Лекции по информатике [10-15] / lections / Конспекты (old) / Lekz_9

Лекция 9. Гипотеза о физической символьной системе

В последние годы все больше растет осознание того, что экспериментальное и теоретическое исследование такой сложной системы, которая именуется компьютером, требует сотрудничества многих дисциплин. Тем самым изучение компьютера как первой информационной машины, созданной человеком для «усиления» его интеллектуальных возможностей становится подлинным междисциплинарным исследованием.

Интеллект – это системное обозначение способности субъекта оптимизировать свое информационное взаимодействие со средой. Сформировавшееся на основе применения системного подхода понимание сущности интеллекта позволило выйти за сугубо рационалистические и формально-логические ограничения, вобрало в себя и эмоциональное и интуитивное и все другие принципиально доступные человеку и человечеству формы, способы и принципы получения, восприятия, переработки и применения информации внешней и внутренней среды.

С точки зрения представлений классической физики трудным для восприятия различных сложных явлений и процессов является энергоинформационный механизм их реализации. На данный момент идет накопление знаний, и формируются отдельные положения такого описания.

Мы затрагиваем здесь два вопроса, возникающих в связи с формулировкой гипотезы:

1. В чем заключается значение этой гипотезы для информатики?

2. В чем заключается обоснование гипотезы?

Прежде всего, обратим внимание на термин «физическая». Во-первых, такие системы явным образом подчиняются законам физики – они могут быть реализованы инженерными системами, сконструированными из технически реализуемых элементов. Во-вторых, термин «символ» существует не только в коммуникациях между людьми, но он имеет место вне человека и общества, т.е. в окружающей нас действительности.

С онтологической точки зрения символ, обозначая и классифицируя предметы и явления объективно существующего мира, по своей природе сингулярен, так как объектом его номинации служат дискретные единицы. Последнее фиксируется иконической формой символа. Тем самым в семиотическом рассмотрении символьная система (как система обозначающих) выступает в первую очередь совокупностью сингулярностей. С другой стороны, с естественно-физической точки зрения любой обмен знаками связан с распространением некоторого сигнала, с цугом или последовательностью цугов звуковых или электромагнитных волн, используемых для его кодирования, передачи и распознавания. Объекты информации (речь, музыка, изображения, помехи и др.) кодируются соответствующими сигналами. Их восприятие человеком сопровождается возбуждением волн нейронной активности^*/. Для человеческого мозга характерны как дискретные, так и непрерывные формы представления информации. Так проявляется корпускулярно-волновой дуализм информационных процессов, обусловленный сложной природой семиотического знака. Все это и послужило предпосылкой к разработке волновых моделей информационных систем с привлечением аналогии с квантовой механикой ^**/.

Физическая символьная система включает набор элементов, названных символами, которые представляют собой физические конфигурации, входящие в качестве компонентов в конфигурации другого типа, называемые выражениями (или символьными структурами). Последние порождаются так называемыми конструктивными процессами. Простейшим видом таких структур (конструктивных объектов) являются слова в фиксированном алфавите, т.е. ряды букв этого алфавита (термин «буква» понимается здесь как «элементарный знак», т.е. как «знак, частями которого мы не интересуемся»; алфавит – это набор букв). Здесь символы связаны между собой вполне конкретным физическим соотношением соседства между позициями, в которых находятся буквы алфавита, образующие слово. Конструктивный процесс, результатом которого является слово, состоит в данном случае в выписывании этого слова буква за буквой. Таким образом, кроме символьных структур, физическая символьная система содержит набор процессов, действующих на выражения и порождающих новые выражения: процессы создания, модификации, воспроизведения и уничтожения. Физическая символьная система – это машина, порождающая развивающийся во времени набор символьных структур. Для формализованного описания такого рода процессов привлекаются понятия алгоритма и исчисления.

Принципиальная разница между ними состоит в следующем. В алгоритмическом процессе каждое возникающее состояние однозначно определено предшествующим ходом процесса, в исчислительном же процессе возникающее состояние является всего лишь одним из многих возможных, допускаемых предшествующим ходом процесса. Если понятие времени связывать с чередованием событий (а событие – появление нового состояния), то можно сказать, что в алгоритмическом процессе время течет линейно, а в исчислительном процессе – разветвленно.

