Информатика для медиков. ОБЩАЯ ЧАСТЬ (Г. А. Хай, 2009)

По некоторым данным, термин «информатика» появился в 1966 г. Он был официально признан на Международном конгрессе в Японии в 1980 г. Так назвали компьютерную науку, изучающую процессы получения, преобразования, хранения и передачи информации с помощью новых технических средств. Со временем информатика «отодвинула» на задний план кибернетику (греч. кибернос – рулевой)– науку об общих законах управления в неживой природе, живой природе и обществе. Отцом ее по праву считается крупнейший математик современности Норберт Винер, в 1948 г. опубликовавший книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». Именно кибернетика предопределила появление электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Впоследствии это название повсеместно было заменено термином «компьютер» (вычислитель).

Сегодня существует множество разнообразных определений информатики, но все они связывают информационные процессы с использованием компьютера. На самом деле это не так.

Если взглянуть на проблему разностороннего информационного обеспечения общественных, профессиональных и личных нужд, то следует признать, что практическая информатика существовала всегда, с эпохи становления человечества, но реализовалась различными методами задолго до компьютерной эры.

Информатика – это наука, изучающая технологию удовлетворения информационных потребностей общества.

Медицинская информатика – наука, изучающая технологию удовлетворения информационных потребностей отрасли – медицины и здравоохранения.

С этих позиций наукой, изучающей технологию удовлетворения материальных потребностей общества, является экономика, а энергетических потребностей – энергетика.

Это три основных вида потребностей живой природы, социальных структур и индивидуумов. Иными словами, речь идет о ресурсном обеспечении удовлетворения потребностей. Термин «технология» обозначает способ достижения цели.

Таким образом, все расставляется по своим местам. О медицинской информатике, являющейся основной темой этой книги будет написано отдельно.

Универсального определения информации не существует. Это такое же базовое, фундаментальное понятие, как материя, энергия, время, пространство. Н. Винер дает такое понятие: «Информация – это не материя и не энергия. Информация есть информация». Некоторые ученые считают, что понятие информации правомерно только применительно к живой природе. Однако имеются частные определения.

Семантической (смысловой) информацией называют сумму сведений, обладающих элементами новизны. Понятно, что для разных людей мера новизны одного и того же полученного ими сообщения, т. е. его содержательная информационная ценность, может быть различной.

Кто-то уже хорошо знает содержание полученного сообщения, кто-то узнает его впервые, кто-то знает только часть полученных сведений, а остальные оказываются для него новыми. Вот именно эта мера предшествующего незнания содержания сообщения получившим его лицом (приемником) определяет меру смысловой новизны, меру ценности семантической информации.

Кроме того, следует иметь в виду, что не все новые сведения интересны, нужны и правдивы. В них может быть много «информационного мусора». Именно поэтому чаще отдают предпочтение практическому (прагматическому) значению новых сведений.

Прагматической информацией называют такую информацию, которая необходима субъекту для выбора решения в соответствии с имеющейся у него целью.

Пример. На прием к врачу обратилась словоохотливая старушка и сразу же начала преподносить ему совершенно новые для него сведения о своей предшествующей жизни и сегодняшних взаимоотношениях с родственниками и соседями.

С позиции содержания услышанного сообщение старушки имеет полную семантическую ценность. Однако оно ни на шаг не приближает врача (если только он не психиатр, а интернист) к практической цели визита пациентки. Для установления диагноза и выбора адекватного метода лечения нужны жалобы, анамнез заболевания и жизни, данные объективного обследования и показанных вспомогательных исследований. Перечисленное составляет содержание прагматической информации в данных условиях.

Существует также понятие стратегической информации, необходимой для выбора оптимальных решений.

Из сказанного явствует, что информация не существует «сама по себе» – она связана с передачей сообщений и иными видами взаимодействия между различными объектами. Информационное взаимодействие включает следующие обязательные компоненты: источник информации, переносчик информации (сигнал), канал связи, приемник информации. Все они имеют реальные материальные пространственно-временные характеристики.

Источником информации может быть все что угодно, кроме так называемой черной дыры – материального объекта такой массы, с такой силой тяготения, что он поглощает из близлежащего пространства все материальные тела и излучения и ничего не испускает вовне. Все остальные материально-энергетические объекты могут рассматриваться в качестве источников информации о самих себе. Переносчиками информации – сигналами — также могут быть любые движущиеся материальные тела и излучения, начавшие свой путь от источников и завершившие его в приемнике. Следует различать три типа сигналов:

– генерируемые самим источником;

– возникающие извне и отражаемые источником;

– возникающие извне и проходящие через источник.

У всех типов сигналов есть общее свойство: ни один из них не отображает состояние (структуру и функцию) источника полностью, только какие-то его части, какие-то характеристики. Кроме того, часть генерируемых источником сигналов поглощается им же внутри, а часть рассеивается в окружающем пространстве.

Схема 1.1. Компоненты информационного взаимодействия

То же происходит и с сигналами двух других типов. Отсюда следует первый вывод: с учетом сигнального характера переноса информации она принципиально является неполной.

Полной информации попросту не существует. Это грустное утверждение относится как к изучению окружающих нас объектов (в частности, организма наших пациентов), так и к возможности окончательного познания мира, в котором мы находимся.

Каналом связи может считаться любой материальный объект, расположенный между источником и приемником информации, по которому сигнал проходит от первого ко второму. В обиходном понятии канал связи – это телефонный шнур, телевизионный кабель, световод и т. п. Фонендоскоп тоже является каналом связи. Каналом связи для радиоволн и звуковых волн становится атмосфера Земли. Космос, который, кстати говоря, не пуст, тоже является каналом связи. Иными словами, канал связи – это некий физический объект.

Что же происходит, когда один физический объект (сигнал) проходит по другому физическому объекту – каналу связи? Они неизбежно взаимодействуют между собой, что также неизбежно ведет к частичной (большей или меньшей) утрате сигналов и к частичному их искажению. Отсюда следует второй вывод: любая передаваемая информация является в той или иной мере недостоверной.

