Эвристика как "искусство решать задачи"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский Государственный Технический Университет

им. Р.Е. Алексеева

Эвристика как «Искусство решать задачи»

Чернышева Т.Ю.

На протяжении всей истории изобретательство помогало человечеству решать разнообразные задачи. Из века в век эти задачи менялись, появлялись новые. В древние времена решение возникшей проблемы можно было «подсмотреть» у природы. Так это происходило, когда человек научился не бояться огня и молний, а использовать их в своих целях - для обогрева жилища и приготовления пищи. Наблюдательность и логичность помогали человеку совершенствоваться. Впоследствии находились новые способы и их комбинации. Но время не стоит на месте, возникают все новые и новые задачи в различных областях жизни человека, и прежние методы оказываются неприменимы. Для того чтобы найти один подходящий вариант решения, появляется необходимость перебрать все возможные варианты, проделать серию опытов, пустых проб и допустить ошибки. Помимо этого сам процесс зависит от множества случайных и трудно учитываемых факторов, на поиск требуется время, ресурсы.

В настоящее время метод проб и ошибок стал не эффективен. Современная научнотехническая революция вовлекла в техническое творчество миллионы людей, остро обозначив проблему повышения эффективности творческого мышления. В связи с этим в последнее время стало актуальным использовать одну из разновидностей мыслительных средств, присущую каждому человеку, - эвристическое познание, появилась теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) [5].

Целью данной работы является исследование инструментальных возможностей эвристики как вспомогательного средства решение нестандартных задач и разрешения проблемных ситуаций. Предметом исследования является процесс эвристического познания.

Творчество издавна привлекает внимание философов и методологов как процесс создания чего-то нового, ценного не только для самого создателя, но и для других людей; процесс, не поддающийся логике, непознаваемый процесс, которым невозможно управлять. «Художник мыслит до момента творчества и после него, во время же самого акта творчества рефлексии быть не должно. Несколько лет тому назад в одной статье я прочел замечание о том, что первоисточником величайших достижений и открытий во всех сферах культуры, науки, техники и искусства является внезапное и без видимой причины возникающее озарение. Это и есть творчество» [2, с. 141]. Так считает крупнейший методолог современности. Творчество направлено на решение возникшей проблемы. Результат творчества уникален. «Обладая одним и тем же эмпирическим материалом, мы можем прийти к совершенно противоположным картинам мира», [1] - пишет М. Полани. Действительно, если кого-то поставить в те же условия, в такую же исходную ситуацию, то никто, кроме, может быть, самого автора, создателя, не сможет прийти к тем же выводам, найти такое же решение и получить в точности такой же результат. Многие пытались проникнуть в суть творческого процесса, описать его этапы. Г. Уоллес в 1926 году предложил ныне наиболее известную модель эвристического, т.е. творческого процесса в науке. Он выделил четыре стадии (этапа) творческого мышления. эвристика задача коммивояжер познание

Первый этап - подготовительный. Происходит формулирование задачи, изучение огромного количества литературы, имеющей прямое или косвенное отношение к исследуемой проблеме. Исследователь предпринимает попытки решить проблему известными способами, подобрать алгоритм или перебрать привычные, традиционные варианты решения, близкие ему по специальности. Но все попытки заканчиваются неудачно. Сложно преодолеть некий психологический барьер. Тогда он временно откладывает задачу, и наступает второй этап творческого процесса - инкубация идеи.

На втором этапе исследователь после долгих бесплодных размышлений отключается от работы над основной проблемой. При этом он может заниматься другими делами, совершенно не касающимися его задачи, или отдыхать, что позволяет ему забыть использованные и не эффективные способы решения задачи. В это время его подсознание продолжает работу над материалом, проработанным исследователем на подготовительном этапе.

Наконец наступает ключевой момент творческого процесса - мгновенное интуитивное проникновение в сущность проблемы, озарение. Этот момент непредсказуем. Никогда заранее не знаешь, где и когда тебя посетит вдохновение. В совершенно случайной ситуации, не имеющей к задаче ни малейшего отношения, в сознании появляется идея, еще не имеющая конкретики, но уже дающая ключ к решению. Проблема, долгое время волновавшая исследователя и не поддававшаяся решению, вдруг видится под иным углом зрения; в результате чего противоречившие друг другу компоненты информации оказываются совместимыми. Противоречивость и неполнота задачи снимаются, сменяясь ощущением красоты [6] и гармоничности найденного решения.

Затем наступает последний этап - проверка решения. Из интуитивных догадок, идей, не имеющих конкретики, исследователь получает нечто конкретное, выражает в терминах задачи и т.д. И венцом всего творческого процесса становится новое знание. Но на самом деле на проверке не заканчивается этот процесс. Наоборот, начинается самое трудное - необходимо донести это решение до остальных, представить доказательства, правдоподобные рассуждения и найти дальнейшее применение.

Эвристика в науке и философии обычно противопоставляется логике, а интуитивное суждение - алгоритму [3]. Алгоритм определяется как строго детерминированная последовательность действий, имеющая конечное число шагов, и направленная на гарантированное достижение определенного результата. В самом понятии алгоритма заложено свойство его универсальности, т.е. каждый алгоритм рассчитан на большой класс задач. Однако, существует множество других не менее важных, но еще не решенных задач, решение которых, как будет видно из примера ниже, невозможно получить с помощью уже известных алгоритмов.