Ясно, что введенная в рассмотрение физическая символьная система существует в мире объектов, более широком, чем сами эти символьные выражения. Два понятия являются важнейшими для этой структуры, состоящей из выражений, символов и объектов: обозначение и интерпретация.

Выражение обозначает объект, если система, располагая этим выражением, может либо воздействовать на указанный объект, либо ее поведение зависит от этого объекта. В обоих случаях доступ к объекту достигается через соответствующее выражение, что и составляет суть обозначения.

Система может интерпретировать выражение, если оно обозначает процесс и если, располагая этим выражением, система может осуществить указанный процесс. Интерпретация предполагает особую форму зависимого действия: по данному выражению система может выполнять указанный процесс. Другими словами, вызвать и исполнить свои собственные процессы исходя из выражений, которые эти процессы обозначают.

Система, способная к обозначению и интерпретации в вышеуказанном смысле, должна также удовлетворять ряду дополнительных требований полноты и замкнутости. Мы можем здесь лишь кратко их упомянуть:

1. символ может использоваться для обозначения любого выражения, тем самым, если у нас есть символ, заранее неизвестно, какие выражения он может обозначать (вместе с тем произвольность относится только к символам; позиции для символов и их взаимоотношения определяют, какой объект обозначается сложным выражением);

2. для каждого процесса, который может быть осуществлен машиной, существует, по крайней мере, одно выражение, обозначающее этот процесс;

3. существуют процессы для создания любого выражения и для модификации любого выражения произвольным образом;

4. выражения устойчивы: будучи однажды созданы, они продолжают существовать, пока не будут явным образом модифицированы или уничтожены;

5. Число выражений, которые система может хранить и использовать, является потенциально бесконечным.

Тот тип системы, который мы только что определили, нельзя считать незнакомым тем, кто когда-либо сталкивался с компьютерами для решения тех или иных задач. Мы описали подобную систему не только для того, чтобы предложить что-то новое. Как раз наоборот: мы хотим показать, что сейчас известно или предполагается относительно символических систем и удовлетворяет описанию.

Гипотеза о физической символьной системе. Физическая символьная система обладает необходимыми и достаточными средствами для интеллектуального поведения общего характера^*/.

Необходимость означает, что любая система, обладающая признаками интеллекта, при ее анализе окажется физической символьной системой. Достаточность означает, что любая физическая символьная система может быть организована таким образом, чтобы проявлять интеллектуальное поведение общего характера. Формулировкой «интеллектуальное поведение общего характера» мы хотим указать на тот же диапазон применимости интеллекта, который наблюдается в поведении человека: в любой реальной ситуации поведение соответствует целям системы и адаптивно требованиям, предъявляемым окружающим миром, в пределах некоторых ограничений, относящихся к скорости и сложности. В этой связи уместно обратить внимание на следующее обстоятельство. У человека различают первую и вторую сигнальные системы. С первой связаны рефлекторные реакции (рефлексы), со второй – речь, язык и т.п., а, следовательно, - высказывания, понятия и т.д., т.е. семантическая информация. Думается, что кибернетика имеет дело с системами типа первой, а информатика – с системами типа второй.

Обсуждаемая гипотеза является эмпирическим обобщением. Неизвестно какого-либо способа продемонстрировать связь между символьными системами и интеллектом чисто логическим путем. Основное свидетельство в пользу гипотезы о физических символьных системах – это отсутствие конкретных альтернативных гипотез о том, как может быть реализовано интеллектуальное поведение – безразлично, человека или машины.

*^/ Лебедев А.Н. Закономерности повторения слов в речи. // Психологический журнал, том 4, №5, с.11-22, 1983.

*^*/ ПоликарповА.А., Тулдава Ю.А. Волновая теория как одно из направлений квантитааативной лингвистики связного текста. // Квантовая лингвистика и автоматический анализ текстов, вып. 872, с. 162-169,Уч. зап. ТГУ, Тару,1989.

*^/ Ньюэлл Ал., Саймон Х. Информатика как эмпирическое исследование // Лекции лауреатов премии Тьюринга / Пер. с англ.; Под ред. Р. Эшенхерста. М.: Мир, 1993.

4