Вспомните бытовое понятие «испорченный телефон». Вы что-то кому-то рассказали, ваш собеседник рассказал об этом еще кому-то, тот – кому-то еще и т. д. В результате это сообщение вернулось к вам в таком искаженном виде, что вы отказываетесь признать себя его автором (источником информации).

Проблема уменьшения искажения информации на каналах связи является в основном технической.

Приемник информации. Чисто теоретически приемником информации может считаться любой объект, который вступил во взаимодействие с сигналом, испущенным неким источником. На самом деле это не так. Сигнал должен быть не только принят, но и понят (декодирован). Без этого говорить о передаче информации с помощью сигнала неправомерно. Приемник должен не просто физически или даже биологически прореагировать на взаимодействие с полученным сигналом, но и понять смысл того, что этот сигнал несет, о чем он свидетельствует. А это уже зависит от структуры и возможностей самого приемника.

Процесс прохождения сигнала по каналу связи и восприятия его приемником имеет большую или меньшую временную протяженность. Даже для света в условной пустоте. Даже для очень малых расстояний. А за это, пусть и очень небольшое время, необходимое, чтобы сигнал достиг приемника, был им принят и декодирован, источник информации, будучи материальным объектом, изменился. Хоть немного, но он уже другой. Из этого следует третий вывод: любая передаваемая информация в принципе является несвоевременной, запаздывающей.

И здесь мы снова возвращаемся к определению понятия информации. Информация — это индивидуальная интерпретация приемником результатов его взаимодействия с сигналом.

Из этого определения следуют два вывода:

1. Для такой интерпретации приемник должен обладать соответствующими возможностями. Эти возможности предоставляет только головной мозг. Поэтому, как считают многие специалисты, понятие получения информации правомерно только по отношению к биологическим объектам, обладающим мозгом. Живые существа, не имеющие мозга, безусловно реагируют на множество «сваливающихся» на них сигналов. Однако это чисто биологический процесс, ограничивающийся прямой цепочкой «стимул – реакция». Цепочкой достаточно сложной, но не включающей последующего этапа интерпретации, т. е. осознания происшедшего, что необходимо для выбора образа действия, – процесса, стоящего на ступеньку выше даже очень непростой биологической реактивности. Эти возможности появляются только у животных.

2. Понимание смысла полученного приемником сигнала зависит, в первую очередь, от биологического уровня этого приемника – и соответственно от сложности развития его мозга (от примитивных животных до человека), а во вторую – от индивидуальных особенностей мозга на каждом таком уровне. Если говорить о человеке, то это обширнейший ассортимент разнообразных знаний, предшествующий получению сигнала. Практически речь идет о жизненном опыте, об образовании, профессии и, естественно, об уровне развития интеллекта.

Пример. Получив ленту с записью одной и той же ЭКГ, трое разных людей могут интерпретировать ее по-разному:

– первый, никогда не видевший электрокардиограммы: «Какая-то периодическая кривая. Может быть, послание от внеземных цивилизаций»;

– второй – врач-физиотерапевт, давно забывший, чему его учили в институте на кафедре кардиологии: «Это ЭКГ, но что она означает? Надо показать терапевту»;

– третий – врач-кардиолог. Для него расшифровка кривой не составит затруднений.

Есть такое определение: «Информация – это сведения об объекте, необходимые субъекту для решения любой даннойзадачи». Однако здесь речь идет только о стратегической значимости информации. В связи с этим ее аспектом необходимо напомнить, что информация в принципе не бывает полной, достоверной и своевременной. И применительно к выбору образа действия, выбору стратегии поведения или решению какой-либо иной задачи возникает понятие достаточности имеющейся информации.

Практически приходится смириться с критерием достаточности объема и содержания информации для решения той или иной задачи в данных условиях, в том числе приемлемой меры ее достоверности и не слишком большой задержки в получении необходимых сведений. Эти обстоятельства служат объективными причинами фактической неизбежности ошибок при выборе альтернативных решений, более или менее частых. Недаром говорят, что не ошибается только тот, кто ничего не делает. Компьютерные технологии, благодаря быстродействию, обеспечивают только лишь известную меру своевременности. Достаточность же и достоверность – прерогатива человека, добывающего нужные сведения. В частности, результаты обследования больного в клинической медицине имеют непосредственную прагматическую информационную ценность.

Прямой механический контакт: действие равно противодействию. Это взаимодействие сил. Если при этом возникает сигнал, который может быть принят и интерпретирован (кем-либо) о характере произошедшего события, то этот контакт является источником информации.

Взаимодействие неоднородных, но несистемных структур (куч). Что происходит? Принципиально несистемный объект становится большим или меньшим.

Взаимодействие системных структур. Вот тут-то и начинается формирование сигналов (вышибание, поглощение), их перенос и прием, т. е. начальная часть собственно информационного процесса.

Интерпретация принятых сигналов основывается на предшествовавшем уровне знания у принимающей системы. Это главное условие истинного информационного процесса.

Пример. Источником светового сигнала служит горящая белая лампа, свет которой может проходить через красный светофильтр. Приемник информации, не знающий о светофильтре, получив сигнал красного цвета, сочтет источником излучения красную лампу, а получив сигнал белого цвета, – белую лампу. Приемник, знающий о возможном включении светофильтра, в обоих случаях может правильно оценить значение сигнала.

В заключение этой главы позволю себе привести собственное иронически-философское определение понятия информации: если материя – объективная реальность, данная нам в ощущении, то информация – это субъективная ирреальность, данная нам в измышлении.

Сегодня понятие информатизации, как правило, отождествляется с понятием компьютеризации. На самом деле это тоже не так. Компьютеризация является лишь одним из способов информатизации, правда, наиболее современным и достаточно эффективным.

Под информатизацией следует понимать процесс и результат предоставления некоему объекту необходимой ему информации, требующегося ему информационного ресурса. Таким объектом в глобальном аспекте является все человечество, а в более узком – социальные или профессиональные сообщества, группы и отдельные индивидуумы.

