Файл: Пеноуз Роджер. Тени разума. В поисках науки о сознании.doc

В качестве примера вернемся к вычислению, приведенно­му в комментарии к возражению(§2.6): «распечатать по­следовательность изединиц, после чего остановиться». Если просто выполнять это вычисление в точном соответствии с данными инструкциями, то его никоим образом невозможно будет завершить, даже если каждый отдельный его шаг будет занимать наименьший возможный с точки зрения теоретической физики промежуток времени (околос) — на его выпол­нение потребуется срок, невообразимо больший нынешнего воз­раста Вселенной (или достижимого ею в любом обозримом бу­дущем). И все же это вычисление весьма просто описать (осо­бенно если припомнить, что), причем абсолютно очевидно, что в конечном итоге оно все равно завершится. Ес­ли же мы вознамеримся счесть, что вычисление зациклилось на том только основании, что оно якобы «выполняется слишком долго», каким безнадежно далеким от истины окажется такое предположение!

Несколько более интересным примером может послужить вычисление, которое, как нам недавно стало известно, все-таки завершается, хотя долгое время казалось, что конца ему не предвидится. Это вычисление происходит из допущения, сделан­ного великим швейцарским математиком Леонардом Эйлером, и состоит в отыскании решения в положительных целых числах (т. е. натуральных числах, кроме нуля) следующего уравнения:

В 1769 году Эйлер предположил, что это вычисление является незавершаемым. В середине 1960-х Л.Лэндером и Т. Паркином была предпринята попытка отыскать решение с помощью специ­ально разработанной компьютерной программы (см. [233]), одна­ко проект через некоторое время оставили ввиду отсутствия пер­спективы получить искомое решение в сколько-нибудь обозри­мом будущем — получаемые в процессе числа оказались слиш­ком велики для имеющегося в распоряжении математиков ком­пьютера, и они просто-напросто сдались. По всему выходило, что это вычисление и впрямь не завершается. Однако в 1987 году математику (человеку, кстати) Ноаму Элькису не только удалось показать, что решение таки существует, но и представить его в численном виде: ,,иОн также показал, что существует бесконечно много других решений, существенно отличных от полученного им. Воодушевленный этим результатом Роджер Фрай решил возоб­новить компьютерный поиск, внеся в программу несколько пред­ложенных Элькисом упрощающих поправок и, в конечном счете, затратив приблизительно 100 часов компьютерного времени, по­лучил несколько, правда, меньшее (вообще говоря, наименьшее возможное), но вполне подходящее решение:, ,и

Лавры за решение этой задачи следует разделить поровну между математическими интуитивными прозрениями и прямы­ми вычислительными подходами. Решая задачу математически, Элькис прибегал и к помощи компьютерных вычислений, пусть и относительно несущественных, хотя по большей своей части его аргументация таких подпорок не требует. И наоборот, как мы видели выше, для того чтобы сделать вычисление вообще воз­можным, Фраю потребовалось весьма существенная помощь со стороны человеческой интуиции.

Думаю, следует поместить нашу задачу в несколько более подробный контекст — первоначальное предположение Эйлера, сделанное в 1769 году, представляло собой нечто вроде обоб­щения знаменитой «последней теоремы Ферма», согласно ко­торой, как читатель, возможно, припоминает, верно следующее:

уравнение

не имеет решения в положительных целых числахесли n больше 2 (см., напр., [88]9). Мы можем перефразировать предположение Эйлера и записать его в следующем виде: не име­ет решения в положительных целых числах уравнение

гдесуть положительные целые числа общим количеством, аравно 4 или больше. Утверждение Ферма относится к случаю(частный случай предположения Эйлера, причем то, что соответствующее уравнение решений не имеет, сам Ферма и доказал — вот только доказательства нам не оставил). Прошло почти 200 лет, прежде чем был найден первый пример, опровергающий предположение Эйлера (в случае), - для отыскания решения был использован компьютерный перебор (подробнее об этом можно прочесть в той же статье Лэндера и Паркина, на которую я уже ссылался выше и в которой сообща­ется о неудаче со случаем):

Вспомним еще об одном знаменитом примере вычисления, о котором известно лишь то, что оно в конце концов завершает­ся; когда именно оно завершается, неизвестно до сих пор. Это вычисление связано с задачей об отыскании точки, в которой одна хорошо известная приближенная формула для определения количества простых чисел, меньших некоторого положительно­го целого n (интегральный логарифм Гаусса), оказывается не в состоянии это количество оценить. В 1914 году Дж. Э. Литлвуд показал, что в некоторой точке эта задача имеет решение. (При­близительно то же можно выразить и иначе: например, доподлин­но известно, что две кривые в некоторой точке пересекаются.)

