дело обстоит, когда мы хотим описать причины того, почему в земных условиях передача наслед- ственной информации стала необходимостью «прогрессив- ной» эволюции и на Земле утвердился один-единственный генетический код. Здесь уже присутствует целенаправлен- ный отбор, возможно и не выводимый из законов, управля- ющих развитием неживого вещества, которые нам известны. Ответить на вопрос о том, как возник этот код, мы пока не можем. Информация сама по себе ничего не стоит и не означа- ет ничего. Бессмысленно говорить о ценности информации как о некоторой ее абсолютной характеристике. Информа- ция нужна субъекту для обеспечения возможности успеха некоторых целенаправленных действий. Поэтому, если мы начинаем изучать деятельность живого организма, стремя- щегося сохранить и упрочить свой гомеостазис и формиру- ющего для этого петли обратной связи, без понятия «инфор- мация» обойтись уже нельзя – нельзя в принципе! Прыгая с ветки на ветку, белка должна знать, как далеко от нее следующая ветка, приблизит ли она ее к преследуемой цели, способна ли, наконец, удержать ее эта следующая вет- ка. И вообще – нужна ли ей эта ветка? Качество же информа- ции зависит от того, насколько белка способна оценить по- ложение ветки, ее соответствие программе своих действий. Таким образом, качество информации зависит также и от субъекта, его способности воспринять и обработать ин- формацию. Если белка окажется, например, близорукой, то информация о положении ветки может Оказаться для нее не только бесполезной, но и вредной или даже смертель- ной. Значит, качество информации оценивается прежде все- го тем, насколько знания, полученные о предмете или. окру- жающей обстановке, помогают в принятии решений. Только тогда, когда существует цель, полностью раскрывается зна- чение, ценность и смысл информации. Понятие ценности информации трудно еще. и потому, что информация – это не. просто некое возмущение, внешний сигнал, действующий на систему, но и внутренняя оценка этого возмущения (сигнала), обусловленная активностью со- знания. Иными словами, информация и ее оценка возникают и могут быть понятыми лишь в контексте отношений субъ- ект – объект. На развитие утвердившегося в широких кругах пони- мания смысла информации и на развитие соответствую- щей теории оказали большое влияние работы Н. Винера и К. Шеннона. Для оценки качества информации К. Шеннон ввел энтропийные меры – функционалы, по форме совпада- ющие с выражением для энтропии. Эта связь информации и энтропии была затем ря- дом авторов абсолютизирована (и гипертрофирована). Сам же К. Шеннон изучал довольно узкий круг вопросов, касающихся передачи сигналов с помощью технических устройств – по радио, по телефону и т. д. При этом пресле- довалась вполне определенная цель: оценить качество пере- дающих технических устройств, их способность не искажать сигналы на фоне помех, то есть не терять информацию в хо- де ее передачи. В таких случаях оценки энтропийного типа вполне умест- ны. Это те простейшие ситуации, когда качество информа- ции может быть оценено скалярной характеристикой. Но в общем случае оценка информации всегда носит векторный характер, и поэтому универсальная скалярная оценка каче- ства информации в принципе невозможна! Теперь, после того как я подробно объяснил свое понима- ние термина «информация», уместно снова вернуться к об- суждению памяти, которая, как мы это видели, играет столь фундаментальную роль в развитии живого вещества. До сих пор я избегал подробного обсуждения смысла понятия «па- мять», ограничиваясь ее определением как некоторого ме- ханизма, способного накапливать, хранить и извлекать ин- формацию. Поскольку понятие «информации» необходимо лишь то- гда, когда речь идет о процессах, в которых возникает воз- можность выбора (поведения, реакции), не вытекающего непосредственно из законов физики или химии, постольку и понятие «память» естественным образом связывается с представлением о субъекте, совершающем этот выбор. И в то же время в последнее десятилетие термин «память» стал очень широко употребляться. Его используют и в био- логии, и геологии, в физике и гуманитарных науках. Осо- бое распространение он получил в технике в связи с созда- нием электронных вычислительных комплексов. И это поня- тие употребляется так, как будто бы речь идет о некоторой объективной категории, присущей любой материальной си- стеме. «Система помнит свои предшествующие состояния» – выражение, достаточно часто встречающееся в специальной литературе. Даже недавно открытое реликтовое излучение истолковано как одно из проявлений памяти Вселенной о начальной эпохе своего существования. Кажется, что здесь мы сталкиваемся с представлением о памяти, отличным от того, которое было использовано в этой книге. В примере с реликтовым излучением «память» выступает как некото- рый процесс или его характеристика. С этой противоречиво- стью трактовки понятия «память» нам придется теперь разо- браться. Если речь идет о живых существах, то они всегда обла- дают хотя бы зачатком целеполагания – стремлением к со- хранению собственного гомеостазиса. Это значит, что в рас- сматриваемом случае применимо и представление о памяти как о механизме хранения, накопления и извлечения ифор- мации в интересах данного организма – живого существа. Задача науки – изучать эти механизмы, понять, каким об- разом