Цели информатизации являются многосторонними. Начиная с индивидуального, группового и социального жизнеобеспечения, информационного обеспечения производственных и иных процессов общественной и личной деятельности, научной и образовательной работы, искусства и заканчивая удовлетворением собственного любопытства.

Традиционными современными методами информатизации пока еще являются книги и сеть их хранилищ – библиотек, разнообразнейшие документы (включая архивы), СМИ (радио, телевидение, кино, пресса), реклама, публичные и межличностные сообщения, включая сплетни, а также такие специальные методы, как все виды разведки. Все они, кроме прямых межличностных контактов, требуют специального – иногда сложного и дорогостоящего – технического обеспечения.

Компьютеризация во многом облегчила, но и видоизменила этот процесс, привнеся в него необходимость жесткой регламентации и стандартизации технологии информационной работы.

По недавно опубликованным сведениям, сегодня в мире один персональный компьютер (ПК) приходится в среднем на 10 человек населения Земли независимо от возраста. Это намного превзошло прогнозы 80-х годов прошлого столетия: на конец XX века – один ПК на 50 человек. Правда, существует всего 15 развитых стран, где такая насыщенность максимальна. Россия входит в их число. Наиболее компьютеризированной страной остаются США.

Не стану повторять давно написанное о предпосылках и истории создания компьютеров. Замечу только, что сегодня мы используем ПК четвертого поколения в развитии и совершенствовании технической и информационной базы. С разработкой ЭВМ пятого поколения, что декларировали японские конструкторы, пока ничего не получилось – в общем, по понятным причинам. Но об этом – отдельно.

Вынужденная регламентация и стандартизация информационных технологий при использовании компьютера не является благом. Во многих трудно формализуемых областях знаний, к которым относятся биология, медицина, психология, социология, такие жесткие требования ограничивают необходимую индивидуализацию многогранных и разнообразнейших содержательных знаний об объектах, что влечет за собой определенные утраты чисто смысловых аспектов в стандартных их описаниях. Но за все надо платить, и сегодня – это плата за те колоссальные преимущества, которые предоставляет современный компьютер.

Информатизация медицины и здравоохранения также не сводится только к их компьютеризации. Традиционные методы по-прежнему доминируют. Но применение ПК существенно улучшает и ускоряет эту работу. Некоторые ее виды без компьютера вообще были бы невозможны. В то же время в процессе интенсивной и азартной компьютеризации этой отрасли наблюдается много ошибок.

В 1986 г. Минздрав СССР доложил на Всесоюзной конференции о компьютеризации сети ЛПУ в стране. Обеспеченность ЭВМ отечественного производства составила в среднем 1 экз. на 58 больниц и 1 экз. на 156 поликлиник.

Сегодня в ряде ЛПУ насыщенность компьютерами вполне достаточная. Правда, далеко не во всех. А вот их использование…

Все информационные процессы происходят не только во времени, но и в реальном пространстве. Если они включают все компоненты такого процесса (источник, сигнал, канал связи и приемник), то их называют информационным пространством (например, работающий телецентр, телевизионный кабель и включенный дома телевизор).

Следует заметить, что в одном и том же реальном пространстве может одновременно сосуществовать огромное количество информационных пространств, нередко взаимодействующих и мешающих друг другу. Это самостоятельная техническая и организационная проблема, связанная с договорной регламентацией радиочастот от разных источников в эфире и со многими другими сложностями. В то же время по одному и тому же техническому (физическому) каналу связи возможна передача различных сигналов от разных источников, предназначенных для разных приемников.

Если функции приемника и передатчика совмещены в одном техническом устройстве (например, в телефонном аппарате) либо расположены в одном помещении, то попеременное или даже одновременное их применение с использованием одного и того же канала связи обеспечивает возможность двусторонней и даже многосторонней связи между абонентами. При этом физические каналы остаются теми же, но направление проходящих по ним сигналов изменяется на противоположное.

Нередко возникает необходимость предупредить затухание сигналов в протяженных каналах связи либо перенаправить их к другим приемникам. Для этого используются специальные промежуточные устройства, называемые ретрансляторами. Кстати, таким ретранслятором является и надомная телевизионная «тарелка». Самостоятельной проблемой при передаче прямолинейно распространяющихся электромагнитных сигналов на большие расстояния становится кривизна поверхности Земли. Эту задачу успешно решают специализированные спутники связи, дислоцированные на околоземных орбитах в качестве тех же ретрансляторов.

Следует заметить, что немалой самостоятельной технической и информационной проблемой является поиск приемником нужных ему сигналов и выделение их из «общей кучи». Вспомните многолетнюю международную программу SETI, предназначенную для поиска сигналов от внеземных цивилизаций. Аналогичную задачу повседневно и, можно сказать, постоянно решает самый совершенный приемник – человеческая голова. Активный поиск нужных сигналов, выделение их из массы других и отбор сигналов, несущих необходимую (неважно для чего) информацию, является одной из важнейших функций головного мозга. Причем не только человека, но и всех животных, обладающих мозгом.

В рамках данной книги нет необходимости подробнее говорить о технических и содержательных аспектах передачи информации по каналам связи (например, классическую работу К. Шеннона). Хочу только подчеркнуть, что множество разнообразнейших информационных пространств, наряду с универсальностью, получили и продолжают получать свою специализацию.

Одной из перспективных и успешно используемых форм организации информационных пространств является информационная сеть. Ее создание стало возможным только с использованием современных компьютерных технологий, где ПК выступает в качестве и приемника, и передатчика информации, а каналы связи со множеством ретрансляторов охватывают всю Землю в качестве глобальной сети Интернет.

Не так давно была разработана специализированная информационная сеть для взаимосвязи ЛПУ и органов здравоохранения, а также ЛПУ между собой – MedNet. Несмотря на то что MedNet была рекомендована почти в директивном порядке, прижилась она не всюду, однако на некоторых территориях ею успешно пользуются и вполне довольны.

Одним из важных направлений использования информационных сетей в профессиональной клинической деятельности является так называемая телемедицина.

