Нецнфровая вычислительная программа как теория

Электронная цифровая вычислительная маши­на представляет собой устройство для очень быстро­го сложения, вычитания, умножения и деления. Но вычислительная машина не просто устройство, опе­рирующее цифрами, она является и устройством, оперирующим символами. Символы, которыми она оперирует, могут представлять числа, буквы, слова или даже нецифровые, несловесные образы. Вычис­лительная машина имеет поистине общие способ­ности чтения символов или образов, хранения сим-

Рис. 1. Уровни информационных процессов в теории мышления человека

вола в памяти, сравнения символов для опознания их, обнаружения особых различий между их образа­ми и возможности действовать тем способом, кото­рый обусловлен результатами этих процессов.

Теперь вернемся к нашему испытуемому. Его поведение, которое мы хотим объяснить, состоит из последовательности символических выражений. Это положение не зависит от методики "мышления вслух", использованной в экспериментах. Оно было бы также справедливо и в том случае, если бы ис­пытуемый давал ответы на задачу письменно или нажатием кнопок. Во всех случаях его поведение мо­жет быть интерпретировано как последовательность символов — в последнем приведенном случае — пос­ледовательность "Л" и "П", где "Л" используется для "левой кнопки", а "П" •- для "правой кнопки".

Мы можем постулировать, что процессы, про­текающие внутри испытуемого, — в органах чувств, нервной ткани и мышечных движениях, управляе­мых нервными сигналами, также являются процес­сами оперирования символами, т. е. образы, различ­ным способом закодированные, могут быть уловле­ны, зафиксированы, переданы, сохранены, скопи­рованы и т. д. с помощью механизмов этой системы.

Мы не будем защищать этот постулат подроб­нее, его подлинная защита — в его возможности объяснить поведение. Вместо этого мы используем тактику, весьма успешную в других науках, допус­кающую объяснения на нескольких различных уров­нях. Так же, как мы объясняем то, что происходит в испытываемой трубке путем химических уравнений, и потом объясняем химические уравнения с помо­щью механизмов квантовой физики, так мы попы­таемся объяснить то, что происходит в процессе мышления и решения задачи с помощью организа­ции процессов оперирования с символами, поста­вив задачу объяснения этих процессов в нейрофизи­ологических терминах.

Подход к построению теории сложного поведе­ния изображен на рис.1. Мы имеем дело с верхней половиной схемы — со сведением высшего поведе­ния к информационным процессам. Если это сведе­ние может быть осуществлено, тогда вторая часть теории будет нуждаться в объяснении информаци­онных процессов на основе неирологических меха­низмов. Мы надеемся, что прорыть туннель сквозь

горы нашего незнания с двух сто­рон будет легче, чем пытаться пре­одолеть все расстояние только с од­ной стороны.

' Мы постулируем, что поведе-

ние испытуемого подчиняется про­грамме, включающей группу эле­ментарных информационных про­цессов. Мы кодируем группу под­программ для цифровой вычисли-• тельной машины, каждая из кото-1 рых осуществляет процесс, соответ­ствующий одному из этих постули­рованных информационных про­цессов. Затем мы записываем про­грамму, составленную из этих подпрограмм, кото­рая заставит вычислительную машину действовать тем же способом, каким действует испытуемый: про­изводить, по существу, тот же поток символов, ког­да обоим дается одна и та же проблема. Если мы до­стигнем успеха в создании программы, которая ими­тирует поведение испытуемого достаточно точно в значительном ряде ситуаций решения задачи, тогда мы сможем рассматривать программу как теорию поведения. Как высоко мы оценим теорию, зависит, как и в случае всех теорий, от ее всеобщности и ее экономичности, от того, насколько широк род яв­лений, объясняемых ею, и от того, насколько эко­номично выражение ее.

Можно увидеть, что такой подход не предпола­гает, что "оснащение" вычислительных машин и моз­га подобно, за исключением предположения, что и вычислительная машина, и мозг — общецелевые ус­тройства, оперирующие символами, и что вычис­лительная машина может быть запрограммирована для выполнения элементарных информационных процессов, которые функционально подобны тем, которые осуществляются мозгом.

Общин решатель проблем

Наша попытка объяснить процесс решения за­дач принимает форму программы вычислительной машины, которую мы называем Общий решатель проблем (ОРП).

Проблема, приведенная выше, внутренне пред­ставляется в форме выражений, которые означают "преобразовать" 1 в 2. Мы называем символические структуры, соответствующие логическим выражени­ям, объектами; структуры, соответствующие про­блемным задачам и аналогичным положениям, -целями. Программа достигает целей путем примене­ния к объектам операторов * превращая таким об­разом эти цели в новые объекты.

Программа включает действия по применению операторов к объектам. Она включает также процес­сы сравнения пар объектов; эти процессы создают (внутренне) символы, которые обозначают отличия между сравниваемыми объектами.

Действия ОРП группируются вокруг трех типов целей и небольшого числа методов достижения це­лей этих типов.

* Операторы - правила преобразования в математической логике. (Примечание переводчика.)