Поэтому для ученых и исследователей всегда будут привлекать и иметь огромное значение методы, называемые эвристическими, которые позволяют приблизиться к решению трудных нестандартных задач. Например, существует множество комбинаторных задач (задача коммивояжера, задачи раскроя-упаковки и т.д.), относящихся к классу NP-трудных задач. Это означает, что для них пока не существует методов и алгоритмов, находящих точное решение за полиномиальное время. В общем случае точный результат может быть получен за экспоненциальное время, что эквивалентно полному перебору всех возможных решений. Имеющиеся на данный момент методы точного решения таких задач редко находят применение на практике, так как оказываются эффективными только при сравнительно небольшом числе объектов. При увеличении числа объектов значительно усложняется поиск. Точные методы перестают отвечать требованиям надежности и скорости работы.

Для примера возьмем известную задачу коммивояжера. Торговцу необходимо объехать около сотни городов, причем, он хочет это сделать с наименьшими затратами. Кажется совершенно очевидным, что задача может быть решена полным перебором всех вариантов объезда и выбором среди них оптимального. Чтобы выбрать самый оптимальный по времени путь, торговцу надо рассмотреть возможные варианты маршрутов, которые запишутся 158значным числом! И даже если попробовать организовать этот перебор, то осуществить его не представляется возможным. Если взять самую мощную ЭВМ, перебирающую миллион вариантов в секунду, то она будет биться с задачей на протяжении примерно 3?10144 лет! Вряд ли торговец будет дожидаться результатов расчета.

В связи с этим для решения подобных задач стали искать приближенные методы решения, основанные на эвристических и метаэвристических подходах, позволяющих получать пусть и не точные, но достаточно хорошие решения. При этом решение находилось бы за приемлемое время. В настоящее время создано огромное множество таких алгоритмов. К ним можно отнести генетические и эволюционные алгоритмы, методы моделирования отжига, роевые алгоритмы. Эти эвристические методы осуществляют поиск баланса между эффективностью и качеством решений за счет «выживания сильнейших альтернативных решений», в том числе, в неопределенных и нечетких условиях. Однако не стоит заблуждаться, что эвристика является альтернативным сводом правил, позволяющим достичь результата за более короткий срок способами аналогичными алгоритмическим. Эвристика, по своей сути, значительно отличается от алгоритма. Она не дает указаний или готовой схемы решения, а лишь задает стратегию, наиболее вероятное направление поиска идеи решения, тем самым позволяет уменьшить число перебираемых вариантов. Это достигается за счет срабатывания интуиции. При этом невозможно доказать оправданность применения и обоснования принципа действия эвристики, гарантировать, что будет получен правильный результат, т.е. исследователь идет на риск, но как известно, «кто не рискует…». Важно также отметить, что эвристическое познание помимо получения нового знания оказывает плодотворное влияние и на самого человека, стимулируя развитие интуитивного мышления, способности к воображению и творчеству. Творчество, в свою очередь, являющееся важнейшим смыслом человеческой деятельности, направлено на приспособление к изменяющимся и неизвестным условиям. Когда после долгих бесплодных размышлений наступает озарение, то в этот момент человек испытывает сильные положительные эмоции, у него появляется убежденность, что решение найдено. «Способность открывать новое заложена в природе человека» [4], и не использовать столь мощный инструмент, позволяющий найти решение в самых разных проблемных ситуациях, было бы просто не разумно.

В заключении хотелось бы подвести итоги. Во-первых, эвристика - мощное средство, позволяющее решить задачу, которая не может быть решена в рамках имеющихся методов, знаний. Во-вторых, эвристика как движущая сила творчества и орудие научного открытия, есть средство, не зависящее от сущности конкретной задачи, для решения которой она используется. В-третьих, эвристическое познание позволяет совершенствоваться человеку, его внутренним талантам и возможностям. Без творческого процесса не было бы ни новых открытий и изобретений, ни кладезей искусства, которыми гордится любой культурно развитый человек. Творчество - это взаимосвязь человеческой души с внешним миром, это процесс человеческой деятельности, итогом которого является создание чего-либо нового.

«Творите! Создавайте! Делайте то, что никто лучше вас не сделает».

Список литературы

1. Полани, М. Личностное знание / М. Полани. - М.: Прогресс, 1985.

2. Розов, М. А. Пути научных открытий / М.А. Розов // Вопросы философии. - 1981. - № 8. - С.138-147.

3. Султанова, Л. Б. Интуиция и эвристика в математике // Л.Б. Султанова // Российский гуманитарный журнал. - 2013. Т. 2. №3. - С.237-249.

4. Баринов, А.Е. Теория решения изобретательских задач в становлении современных молодых ученых / А.Е. Баринов, А.Е. Заколодкин, С.Н. Малоземов, Т.Л. Михайлова // Будущее технической науки: сборник материалов XIII Международной молодежной научно-технической конференции; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - Нижний Новгород, 2014. - С. 521.

5. Орехов, Д.В. Принцип красоты как методологический регулятив научного познания / Д.В. Орехов, Т.Л. Михайлова // Будущее технической науки: сборник материалов XI Международной молодежной научно-технической конференции; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - Нижний Новгород, 2012. - С. 412.

Размещено на Allbest.ru