Однако закончить эту главу я хочу несколько неожиданно. Высокий уровень информатизации и его техническая обеспеченность являются в сегодняшнем мире одним из важнейших факторов обороноспособности каждой страны, наряду с ее вооружением.

Материальный мир имеет чрезвычайно сложную иерархическую структуру, хотя, по-видимому, существует и развивается по единым простым правилам. Его изучением занимаются различные, в том числе далекие друг от друга естественные науки.

Существует самостоятельная наука — общая теория систем. По сути, ее следует именовать метатеорией, поскольку в иерархии наук она занимает место между естественными (физическими, биологическими и т. д.) науками и такой общемировоззренческой наукой, которой является философия.

Автором общей теории систем принято считать Л. фон Берталанфи, однако на самом деле ее основоположником является наш соотечественник А. А. Богданов (Малиновский) (1873 – 1928) – врач, философ и общественный деятель. В 1989 г. выпущено двухтомное собрание его трудов за 1913 – 1928 гг. «Тектология (Всеобщая организационная наука)».

Общая теория систем изучает и описывает общие закономерности «устройства и изменения» (развития и распада), т. е. организации объектов нашего многообразного и сложнейшего мира.

Именно на базе общей теории систем возникли такие науки, как кибернетика – наука об общих законах управления в сложных системах, и синергетика – наука о путях их развития. Любые информационные технологии, в том числе и диагностические, также имеют четко выраженный системный характер.

Что же вкладывается в понятие системы? Существует много различных определений. Для целей данного изложения мне импонирует следующее: система – целостный иерархический объект, рассматриваемый как пространственно-временная совокупность взаимосвязанных элементов, в которой свойства системы как целого не сводятся к сумме свойств ее элементов.

Свойства молекул не сводятся к сумме свойств составляющих их атомов; свойства автомобиля не сводятся к сумме составляющих его деталей; свойства многоклеточных организмов не сводятся к сумме свойств их «биологических кирпичиков» – клеток;

ит.д.

Свойства заболевания как целостного явления, события (нозологической формы) не сводятся к сумме свойств составляющих его взаимосвязанных частных патологических процессов.

В целостной системе появляется новое качество – новая совокупность свойств, появляется то, чего ранее не было.

В. А. Энгельгард говорил, что если А и В образуют С, то причина этого заключается в связке «и».

«Секрет» возникновения нового качества кроется в формировании взаимосвязи. То, что мы рассматриваем в данный момент в качестве элементов, на самом деле не является «элементарным», а, в свою очередь, состоит из взаимосвязанных «субэлементов». Сложное состоит из простого. Но простое также не элементарно.

Молекула воды (системный объект) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Это ее элементы. Атом, в свою очередь, состоит из ядра и электронных оболочек. Это его элементы. При образовании молекулы воды элементом взаимосвязи становятся общие электронные оболочки. Происходит экзотермическая реакция: лишний элемент связи вышибается за пределы вновь образовавшейся системы, приобретающей новое качество, отличное от свойств исходных элементов. Для того чтобы произошел обратный процесс (разложение воды на водород и кислород), необходимы затраты энергии, электролиз, «внедрение элементов связи по линиям дезингрессий» (по А. А. Богданову).

И так во всем материальном мире, снизу доверху в его иерархическом устройстве. То обстоятельство, что элементы связи лежат в этой иерархии глубже рассматриваемого уровня, где видны только элементы, а связи часто не просматриваются, создает серьезнейшие гносеологические трудности. Иллюстрацией сказанного служит простой формальный пример:

где A, B – элементы; a, b, c – их составные части (субэлементы); С – вновь образованный более сложный системный объект; b – элемент связи между А и В; & – обозначение объединения, взаимосвязи.

«Лишний» в данном пространственно-временном интервале системного объекта С субэлемент b (по сумме в А и В их было два) «вышибается» за пределы новой системы. Отсюда: формирование связи возможно только при наличии одноименных субэлементов. Вышибленный субэлемент становится сигналом о происшедшем событии для принимающей системы, располагающей одноименным субэлементом, иначе этот сигнал не будет принят. Это информационный процесс. Иными словами: сигнал b может быть принят, только если приемник располагает своим субэлементом b, и соответственно, сигнал a – при наличии у приемника субэлемента a. Сказанное относится и к волновым процессам, к резонансу (в частности, к настройке приемника на определенную волну).

Замечание. Новый, более сложный системный объект верхнего иерархического уровня образуется при объединении по меньшей мере двух объектов более низкого уровня (атом & атом = молекула). При объединении любого системного объекта с другими «своими» элементами получается системный объект того же самого уровня, но более «громоздкий» [атом H & (2 нейтрона) & протон & электрон = все-таки атом (водород гелий)].

Весь известный материальный мир может быть удобно описан таким образом. Это касается «вещественных» объектов и объектов «событий», т. е. того, что происходит с вещественными объектами. События также имеют свою системную иерархию, элементы и связи. При этом является очень важным тот факт, что сама связь «располагается» в системной иерархии глубже того уровня, который рассматривается в данный момент. Поскольку каждый элемент на самом деле является достаточно сложным, хотя и рассматривается как целостная структура, связь реализуется через общие их части. Это обстоятельство является причиной многих познавательных трудностей, в том числе и в диагностическом процессе.

Системные событийные связи являются пространственно-временными. Во временной шкале – от прошлого к будущему через настоящее – они становятся причинно-следственными связями, имеющими детерминистский или вероятностный характер. Вне системных объектов, в «куче событий» предшествующие события могут не быть причиной последующих («после этого не значит вследствие этого»). Это очень важный элемент системного анализа.

