От ситуационного управления к прикладной семиотике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Г.С. Осипов

ОТ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ К ПРИКЛАДНОЙ СЕМИОТИКЕ

1. Модельная гипотеза мышления против лабиринтной

мышление язык ситуационный семиотический

В начале и середине 60-х годов в бывшем СССР, в основном, в Московском университете и Академии наук был выполнен ряд пионерских исследований, возглавленных В.Н.Пушкиным и Д.А.Поспеловым, целью которых было выяснение, как же, в действительности, человек решает переборные задачи?

В качестве полигона для этих исследований были выбраны различные математические игры, в частности, игра "15" и игра "5",а в качестве инструментального метода исследования - регистрация движения глаз или гностическая динамика. Основными методами регистрации движения глаз были электроокулограмма и использование присоски, помещаемой на роговицу.

Цель каждой такой игры заключается в переходе от некоторой исходной ситуации к конечной. Переходы осуществляются путем последовательного перемещения фишек по горизонталям и вертикалям на свободное поле.

Возьмем, например, игру "5", исходная и конечная ситуации в которой выглядят, соответственно, следующим образом:

и

Рис 1.

Оптимальным образом задача решается за шесть ходов, которые соответствуют перемещениям фишек 1, 4, 5, 3, 2, 1. Решение было бы намного сложнее, если бы на первом ходу двигалась бы, например, фишка 2, или на втором ходу - фишка 3. Понятно, что задача может быть представлена в виде дерева (или лабиринта), корнем которого является исходная ситуация, а перемещение каждой фишки приводит в новую вершину. Все ситуации являются при таком подходе вершинами графа или точками на дереве игры и именно они являются теми элементами, из которых строится "модель мира". Два элемента связывает ход - преобразование одной ситуации в другую.

Такая модель игры приводит, вообще говоря, к полному перебору или "лабиринту" вариантов и составляет основу лабиринтной гипотезы мышления.

C другой стороны, анализ экспериментальных данных позволил вычленить два вида изменений параметров гностической динамики в процессе обучения решению задачи. А именно, изменения ряда параметров уже при решении второй или третьей из множества однотипных задач у одной из групп испытуемых характеризуется появлением точки излома.

К числу этих параметров относятся время решения задачи, количество осмотров условий, количество осмотров цели, общее количество осмотров, плотность осмотра и отношение числа осмотров условий к числу осмотров цели. У другой же группы испытуемых таких изменений не происходит.

Так, например, отношение числа осмотров условий задачи к числу осмотров цели у первой группы испытуемых претерпевает излом после решения второй задачи и продолжает уменьшаться при решении числа последующих задач. У второй группы испытуемых уменьшения этого отношения не происходит. То же относится и к времени решения задач.

Анализ и других экспериментальных данных подтвердил существование некоторых общих тенденций в динамике обучения решению задач.

Есть все основания полагать, что основным фактором, влияющим на временные характеристики этого процесса у первой группы испытуемых, является момент понимания эквивалентности задач или транспозиции (переноса) отношений, сформированных в ходе решения первых задач.

Изучение всей совокупности данных позволяет связать формирование подобной системы отношений со временем решения второй и последующих задач - именно тогда формируется то общее, что связывает первую и вторую задачи. Осознание общности и, следовательно, "открытие" эквивалентности происходит при столкновении с третьей задачей.

Сопоставление экспериментальных данных свидетельствует также о том, что соотнесение различных ситуаций связано между собой посредством такого когнитивного компонента, как анализ цели. Иначе говоря, анализ исходной ситуации управляется анализом цели и процессом соотнесения исходной и конечной ситуаций. Таким образом, моделирование исходной ситуации является управляемым компонентом, а установленные в конечной ситуации отношения являются регулятором этого моделирующего процесса. Сама же модель исходной ситуации рассматривается с точки зрения ситуации конечной.

Эту модель можно также изобразить в виде графа, но вершинами этого графа будут не ситуации, как при использовании "лабиринта" вариантов, а элементы ситуаций. Ребрами, соединяющими вершины, будут не переходы из одной ситуации в другую, а те отношения, которые были выявлены на множестве этих элементов с помощью гностической динамики. Эти соображения и составляют основу модельной гипотезы мышления.

2. Модельная гипотеза и решение проблем

Теперь уместно подробнее остановиться на том, как именно трактует модельная гипотеза решение проблем. Здесь можно выделить следующие шаги:

а) описание начальной ситуации (например, игровой позиции);

б) описание целевой ситуации;

в) поиск гомоморфного отображения из а) в б) либо, общего языка описания начальной и целевой ситуаций;

г) поиск подходящего набора Т операторов преобразования а) в б);

в) поиск последовательности операторов из Т, преобразующих а) в б).