В 1935 году ученик Литлвуда по фамилии Скьюс показал, что упомянутая точка приходится на число, меньшее, однако точное число так и остается неизвестным, хотя оно, конечно же, значительно меньше предела, поставленного Скьюсом. (Это число называли в свое время «наибольшим число, когда-либо естественным образом возникавшим в математике», однако тот временный рекорд оказался на настоящий момент побит с огром­ным отрывом в примере, приведенном в работе Грэма и Ротшиль­да [164], с. 290.)

3.27. Вычислительная математика: процедуры нисходящие или восходящие?

В предыдущем разделе мы могли убедиться, какую неоцени­мую помощь могут оказать компьютеры при решении некоторых математических задач. Во всех упомянутых успешных примерах примененные вычислительные процедуры носили исключитель­но нисходящий характер. Более того, лично мне не известно ни об одном сколько-нибудь значительном чисто математическом результате, полученном с помощью восходящих процедур, хотя вполне возможно, что такие методы могут оказаться весьма по­лезными в различного рода поисковых операциях, входящих в состав каких-либо по преимуществу нисходящих процедур, пред­назначенных для отыскания решений тех или иных математиче­ских задач. Может, так оно и будет, однако мне до сих пор не доводилось сталкиваться в вычислительной математике ни с чем таким, что хотя бы отдаленно напоминало конструкции вроде на­шей формальной системы, которые можно было бы предста­вить себе в качестве основы для деятельности «сообщества обу­чающихся математических роботов», описанного в §§3.9—3.23. Противоречия, с которыми мы всякий раз сталкивались, пыта­ясь изобразить упомянутую конструкцию, призваны подчеркнуть тот факт, что такие системы просто не могут предложить нам сколько-нибудь результативный метод математического иссле­дования. Компьютеры приносят огромную пользу в математи­ке, но только тогда, когда их применение ограничивается нис­ходящими вычислениями; для того же чтобы определить, какое именно вычисление необходимо выполнить, требуется идея, по­рожденная человеческим пониманием, то же понимание потребуется и на заключительном этапе процесса, т. е. при интерпре­тации результатов вычисления. Иногда очень значительный эф­фект дает применение интерактивных процедур, предполагающих совместную работу человека и компьютера, или, иначе говоря, участие человеческого понимания на различных промежуточных стадиях процесса. Попытки же полностью вытеснить элемент человеческого понимания и заменить его исключительно вычис­лительными процедурами выглядят, по меньшей мере, неумными, а если подойти к делу с более строгих позиций — то и вовсе неосуществимыми.

Как показывают представленные выше аргументы, матема­тическое понимание представляет собой нечто, в корне отличное от вычислительных процессов; вычисления не могут полностью заменить понимание. Вычисление способно оказать пониманию чрезвычайно ценную помощью, однако само по себе вычисление действительного понимания не дает. Однако математическое по­нимание часто оказывается направлено на отыскание алгорит­мических процедур для решения тех или иных задач. В этом слу­чае алгоритмические процедуры могут «взять управление на се­бя», предоставив интеллекту возможность заняться чем-то дру­гим. Приблизительно таким образом работает хорошая система обозначений — такая, например, как та, что принята в дифферен­циальном исчислении, или же всем известная десятичная система счисления. Овладев алгоритмом, скажем, умножения чисел, вы сможете выполнять операцию умножения совершенно бездумно, алгоритмически, при этом в процессе умножения вам совершенно ни к чему «понимать», почему в данной операции применяются именно эти алгоритмические правила, а не какие-то другие.