Различают системы: материальные естественные и созданные искусственно и идеальные (абстрактные), реализующие как мысленные представления о мире, так и лингвистические, и формальные их описания. Число иерархических уровней материальных систем, учитывая неизвестную глубину дифференциации материи, практически может считаться бесконечным, однако при их описании избирается некоторый уровень, принимаемый за базовый (например, кварк, молекула, биологическая клетка, деталь машины и т. д.). Число элементов и число связей на каждом иерархическом уровне системы конечно. Верхний уровень сложной системы определяет ее наименование, в соответствии с которым она и рассматривается как самостоятельный объект. Наивысшим уровнем материальных систем, вероятно, следует считать саму Вселенную. Число иерархических уровней идеальных систем определяется как нашими знаниями о мире, так и избранными масштабами при его описаниях. В свою очередь, выбор масштаба зависит от поставленных задач и определяется мерой достаточности для их решения. Элемент системы есть объект, рассматриваемый как целостный на данном иерархическом уровне сложной системы. Учитывая же, что на самом деле каждый такой элемент, в свою очередь, имеет иерархический системный характер, можно считать, что на более глубоком уровне по отношению к данному он также представлен в виде взаимосвязанных «субэлементов» и т. д.

Таким образом, любой элемент описывается в виде целостного, «элементарного» только на том иерархическом уровне системы, который рассматривается в данный момент. Следовательно, простейшая система состоит по меньшей мере из четырех объектов: системы как целого, минимум двух элементов и хотя бы одного (суб)элемента связи (взаимосвязи) между ними. Такая гипотетическая система («системный квант») рассматривается на трех иерархических уровнях: уровень целого, уровень элементов и уровень связи. Объект в данном контексте понимается как некая целостная структура (открытая, полуоткрытая или замкнутая относительно иных структур окружающей среды), характеризующаяся своим качеством (структурой и функцией) в некотором пространственно-временном интервале. Качество как совокупность свойств проявляется только во взаимодействии, в связях с окружающим миром. Поэтому, говоря о степени открытости или замкнутости объекта, имеют в виду только локальные свойства «верхнего системного уровня» рассматриваемого объекта, тем более что абсолютно замкнутых объектов, вероятно, не существует.

Следует подчеркнуть, что хотя в любой системной иерархии возникает новое качество со своими свойствами, общее число этих новых свойств может быть существенно меньше суммы свойств элементов нижележащих уровней.

Ниже будем различать системные объекты и объекты, являющиеся невзаимосвязанной совокупностью (конгломератом) множества однородных или неоднородных составных частей. Будем называть такие несистемные объекты «кучей». Простое увеличение числа составных частей «кучи» не приводит к возникновению системы, к новому системному уровню, к новому качеству.

Количественные изменения переходят в качественные только в результате возникновения (или разрыва) взаимосвязи и формирования нового системного уровня.

Куча кирпичей может быть небольшой и огромной. При этом она сама не может преобразоваться в качественно новый объект. Если же использовать в качестве связи, например, известковый раствор, то можно построить дом, собор или тюрьму – качественно новые более сложные и разнообразные объекты, в основе которых находятся те же элементы – кирпичики.

В данном контексте куча не обязательно предполагает наличие большего или меньшего множества обычно одноименных объектов, и к ней неприменим формальный парадокс отсутствия четкой границы между «кучей» и «не кучей», например, песка, зерна и т. п. С системных позиций можно назвать кучей в том числе и кучу причинно-следственных невзаимосвязанных событий.

Сказанное относится не только к материальным, но и к идеальным объектам. Так, например, множество букв какого-либо алфавита, не складывающихся в слово, или множество различных слов какого-либо языка, лишенных в совокупности какого бы то ни было смысла, можно рассматривать как бессистемный конгломерат, кучу.

Учитывая реальную неоднородность материальных объектов, заметим, что тождественность является правомерным отношением лишь идеальных объектов и служит предпосылкой построения абстрактных образов и их классификаций. Каждый материальный объект обладает собственными пространственно-временными характеристиками. Пространственно-временная характеристика есть атрибут объекта. Общий пространственно-временной интервал присущ только взаимосвязанным объектам, т. е., по сути, одному объекту. Сказанное не относится к абстрактным объектам.

Объекты, высвобождаемые в процессе объединения, могут рассматриваться как сигналы, несущие информацию о соответствующих событиях. Будучи поглощены другими системными объектами, располагающими одноименными данным сигналам элементами, и вызвав при этом интерпретированные изменения (события) в соответствующих структурах этих объектов, сигналы передают информацию о событиях в их источнике.

Аристотель говорил, что, ответив на несколько вопросов, в принципе можно описать любые объекты.

Для полноты описания объекта-«вещества» достаточно ответить на вопросы: что? (кто?), какой?, сколько?, чей (с кем?, с чем?), а для объекта-«события», – помимо что? и какой? – где? (куда?, откуда?), когда? как?, почему? и зачем? Понятно, что последний вопрос не всегда правомерен, так как ответ на него предполагает наличие цели. Отвечая на вопросы какой? и как?, мы выражаем свои представления и об устройстве объекта, иохарактере его изменений. Ответы на эти вопросы формируют наши знания о системных объектах.

Эти ответы включены в разрабатываемую мной новую системную иерархическую структуру компьютерной базы знаний (БЗ).

На одну часть вопросов можно дать наиболее адекватные и полные ответы содержательным языком, а на другую – формальным. Следует заметить, что средствами нижнего системного уровня адекватно описать объекты верхнего уровня невозможно. Это относится к любым способам описания.

Системный взгляд на реальный мир и происходящие в нем процессы в полной мере применим к структуре информационных процессов.

Таблица 3.1

Системная структура организма животного (снизу вверх)

Рис. 3.1. Территориальная система (строительные материалы → населенные пункты)

Таблица 3.2

Система строительных событий

Таблица 3.3

Системная структура языка

Следует заметить, что человеческий мозг в каждый данный момент способен сосредоточиться только на каком-либо одном уровне, поэтому каждый системный уровень следует описывать раздельно, что не исключает целесообразности описаний межуровневых связей. Сказанное также относится к вербальному и математическому моделированию.

Можно определить системный анализ как раскрытие структурно-функционального состояния иерархического объекта, а системный синтез — как логическое заключение о причинно-следственных связях тех или иных событий. Можно дать прямо противоположноеопределение, и оно также не будет ошибочным. Это, на первый взгляд, парадоксальное утверждение обусловлено тем, что и анализ, и синтез являются звеньями одного и того же процесса системного мышления, т. е. построения «мысленного сценария», отображающего сложные динамические процессы (события), происходящие со сложными иерархическими «вещественными» объектами реального мира в конкретных пространственно-временных интервалах.