Поясню некоторые моменты на примерах. Так, в шахматах можно исчерпывающим образом описать исходную позицию, задав положение каждой фигуры на доске. Но описание целевой ситуации формируется в других терминах, например "Белый король находится под шахом и не существует поля, куда бы он мог уйти от шаха или хода, который бы этот шах ликвидировал". Т.е. описание исходной и целевой ситуации выполнены в таком случае на разных языках и находятся в различных лабиринтах.

Эксперименты же демонстрируют другой способ описания позиций, присущий опытным шахматистам. Так, вместо отдельных фигур и их позиций появляются связки, вилки, сдвоенные и проходные пешки и т.д. Иными словами, делается попытка описать исходную ситуацию на языке целевой.

В шахматах нет нужды искать подходящую систему операторов - она там имеется. Однако если взять другую задачу, например, изготовление плова из заданного набора ингредиентов, да еще представить себе, что дело происходит на соревнованиях поваров, то каждый повар сформирует свой набор операторов преобразования и победит тот участник соревнований, чей набор операторов Т приведет к более съедобному результату.

Сходные соображения, касающиеся и многих других задач, решаемых человеком, позволяют сформулировать следующую гипотезу:

отображение внешнего мира в сознании человека происходит в виде формирования конечного набора отношений, связывающих отдельные элементы отображаемого мира. Сами элементы при этом выступают в определенных ролях, зависящих от вида отношения.

Что касается языка, то он должен сохранять эту структурированность.

3. Язык ситуационного управления

Язык в модельной гипотезе мышления выступает, прежде всего, как средство описания ситуаций и правил их преобразования.

Первый шаг на пути построения такого языка и нахождения соответствующих механизмов - выделение в лексике языка групп, несущих определенную нагрузку при описании объектов, ситуаций и процедур преобразования ситуаций, а также, принятия решений, если речь идет о задачах менеджмента.

Эти механизмы и составили содержание области исследований, возникшей в работах Д.А.Поспелова и Ю.И. Клыкова в конце 60-х годов, которую стали называть ситуационным управлением.

Основой этого подхода являлся язык ситуационного управления.

Для того, чтобы язык ситуационного управления мог выполнять свою роль, он должен был обладать средствами для описания имен, признаков, понятий, отношений, действий, возможностями квантификации, модальностями, оценками.

Основной единицей языка являлась простая ядерная конструкция вида (xyz). В средней ее позиции находится некоторое отношение или действие. В крайних позициях - понятия или имена.

Если в средней позиции находится отношение иметь имя, то в правой позиции стоит имя, если отношение иметь оценку - то в правой позиции стоит оценка и т.д.

Простые ядерные конструкции считаются синтаксически правильными конструкциями.

В простые ядерные конструкции разрешена подстановка в крайние позиции синтаксически правильных конструкций. Результат также будет являться синтаксически правильной конструкцией. Синтаксически правильная конструкция образуется также связыванием синтаксически правильных конструкций знаками конъюнкции или знаками отношений или знаками действий.

Словари имен и действий целиком определяются семантикой предметной области. Словарь же отношений носит более универсальный характер. Среди отношений ситуационного управления - временные отношения, пространственные отношения, отношения принадлежности, сравнения, классификации, каузальные, инструментальные, квантитативные, именования, приписывания оценки и целый ряд других отношений.

4. Ситуационный подход к управлению - ситуационное управление

Одним из основных постулатов ситуационного управления был постулат о конечности числа различных дискретных одношаговых управлений.

Это означало, что с каждым допустимым управлением можно связать некоторую обобщенную ситуацию, которая бы ему соответствовала. Язык описания этих обобщенных ситуаций вовсе не обязан совпадать с языком описания текущих ситуаций , возникающих на управляемом объекте.

Тогда возникала задача преобразования текущей ситуации, таким образом, чтобы результат преобразования оказывался сопоставим с некоторой обобщенной ситуацией. Ясно, что эта задача была задачей классификации.

Для решения этой задачи применялись методы обобщения текущих ситуаций. Для построения многошагового управления из множества одношаговых применялся так называемый метод экстраполяции ситуаций. В его же функции входило то, что на современном языке можно назвать разрешением конфликтного множества решений.

Среди методов обобщения особенно "хорошо шли" методы обобщения по признакам и методы обобщения по структурам ситуаций.

Среди методов обобщения по признакам - методы разделения в пространстве признаков, в частности, метод гиперплоскостей. Однако более интересны для целей ситуационного управления были методы, в которых выбор признаков мог управляться обобщенной ситуацией и, тем самым, быстрее приводить к нужному результату. В те годы М.М. Бонгардом были предложены методы, названные им методы узнавания - методы формирования решающего правила для оценки принадлежности объектов к формируемому понятию. Схема этих методов была такова: задавались логические функции от признаков, охватывающие как можно больше отношений между ними. Соответствующие предикаты полностью определялись семантикой той проблемной области, где проводилось обобщение. Важно было иметь как можно больше таких предикатов, а применение их к объектам могло быть и случайным.