Помимо прочего, на основании всего вышеизложенного, мы приходим к выводу, что процедура, необходимая для «обучения робота математике», не имеет ничего общего с процедурой, кото­рая в действительности обусловливает человеческое понимание математики. И уж во всяком случае подобные, по преимуще­ству восходящие процедуры, по всей видимости, абсолютно не годятся, с практической точки зрения, для построения робота-математика, даже такого, который не будет претендовать на ка­кую бы то ни было симуляцию действительного понимания, при­сущего математикам-людям. Как мы уже указывали ранее, когда дело доходит до неопровержимого установления математической истины, сами по себе восходящие процедуры обучения оказываются совершенно неэффективными. Если уж нам предстоит изоб­рести вычислительную систему для производства неопровержи­мых математических истин, гораздо эффективнее будет постро­ить эту систему в соответствии с нисходящими принципами (по крайней мере, в той ее части, которая будет отвечать за неопро­вержимость производимых ею утверждений; в части же, занятой изысканиями, вполне могут пригодиться и восходящие процеду­ры). Что касается обоснованности и эффективности упомянутых нисходящих процедур, то о них должен позаботиться человек, осуществляющий первоначальное программирование, т. е. суще­ственно необходимыми компонентами процесса, недостижимыми посредством чистого вычисления, оказываются человеческое по­нимание и способность проникать в суть.

Вообще говоря, в нынешнее время компьютеры нередко именно таким образом и используются. Самый знаменитый при­мер — уже упоминавшееся выше доказательство теоремы о четы­рех красках, осуществленное Кеннетом Аппелем и Вольфгангом Хакеном с помощью компьютера. Роль компьютера в данном случае свелась к выполнению некоторого четко определенного вычисления для каждого возможного варианта, причем количе­ство альтернативных вариантов, хотя и было весьма велико, со­ставляло все же величину конечную; исключение этих возмож­ных вариантов дает основания для проведения (математиками-людьми) требуемого общего доказательства. Имеются и другие примеры подобных доказательств «с компьютерной поддерж­кой», а кроме того, сегодня на компьютере выполняют не только численные расчеты, но и сложные алгебраические преобразо­вания. И в этом случае работой компьютера управляют строго нисходящие процедуры, правила же для этих процедур формули­руются человеком в результате понимания задачи.

Следует упомянуть и еще об одном направлении работ — так называемом «автоматическом доказательстве теорем». К этой категории можно отнести, например, набор процедур, состоящий в определении некоторой фиксированной формальной системы и последующей попытки вывода теорем в рамках этой системы. Изнам известно, что отыскание доказательств всех теорем системыодного за другим, есть процесс исключительно вы­числительный. Такие процессы можно автоматизировать, однако если автоматизация выполнена без должного внимания и пони­мания, то полученный результат окажется, скорее всего, крайне неэффективным. Если же к разработке компьютерных процедур привлечь-таки эти самые внимание и понимание, то можно до­биться весьма и весьма впечатляющих результатов. В одной из разработанных таким образом схем (см. [49]) правила евклидовой геометрии были преобразованы в весьма эффективную формаль­ную систему, способную доказывать существующие геометриче­ские теоремы (а иногда и открывать новые). Приведем конкрет­ный пример из практики этой системы: перед ней была поставле­на задача доказать гипотезу В. Тебо — геометрическое предполо­жение, выдвинутое в 1938 году и доказанное лишь относительно недавно (в 1983) К. Б. Тейлором, — с чем она как нельзя более успешно справилась за 44 часа компьютерных вычислений).

Более близкую аналогию с описанными в предыдущих раз­делах процедурами можно усмотреть в предпринимаемых раз­личными исследователями на протяжении последних приблизи­тельно десяти лет попытках разработки «искусственно-интел­лектуальных» процедур для реализации математического «по-нимания». Надеюсь, представленные мною аргументы дают ясное представление о том, что каковы бы ни оказались успехи подобных систем, действительного математического понимания они ни в коем случае не достигнут! Некоторое отношение к упомянутым трудам имеют и попытки создания автоматических «теоремо-порождающих» систем; задачей такой системы яв­ляется отыскание теорем, которые можно отнести к категории «интересных» — в соответствии с определенными критериями, заданными системе заранее. Насколько мне известно (и думаю, многие с этим согласятся), из этих попыток пока что ничего, что представляло бы сколько-нибудь реальный математический ин­терес, не вышло. Мне, несомненно, возразят, что мы еще лишь в начале пути, и наверняка в будущем от них можно ожидать самых потрясающих результатов. Однако всякому, кто дочитал до этого места, уже должно быть ясно, что лично я крайне скептически отношусь к возможности получения из всех этих начинаний хоть какого-то подлинно положительного результата — разве что мы наконец выясним точные пределы возможностей таких систем.