Системный анализ и системное мышление являются достаточно надежными универсальными инструментами. Естественно, каждым инструментом надо уметь пользоваться. Попытке объяснить общие правила использования этих интеллектуальных инструментов посвящен ряд последующих глав.

Прежде чем приступить к непосредственному изложению материала этой главы, целесообразно ответить на вопрос: в чем принципиальное отличие информационных технологий человека от информационных технологий высших животных? Не количественное, а качественное. Конечно, мы считаем себя умнее животных, хотя в некоторых сферах интеллектуальной деятельности это и не так. Ответ очевиден. Все не наследуемые, а приобретенные за время жизни любой особи знания безвозвратно утрачиваются со смертью индивида. Человек же научился эти знания отчуждать, абстрагировать и фиксировать на внешних носителях в условной символической форме, сохраняя их для передачи другим людям, другим поколениям. Ни одно животное этого не умеет. Вероятно, это один из путей очеловечивания наших эволюционных предшественников.

В развитии таких информационных технологий человечество прошло большой путь: от наскальных рисунков, папируса, пергамента, иероглифов, клинописи, алфавита – до бумаги, книгопечатания, массовой прессы, современных произведений искусства, радио, телевидения, видеотехники и т. д. Компьютер существенно расширил возможности информационного обеспечения, а с возникновением сетевых технологий появилось понятие глобализации информационного пространства.

При этом следует заметить, что практически все древние способы сохранения и передачи приобретенных знаний сохранились в той или иной форме. Например, традиционные пиктограммы в виде различных указателей и дорожных знаков являются прямыми наследниками первобытных наскальных рисунков.

В то же время имеет место отчетливая тенденция к символизации и стандартизации этих технологий. Не говоря уже о специфических языках математики, химии, нотных записей, сам по себе алфавит является комплексом согласованных условных знаков, которые, сочетаясь по согласованным же грамматическим правилам, дают возможность передавать сколь угодно сложные мысли.

Система иерархического усложнения информационных процессов, развивающаяся соответственно усложнению всех материально-энергетических видов взаимодействия в природе, может быть схематически представлена следующим образом.

Микромир – типичная картина «вышибания – поглощения» одноименных элементов связи в качестве сигналов, что обусловливает избирательность любого физического и информационного взаимодействия.

Как только в раннем периоде образования Вселенной частицы типа a стали объединяться с частицами типа b (не конкретная a с конкретной b, а тип с типом) и начали образовываться частицы типа с, тем самым было положено начало физическому обобщению, классификации, что и явилось в итоге материальной основой абстрактного мышления.

Неорганический макромир — появление валентностей, вакансий с жесткими вариантами выбора связей (по типу «ключ – замок»). Органический мир — возникновение переносчиков (трансляторов) – поэтапный процесс передачи сигналов.

Биологический мир — появление феномена реактивности: 1) стимул – реакция (однозначная); 2) выбор реакции на основании интерпретации сигналов и формирования памяти.

Возникновение генетического аппарата, обеспечивающего жесткие информационные программы сохранения, функционирования и воспроизведения индивидов.

Стандартизацияивтожевремя пластичность всех информационных процессов. Множество трансляторов, обеспечивающих также сортировку и отбор необходимой информации.

Возникновение катализаторов, обеспечивающих необходимую системность биохимических, и в том числе информационных процессов, а также реализующих их структур (сигналов, зафиксированных источников и приемников информации).

Животные: возникновение проблемы активного передвижения в пространстве для удовлетворения потребностей в материальных, энергетических и информационных ресурсах, в целях самосохранения и продолжения рода. Новый информационный аспект – выбор решения (как, куда и зачем двигаться).

Нервная система: Потребности, ощущения (сенсорное восприятие), эмоции, управление, обратная связь. Рефлексы (безусловные → условные), обучаемость. Анализ.

Мозг. «Мозг – это не орган мышления, а орган выживания, – такой же, как зубы, когти и ногти», – это высказывание принадлежит крупнейшему нейрокибернетику У. Р. Эшби. Мозг – орган, дающий его обладателю колоссальные преимущества в борьбе за существование.

Связанная с мозгом специализация биологических приемников информации — органы чувств.

Специализация мозговых структур: подкорка, мозжечок, кора. Возникновение принципиально новых информационных функций — самосознания и мышления (специфическое корковое «мыслеощущение»).

Мышление человека. Дальнейшая качественно новая социализация. Возникновение и развитие принципиально новых информационных технологий.

Как уже было сказано в начале этой главы, человек стал тем, что он есть, когда научился отчуждать приобретенные (ненаследуемые) знания и записывать их в абстрагированной форме на внешних носителях для передачи другим людям и другим поколениям.

Такая новая информационная технология стала необходимым (и ранее отсутствовавшим) элементом для перехода от чисто биологического системного уровня организации сообществ и популяций к социальному уровню. По наследству мы получаем инстинкты и врожденные рефлексы, обеспечивающие самосохранение и продолжение рода. Все остальные знания приобретаются в процессе обучения и самообучения. Так формируются условные рефлексы, обеспечивающие практически подсознательный автоматизм простых реакций и сложных действий в типичных повторяющихся (изученных) ситуациях. В нетипичных или незнакомых ситуациях необходим их анализ и рациональный (осмысленный) выбор. Нигде и никак не отчуждаемые приобретенные знания безвозвратно утрачиваются со смертью индивида. Изустная передача этих знаний другим людям является одним из способов их сохранения и распространения, но без поддержки технических средств оказывается недостаточно эффективной.

Эволюция способов представления (передачи) отчуждаемых знаний и их носителей. Общая тенденция: условность для части способов; стандартизация и унификация форм и методов.

Каждая новая форма революционна.