Каждая такая функция рассматривалась как потенциальное элементарное разделяющее правило. Для отрицательных примеров (на обучающей выборке) она должна была обращаться в нуль, а для положительных - в единицу. Тогда дизъюнкция всех таких последних элементарных правил рассматривалась как окончательное разделяющее правило.

Существовали и другие методы формирования новых понятий, в числе которых - метод растущих пирамидальных сетей (В.П.Гладун).

Обобщение по структурам ситуаций было "изюминкой" ситуационного управления. Существовало несколько методов обобщения по структурам.

Простейший способ основывался на том, что чем детальнее описание, тем большее число простых ядерных конструкций с одними тем же именем в левой позиции оно содержит. Таким образом, при исключении из описания простых ядерных конструкций, происходит его постепенное обобщение.

Основная идея другого метода заключалась в следующем:

пусть на языке ситуационного управления заданы описания ситуаций S₁ , S₂ ,…,S _n из множества S и пусть S* -фрагмент S_k (k=1,2,…,n).

Если известно, что ситуации S_k соответствует управлениеU, то, в соответствии со сказанным выше, имеет право на существование гипотеза, что фрагменту S* (обобщенной ситуации S* ) соответствует управление U. Если, на основании анализа положительных примеров из множества S, фрагмент S* обнаруживается и в других ситуациях, то достоверность гипотезы растет. Она растет особенно сильно, если этот фрагмент отсутствует в отрицательных примерах (соответствующих управлению, отличному от U). Тот фрагмент S** S_j (j {1,2,…,n}), для которого соответствующая гипотеза U`подтверждается на некотором множестве ситуаций S` и будет обобщенной ситуацией, соответствующей управлению U`для множества S`.

Для экстраполяции ситуаций разрабатывались так называемые логико-трансформационные правила, в качестве условий содержащие обобщенные ситуации, а в качестве заключений - необходимые управления и ссылки на результирующие обобщенные ситуации (и соответствующие логико-трансформационые правила). Здесь я обязан еще раз остановиться на некоторых особенностях метода ситуационного управления:

первая особенность) работа процедур обобщения ситуаций изменяла язык их описания;

вторая особенность) вырабатываемые управления изменяли текущую ситуацию на управляемом объекте;

третья особенность) экстраполяция ситуаций приводила к изменениям множества применимых логико-трансформационных правил.

Осознание этих особенностей и желание описать класс соответствующих моделей, привели к понятию семиотической системы.

5. От ситуационного управления к семиотическому моделированию

В начале 70-х годов в Москве начал работать постоянный семинар под названием "Семиотические методы управления в больших системах", на котором возник термин "Семиотическое моделирование". Этот термин означал методологию построения и использования моделей управления на основе логических и лингвистических средств.

Более формальное определение принадлежит Д.А. Поспелову (Поспелов,76). Д.А. Поспелов взял за основу определение формальной системы и расширил его в направлении учета особенностей, указанных в конце предыдущего раздела.

Определение. Семиотической системой W называется упорядоченная восьмерка множеств:

W=< T, R, A, P, , , , >,

где

T - множество основных символов;

R - множество синтаксических правил;

A - множество знаний о предметной области;

P - множество правил вывода решений (прагматических правил);

- правила изменения множества T;

- правила изменения множества R;

- правила изменения множества A;

- правила изменения множества P.

Если первые два множества порождают язык системы W, то и осуществляют его изменение.

Правила изменяют множество знаний о предметной области. Если считать знания аксиомами формальной системы (которую образуют первые четыре элемента из W), то правила , по существу, изменяют интерпретацию основных символов и, следовательно, правильно построенных формул языка семиотической системы W. Например, множество экземпляров основного символа "хороший программист" изменяется с течением времени даже в одном коллективе.

Правила изменяют прагматику системы. Например, звонок в дверь иногда означает, что надо отпереть замок. Но он же может означать, что надо побыстрее спрятаться, например, в ванную комнату. Решение зависит от ситуации!

Те обстоятельства, что изменения касаются четырех сущностей и они (изменения) связаны между собой, привели к следующим соображениям: на самом деле, речь идет не о четырех независимых сущностях, а об одной, а упомянутые четыре (якобы) сущности являются ее компонентами. Эта единая сущность и есть знак. Принципиальное отличие от идей классической семиотики состояло в том, что знак в прикладной семиотике наделялся четырьмя компонентами а не тремя, как в классической.

Развитием этих идей тогда занялся ряд учеников Дмитрия Александровича, в числе которых был и автор этих строк. В частности была построена интерпретация семиотических систем в структурах наподобие моделей Крипке, в которых были даны определения истинности формул семиотической системы и исследована достижимость «миров».

Поговорим немного подробнее о некоторых компонентах семиотической системы.