Эвристическое программирование

Эвристическим программированием названы такие методы поиска оптимальных решений, основу которых составляют формализованные (т.е. представленные в виде конечного алгоритма) эвристики, причем под эвристикой понимаются методы отыскания нового. А поскольку наиболее универсальным инструментом отыскания принципиально нового является мыслящий мозг человека, то под эвристикой (эвристическим правилом, эвристическим методом) принято понимать правило, стратегию или просто ловкий прием, найденные человеком на основе своего опыта, имеющихся знаний и интуиции и позволяющие наиболее эффективно решать некоторый класс слабоструктурированных задач. Найденные таким образом эвристики подвергаются формализации с целью представления их в виде конечного алгоритма, который можно реализовать на ЭВМ. После реализации на ЭВМ можно решать все оптимизационные задачи того класса, для которого найдена эвристика.
Таким образом, схема разработки методов эвристического программирования в обобщенном виде может быть представлена в следующей последовательности процедур: изучена содержания соответствующего класса слабоструктурированных задач; изучение приемов решения задач данного класса человеком; выявление закономерностей в решении человеком задач рассматриваемого класса; формализация выявленных закономерностей, приемов и правил и построение на этой основе модели решения задач данного класса; алгоритмическая реализация построенной модели. На основе анализа принципиальных особенностей мышления человека нетрудно заключить, что методы эвристического программирования вовсе не гарантируют получения строго оптимальных решений. Более того, не исключаются даже случаи, когда полученное на основе эвристической модели Решение будет далеко от оптимального. Единственное, что гарантируют эти методы — это, во-первых, что решение непременно будет найдено, и во-вторых, — что найденное решение будет лучшим среди решений, получаемых без использования эвристик.
Регулярная теория построения эвристических моделей до настоящего времени не разработана в силу огромных трудностей изучения такого феномена, как мышление человека. Наиболее правдоподобной представляется следующая интерпретация принципиальных отличий эвристического поиска от поиска по конечным формальным методам. В процессе решения задачи строго формальными методами поле поиска (область допустимых решений) остается неизменным. Сам процесс решения заключается в прямом, направленном или случайном переборе возможных решений. Для эвристических же методов характерно, с одной стороны, сужение поля поиска (области допустимых решений) за счет исключения из рассмотрения подобластей заведомо непригодных решений, а с другой — расширения поля поиска за счет генерирования новых подобластей. Из конкретных методологий, реализующих данное представление об эвристиках, наибольшее распространение получили так называемые лабиринтные и концептуальные эвристики.
Согласно лабиринтной модели задача перед решением представляется человеку в виде лабиринта возможных путей поиска решения, ведущих от начальной площадки, характеризующей условия задачи, к конечной, характеризующей условия завершения решения задачи. Предполагается, что благодаря своим природным механизмам мышления человек способен очень быстро произвести отсекание всех неперспективных вариантов движения по лабиринту и оставить то поле возможных вариантов, которое с большой вероятностью содержит путь, ведущий к конечной площадке.