Речевое общение . Внешние технические источники — электронные синтезаторы речи. Внешние носители: валики фонографа → грампластинки → магнитофонные ленты → магнитные и лазерные диски.

Звуковое общение . Внешние источники: барабаны (там-тамы) → индивидуальные музыкальные инструменты → оркестры → электронные синтезаторы звуков. Внешние носители – те же, что и для речевого общения.

Непосредственное контактное мануальное общение, в основном иногда дополняющее некоторые виды звукового, речевого и зрительного. Внешних источников и носителей не имеет.

Зрительное общение. Внешние источники — любые, в частности, традиционные для животного мира мимика и жестикуляция. Внешние носители: различные материалы; естественные мягкие плоские материалы (кора и листья деревьев) и искусственно созданные (все, что угодно), фотобумага, кинопленка, видеопленка, магнитные и лазерные диски, компьютерная графика.

Письменность (ручная): условные рисунки → условные знаки (пиктограммы) → иероглифы → клинопись → алфавит (как технология передачи сколь угодно сложных знаний ограниченными согласованными стандартными средствами по согласованным грамматическим правилам). Азбука Брайля – вариант контактного общения. Внешние источники — компьютерные генераторы текстов. Внешние носители: любые твердые материалы (камень, глиняные пластинки, металл, дерево), мягкие материалы (листья, береста, папирус, пергамент, шелк, бумага).

Дополнение: специфический вненациональный алфавит используется в языке математики, химии, музыки и некоторых других сферах представления знаний. Внешние источники и внешние носители – те же, в том числе и для печатной продукции.

Книгопечатание (способ дешевого, быстрого и широкого тиражирования знаний при возникшей социальной необходимости в обучении рабочей силы в период возникновения машинного труда) и печатные средства массовой информации. Внешние источники: полиграфическая и компьютерная техника. Внешние носители: бумага, затем магнитные ленты, диски и лазерные диски.

Компьютерная информационная технология, о которой много написано, поэтому от дополнительных комментариев я воздерживаюсь. Добавлю только, что с появлением компьютерных сетей связи, в частности Интернета, передача знаний существенно упростилась.

Следует разделить и определить эти три основные информационных понятия.

Данные – это сведения об объекте (объектах). Такие сведения часто называют признаками. Это любые сведения, нужные и не очень, достаточно или недостаточно полные. Но данные не всегда сопоставляются непосредственно с конкретным объектом. Они могут существовать «вообще»; могут относиться к разным объектам, и идентифицировать по этим невзаимосвязанным сведениям конкретный объект не всегда возможно. Используя системную терминологию, данные – это «куча» сведений. В компьютерной информатике широко используется общепринятый термин «набор данных» (признаков). Невзаимосвязанные данные могут быть приписаны некоему конкретному объекту (объектам), но этого недостаточно, чтобы его (их) содержательно описать.

Многочисленные достаточно удачные и широко востребованные компьютерные базы данных (БД) – при всех своих достоинствах и удобствах работы с ними – обладают тем же недостатком.

Как целостный системный материальный объект не является простой «кучей» невзаимосвязанных элементов, так и целостный системный информационный объект не является простым набором невзаимосвязанных информационных элементов.

Только будучи взаимосвязанными по смыслу (который может иметь и вербальное отображение), информационные элементы (данные) переходят на более высокий иерархический уровень, образуя новый системный информационный объект, называемый знанием. Знание – это система взаимосвязанных данных. Так же как и в системных материальных объектах, связи между их элементами лежат глубже рассматриваемого в этот момент уровня; смысловые связи между данными, из которых образуется знание, на первый взгляд, могут не обнаруживаться. Лингвистическим отображением этих связей обычно служат грамматические союзы или соответствующие их смыслу знаки препинания.

Пример. Вода. «Вода состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода». «Вода (состав): 2 атома водорода, 1 атом кислорода». «Вода: H₂O». Наличие материальной взаимосвязи между элементами в таком описании подразумевается.

Лингвистическим обозначением системного объекта обычно служит его имя. Что за этим именем кроется либо всем хорошо известно, либо надо объяснить, раскрыть. Поскольку все материальные объекты системны, их названия подразумевают сложность их структуры.

Информационные объекты обладают такой же системной иерархией, что и материальные. Целостный материальный объект рассматриваемого уровня состоит из элементов и связей между ними, которые на данном уровне не видны, а «расположены глубже». При дальнейшем объединении таких объектов и образовании более сложного объекта, «расположенного выше» по иерархической лестнице, объекты предшествующего уровня рассматриваются в качестве элементов нового, более сложного объекта.

Отсюда следует, что имена системных объектов некоего уровня при переходе к объектам более высокого уровня рассматриваются в качестве названий элементов более сложного объекта, имеющего свое собственное имя.

Иными словами, то, что рассматривается как знание на данном уровне, имеет значение лишь для данных на более высоком информационном иерархическом уровне. Соответственно при переходе с верхнего иерархического информационного уровня на более низкий имеют место обратные соотношения.

Материальный объект, именуемый «атом» и состоящий, как известно, из элементов, именуемых ядром и электронными оболочками (это имена нашего знания и составляющих его данных), при объединении с другим атомом образует более сложный системный объект, именуемый «молекула». На этом уровне имя нового знания – молекула, а имена составляющих его данных – «атомы».

По Г. В. Колшанскому, лингвистическим выражением данных является слово, знаний — предложение, мысли — текст.

Добавим к этому: для данных — число, для знания — уравнение, неравенство, формула; для мысли — математический текст. Аналогичным образом: нота → аккорд, музыкальная фраза → музыкальный текст.

Процесс мышления заключается в построении сценариев по заданному сюжету.

Исходным «строительным материалом» являются имеющиеся у некоего мыслящего существа знания. Неважно, истинные они или ложные (заблуждения), достоверные либо искаженные, полные или отрывочные. Неважно, приобретены они давно и извлечены из памяти или получены сию минуту. Неважно, что является источником имеющейся и получаемой информации. Важно только ее наличие. Строить что бы то ни было можно только из того материала, который есть. Если рассматривать процесс мышления с системных позиций, то он может быть описан как построение системы взаимосвязанных знаний, в которой знания оказываются элементами.

