Тема 1.1. Введение. Предмет эвристики

В своей повседневной жизни человек с легкостью решает большое число различных неформальных задач, которые до сих пор с большим трудом или же весьма неэффективно решаются даже современными ЭВМ. Тяжело создать программу, которая предусматривала бы все, с чем сталкивается человек при решении такого рода задач. Поэтому в условиях недостаточности или сложности информации человек практически незаменим. Преодолеть же пропасть между машиной и человеком, понять, как человек принимает решения, пытается наука, называемая эвристикой.

Эвристика - наука сравнительно молодая, хотя мысль о необходимости разработки эффективных методов решения творческих задач высказывалась давно. Ее корни уходят за пределы нашей эры в древнюю Грецию, где в сочинениях математика Паппа впервые встречается слово " эвристика". Ряд эвристических приемов приписывают Платону, в одной из незаконченных работ Декарта изложен ряд эвристических правил, которые до сих пор представляют значительный интерес. Быстродействие современных ЭВМ позволяет проводить широкий круг эвристических исследований, чем в значительной степени и объясняется постоянный рост интереса к этой тематике как у нас в стране, так и за рубежом.

Остановимся в начале на определении самого понятия «эвристика». Корни слова " эвристика" (heuristics) ведут глубоко в историю. В соответствии со словарем Вебстера, прилагательное " эвристический" означает " способствующий открытию". Оно является производным от " эврика", а слово " эврика", в свою очередь, произошло от греческого " heurisko" - " нахожу".

Четкого определения этого понятия не существует. Обычно под эвристикой понимают прием решения задачи, основанный не на строгих математических моделях и алгоритмах, а на соображениях, восходящих к " здравому смыслу". Как правило, эвристика отражает особенности того, как такие задачи решает человек, когда он не пользуется строго формальными приемами. Если эти человеческие способы решения удается запрограммировать, то такие программы называются эвристическими. Эвристики часто используются при программировании игр, имитации творческих процессов и т.п.

В отличие от привычных нам строгих методов нахождения решения, эвристические методы работают в условиях частичного или полного отсутствия соответствующего алгоритма и сведений о существовании решения и его единственности. Хорошие эвристические программы способны проводить дополнительный сбор информации во время работы, а также самообучаться. Созданием таких программ занимается

эвристическое программирование. Оно основано, главным образом, на двух моментах: на воссоздании некоторых интеллектуальных человеческих действий и анализе специфических свойств и особенностей решаемой проблемы. Эвристическая программа - это программа для ЭВМ, использующая эвристики (правила, стратегии, методы или приемы, повышающие эффективность системы, которая пытается найти решения сложных задач). Большая часть современных систем искусственного интеллекта имеет в своем составе так называемый эвристический модуль.

В экспертных системах при формализации профессиональных знаний человека, касающихся способов решения задач в той или иной проблемной области, широко применяются те эвристики, которыми руководствуются профессионалы-эксперты. Здесь под эвристикой понимают эмпирическое (основанное на опыте) правило, которое позволяет человеку-эксперту в отсутствии формулы или алгоритма решать задачи в своей повседневной профессиональной деятельности (диагностика медицинских заболеваний, ремонт радио-, теле-, электронной аппаратуры, проектирование, прогнозирование, принятие решений, классификация и др.).

Если удается формализовать эвристические знания в виде некоторой формулы, построить математическую (аналитическую, статистическую) или поведенческую модель исследуемой задачи, то даже в этом случае не удается привести строгое математическое обоснование полученных формул и моделей, доказать их «правильность». Единственным обоснованием большинства эвристических приемов и полученных на их основе результатов является то, что они подтверждаются на практике и согласуются с мнением большинства признанных экспертов в некоторой узкой предметной области.

Обоснованием большинства рассматриваемых в теме 1.5. («Методы логического поиска решений») приемов управления творческим процессом решения изобретательских задач являются авторские свидетельства и патенты на изобретения, полученные в результате успешного применения этих приемов при решении конкретных творческих задач.

До середины XX века изобретательские задачи решались перебором вариантов примерно следующим образом: " А что, если сделать так?.." Не получилось. " А что, если сделать по-другому?.." Опять ошибка. Так возникло название " Метод Проб и Ошибок" (МПиО) и убеждение, что стремление раскрыть секреты творчества бесперспективно.

Примерно начиная с середины 40-х годов, в Америке и Европе появляются публикации сразу о нескольких методах решения творческих задач: Мозговом Штурме, Синектике, Методе Фокальных Объектов, Морфологическом Анализе. Они основаны на принципе активизации выдвижения и перебора вариантов и впервые показали, что способность решать творческие задачи можно и нужно развивать посредством обучения. Таким образом, на практике была доказана возможность, пусть в ограниченных пределах, управлять творческим процессом.

К сожалению, методы активизации не учитывают объективных закономерностей в развитии систем (здесь имеются в виду не только сложные системы, но и вообще любой предмет или явление окружающего мира) и сохраняют бесчисленные пробы и ошибки, что предопределяет их несостоятельность при решении задач ценою в сотни и более проб. С середины 40-х годов ученый из Баку Генрих Саулович Альтшуллер приступил к созданию принципиально новой научной технологии

творчества, основанной на объективных законах развития технических, художественных, научных и иных систем, которая впоследствии получила название Теория Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ). Первая публикация ГС. Альтшуллера о ТРИЗ появилась в журнале " Вопросы психологии" в 1956 году.

В настоящее время, как показывают конференции, проводимые в Америке и Европе, в мире ведутся многочисленные исследования и разработки по различным аспектам и модификациям ТРИЗ, накапливается опыт практического использования теории Г.С. Альтшуллера в различных областях человеческой деятельности, выходящих за рамки инженерных проблем. ТРИЗ-технологии превращаются в технологии анализа и решения проблем, не зависящие от предметных областей, в которых эти проблемы возникают, хотя они используют специальные знания из этих областей.

К теме 1.3 *Методы случайного поиска решений»

Метод проб и ошибок (МПиО)

МПиО имеет, пожалуй, самый почтенный возраст среди других методов поиска решений. В его основе, как отмечалось во введении, лежит известный вопрос «А что, если...», с помощью которого сделано множество открытий, но на это затрачена масса времени и средств. Если задача не сложна, то область решения находится недалеко от отправной точки, то есть перебором небольшого числа вариантов можно достаточно быстро найти ответ и успешно решить поставленную задачу за приемлемое время. Если же мы встречаемся со сложной проблемой, то МПиО не является подходящим методом поиска решений.

Как следует из описания МПиО, человек с его помощью может получить за приемлемое время только часть решений и, возможно, далеко не самых лучших. Виной тому инерция мышления. Для ее преодоления к настоящему времени разработаны методы активизации творческого процесса, резко увеличивающие число перебираемых вариантов. В их основе лежат различные способы создания благоприятных условий для появления идей при решении той или иной проблемы. Методы активации охватывают большую область возможных решений по сравнению с МПиО.