1. Преобразование целей. Эти процессы имеют фор­
му, которая уже была проиллюстрирована: преобра­
зовать объект а в объект Ь.

Метод 1. Сравнить о с ft, для того чтобы найти различие d между ними; если нет различий, пробле­ма решена. Создать цель: уменьшение различия d между а и Ь. Если действие успешно, результат будет преобразованием а в новый объект с. Теперь создать новую цель преобразованием ев Ь. Достижение этой цели и будет решением первоначальной проблемы.

2. Цели применения операторов. Эти операции име­
ют форму: применить оператор q к объекту а.

Метод 2. Определить, отвечает ли а условиям применения q> Если да, применить q, если нет, оп­ределить различие между а и объектом, к которому q применим. Если это действие успешно, будет со­здан новый объект а', который является модифика­цией а. Теперь попытаться приложить q к а'.

3. Цели уменьшения различий. Как мы видели, они
имеют форму: уменьшить различие d ыеж&у объек­
тами а и Ь.

Метод 3. Найти оператор q, соответственный данному различию (значение соответствия — реле­вантности — будет позже объяснено). Создать цель применения q к а. Если операция успешна, то ре­зультат будет преобразованием а в новый объект с, который не будет сильно отличаться от Ь.

Таким образом, Общий решатель проблем пред­ставляет собой программу вычислительной машины, включающую общие процессы заключения относи­тельно итогов (целей) и средств (операторов). Она является общей (general) в том смысле, что сама по себе программа не привязана к самой природе объек­тов, различий и операторов, с которыми она имеет дело. Следовательно, ее возможности в решении за­дач могут быть перенесены с одного типа задач на другой, если он содержит информацию относитель­но типов объектов, различий и операторов, кото­рые характеризуют и описывают конкретные усло­вия задачи.

Испытание теории

Вопрос о том, насколько адекватной является программа как теория информационных процессов при решении задачи человеком, может быть постав­лен на нескольких специфических уровнях. На са­мом общем уровне мы можем задать вопрос, будет ли программа фактически решать задачи таким же образом, как и человек. Она определенно это делает.

Общие типы анализа отношения средств — це­лей, которые использует Общий решатель проблем, являются в то же время методами, отмечаемыми и в протоколах испытуемых. Мы изучили в деталях око­ло 20 протоколов испытуемых, решавших логичес­кие проблемы. Фактически все поведение, описан­ное в этих протоколах, протекает в рамках анализа средств — целей. Три типа целей, рассмотренных нами, составляют три четверти всех целей испытуе­мых, а дополнительные типы целей, которые появ­ляются в протоколах, тесно связаны с теми, кото­рые мы описали. Три метода, выделенных нами, пред­ставляют подавляющее большинство методов, при­мененных к данным проблемам испытуемыми.

Протоколы поведения человека при решении проблем в различных сферах деятельности - при игре в шахматы, решении загадок, написании программ вычислительной машины — содержат много после­довательных действий, которые также подобны ана­лизу средств — целей Общего решателя проблем.

Мы не можем, конечно, на основе такого типа доказательств заключать, что ОРП дает адекватное объяснение всем типам поведения при решении за­дач. Наряду с содержащимися в нем механизмами могут быть включены и многие другие механизмы. Только когда программа имитирует полную после­довательность поведения, например, осуществляет тот же самый шахматный анализ, что и человек, у нас складывается убеждение, что мы постулировали группу процессов, которая достаточна для осуще­ствления поведения в данном случае.

Общий решатель проблем не единственная су­ществующая программа этого типа. Есть программа, предшественница ОРП, которая также отыскивает доказательства теоремы, но только по символичес­кой логике. Существуют программы для доказатель­ства теорем в геометрии, для конструирования элек­тромоторов, генераторов и трансформаторов, для создания музыки и игры в шахматы. Существуют про­граммы, которые "обучаются", т. е. такие, которые из­меняются в различных отношениях на основе опыта.

Успех, уже достигнутый в синтезировании ме­ханизмов, которые решают трудные проблемы тем же способом, что и человек, позволяет рассчиты­вать на создание весьма специфической и операци­онной теории решения проблем. Наша цель — рас­пространить некоторые положения этой теории на творческое мышление. Сделать это - значит утверж­дать, что творческое мышление является просто спе­циальным видом поведения при решении проблем. Это кажется нам полезной рабочей гипотезой.

Сформулированные так откровенно наши наме­рения кажутся утопичными. Насколько они являются утопичными — или, скорее, насколько отдалена их реализация, — зависит от того, как широко или узко мы интерпретируем термин "творческий". Если мы намерены рассматривать всю сложную деятельность человека по решению задач как творческую, то, как мы покажем, удачные программы для механизмов, которые имитируют человека, решающего задачу, уже существуют и известен ряд их основных характерис­тик. Если мы оставляем термин "творческий" для дея­тельности, подобной открытию специальной теории относительности или созданию бетховенской Седь­мой симфонии, тогда в настоящее время не суще­ствует примеров творческих механизмов.