живое способно распознать и оценивать окружающую обстановку. Существуют ситуации, такие, например, как в системе обучения по принципу «делай, как я!», когда механизмы па- мяти нам более или менее понятны. В других же случаях на- уке еще предстоит проделать немалый путь для их познания. Таким образом, в мире живой материи память выступа- ет в качестве некоторого элемента информационной службы организма, без которой не могут быть раскрыты те потенци- альные возможности достижения цели, которыми этот орга- низм обладает. Теперь обсудим вопрос об использовании понятия «па- мять» в тех случаях, когда речь идет о процессах, протека- ющих в неживой природе. Здесь нам предстоит многое пе- ресмотреть, ибо ни о каком целеполагании в мире неживой природы не может идти речь. Попробуем сначала дать описа- ние памяти применительно к миру неживого вещества неза- висимо от сказанного ранее. Для этого прежде всего свяжем память с некоторым процессом, развивающимся во времени, и будем рассматривать ее в контексте изучения временных характеристик этого процесса. Необратимость времени и необратимость процессов раз- вития, протекающих в природе, по-видимому, теснейшим образом переплетены между собой. Поэтому, используя по- нятие «память системы» при обсуждении процессов, проте- кающих в мире неживой материи, мы так или иначе характе- ризуем «степень обратимости», или, если угодно, «скорость течения времени» в изучаемом процессе. Попытаемся аргу- ментировать подобное утверждение. Предположим, что мы изучаем вполне детерминирован- ный процесс, который может быть описан системой обыкно- венных дифференциальных уравнений. Условимся считать, что их правые части таковы, что обеспечивают нелокальную разрешимость задачи Коши, – например, эти уравнения опи- сывают движение тяжелой точки в гравитационном поле. В этом случае можно сказать, что система обладает «абсолют- ной памятью». Это означает, что мы (то есть исследователи) способны восстановить всю историю ее движения, если, ко- нечно, знаем ее состояние в данный момент времени. Заметим, что здесь, говоря о «памяти системы», в дей- ствительности мы говорим о способности исследователя вос- становить характер движения или предсказать его развитие. Данная система является обратимой – и в этом все дело! Зна- чит, «абсолютной памятью» могут обладать лишь обратимые системы. А реальные системы такой памятью обладать не мо- гут. В принципе! В самом деле, достаточно вмешаться в течение процесса стохастическим факторам, чтобы описанное выше потеряло всякий смысл. Стохастические процессы необратимы, и мы уже в принципе не можем говорить о точном воспроизве- дении состояний системы в предшествующие моменты вре- мени. Теперь речь идет лишь о приближенном описании ее предыстории или определении характеристик системы. В шестидесятых годах известный американский метео- ролог Лоренц, изучая особенности циркуляции атмосферы, установил, что атмосфера быстро «забывает» свое начальное состояние. Он оценил глубину ее памяти двумя неделями. Предельная ситуация в этом отношении – развитая турбу- лентность. В этом случае мы уже ничего не можем сказать о предшествующем характере движения жидкости, о том, из какого состояния возникло наблюдаемое течение. В случа- ях, подобных развитой турбулентности, можно говорить, что система полностью лишена памяти. Приведенное выражение – это, конечно, своеобразный жаргон. Но оно часто употребляется. Поэтому мы должны придать ему такой смысл, чтобы оно не противоречило ска- занному ранее. Сделать это нетрудно. Действительно, гово- ря о «памяти системы», на самом деле мы имеем в виду на- шу способность познавать прошлое, восстанавливать те или иные детали некоторого необратимого процесса. Значит, понятие «память», когда речь идет о неживой природе, означает возможность субъекта (например, иссле- дователя) построить некоторый обратимый (или, точнее, необратимый, но с очень «медленным» ходом времени) про- цесс, который с определенной степенью точности мог бы вос- производить изучаемую реальность. Развитие любого процесса в неживой материи – это про- явление ее самоорганизации, саморазвития. И для описания таких процессов нам нет необходимости использовать поня- тие «информация». Но если речь идет о человеке, которому нужно в силу тех или иных причин воспроизвести процесс в принципе необратимый, изучить его характеристики или со- хранить о нем информацию, то он (субъект) использует для этого некоторый другой процесс, который более консервати- вен, «время которого течет более медленно». Так создают- ся книги, несущие сквозь бездну лет сведения, изобретает- ся магнитная память и т. д. И наконец, существует система «Учитель», основная цель которой – накопление, сохранение и передача информации. О ней мы подробно будем говорить во второй части этой книги. Вот в таком понимании термина «память» уже нет про- тиворечия с тем определением, которое было дано выше, и он приобретает достаточную универсальность. Понятие «па- мять» тесно сопряжено с понятием «информация» и вполне «субъективизировано». Говоря о памяти системы или орга- низма, теперь мы уже не будем делать различия между ни- ми – мы всегда будем иметь в виду способность системы со- хранять в той или иной степени свои параметры и делать до- ступной для субъекта (исследователя) возможность исполь- зовать информацию о ее прошлом. |