Логические основания построения сценариев и системная структура содержательного аспекта мышления. Мысленные сценарии создаются по сиюминутному (-секундному, – часовому и т. д.) сюжету. Эти сюжеты формируют реальные или вымышленные внешние либо внутренние ситуации. Перед индивидом встает вопрос: «что делать?». Ему нередко предшествует другой вопрос: «что это такое?». Характер альтернативных стратегий поведения определяется множеством факторов. Подчеркну, что ключом к выбору оптимальных решений служит априорная оценка ожидаемых результатов того либо иного выбора. Неважно, правомерного или запрещенного. Мысленно все это надо «проиграть» в голове, продумать, что может произойти в том или ином случае. А если уже произошло, то почему? А может быть, и зачем? Вопросов может быть много, в том числе: «кому это выгодно?». Но механизм получения ответов на них – единственный, как и на вопрос: «что это такое?».

Это механизм использования логических операций, называемых импликацией: «если… то…» (®) и двойной импликацией: «если, и только если… то…» («). И задаваемые сюжеты (ситуации), и ответы на эти вопросы могут относиться к прошедшему, настоящему и будущему времени (периоду). В формулировке нередко используется сослагательное наклонение («если бы… то…»), но логическая сущность построения мысленных сценариев от этого не меняется.

Резюме. Любой сложный и запутанный сюжет, требующий привлечения серьезных знаний из любой предметной области для рассудочного построения разнообразных мысленных сценариев, в том числе и предшествующих любому созидательному действию, при тщательном рассмотрении и анализе их содержания и текстов приводит к обнаружению сформулированных или подразумеваемых именно этих логических операций.

Добавлю, что структура мыслительного процесса вообще в принципе может быть и иной, но данный логический механизм непосредственно относится к рассуждениям.

Системная структура мышления. Если информационные объекты (данные и знания) имеют системную структуру, то и процессы работы с ними (мышление) не могут явиться исключением. В чем же выражается системность мышления?

Из того, что мы знаем, можно, не опираясь на морфологический субстрат коры головного мозга, четко выделить четыре основных системных уровня по соподчиненности решаемых ею кардинальных интеллектуальных задач.

Первый (базовый) уровень. Его задачей является осмысливание биологических ощущений, перевод их в «мыслеощущения», поскольку сама мысль является специфическим ощущением. Вероятно, на этом же уровне формируется самосознание: «Я», «мое» (индивидуальное); «Мы», «наше» (групповое и общественное самосознание); и соответственно – «не Я», «не Мы», «не мое», «не наше» (чужое).

Самосознание – системный объект. Его элементы (данные): эндои экзогенная информация, память, ощущения. Знание о себе – система взаимосвязанных ощущений.

Второй (промежуточный) уровень. Его задачей является реализация программы (инстинкта) самосохранения при уже сформировавшемся самосознании. Ощущение и осмысление представления «Я» необходимо для самосохранения.

Третий (главный) уровень. Его задачей является реализация программы (инстинкта) самовоспроизведения как целевой программы биологической жизни. Воспитание потомства также относится к этому уровню.

Третий уровень не является эволюционно более поздним. Однако он более сложный и этот высший биологический уровень объединяет в себе в качестве элементов задачи второго уровня, а второй уровень объединяет в себе в качестве элементов задачи первого. При этом для третьего уровня задачи первого выступают в качестве связей между элементами второго.

Речь идет о функциональной иерархии. Какова здесь морфологическая структура, я не знаю.

Четвертый уровень – социальный. Этот качественно новый уровень психической деятельности развился у человека, и он тесно связан со специфическими возможностями человеческих информационных технологий.

От непосредственой передачи информации – к опосредованной через внешние носители передаче приобретенных знаний для их общественного использования. От чисто биологических целей и интересов – к социальным. На этой базе возникают естественные науки о природе и мире и абстрактные науки. На базе специфического человеческого самосознания возникают религиозные представления. На этой же базе возникает цивилизация, отличающаяся от биологического совершенствования. На этой же базе возникает сознательное создание вещей, а не только использование подручных предметов для добывания пищи. На этой базе для удовлетворения общественных (хотя и вполне естественных) потребностей в материальных ресурсах, энергии и информации развиваются экономика, энергетика и информатика. Цивилизация становится специфическим инструментом обеспечения сохраненности природного вида Нomo sapiens. Четвертый (социальный) уровень интеллекта является качественно новым, более высоким системным иерархическим уровнем; его элементы – задачи третьего уровня (воспроизводство биологического вида); их связи – задачи второго уровня (индивидуальное самосохранение).

Здесь речь идет не о природе человека и общества, а только о психической деятельности, реализуемой головным мозгом. В связи со сказанным надо остановиться на проблеме общественного сознания. Не уверен, что его надо выделить в качестве пятого уровня интеллекта, хотя общественное знание и самосознание имеют системные качественные отличия от индивидуального («Мы и наше»), как и групповое, и видовое знание, и самосознание, и поведение в биологических сообществах. Достаточно обратиться к такой науке, как социальная психология.

Общественное знание не является простой суммой накопленной информации, в том числе частных знаний. Общественное знание (включая предрассудки) является достаточно ригидным системным интеллектуальным (информационным) объектом, принадлежащим конкретной социальной среде с ее традициями и культурой, т. е. правилами функционирования, обеспечивающими самоидентификацию, временную устойчивость и безопасность. Для того чтобы произошла смена парадигмы в общественном знании и самосознании, в том числе в связи с новыми научными воззрениями, возникающими в индивидуальных головах отдельных «возмутителей спокойствия», нередко требуется смена поколений. Частным случаем общественного самосознания является так называемая психология толпы. В значительной мере этот феномен имеет биологическую природу.

Поскольку объединение взаимосвязанных элементов образует систему с новыми свойствами, число этих свойств не является суммой свойств элементов. Их существенно меньше, но они другие – такие, каких раньше не было. Сказанное в полной мере относится к интеллектуальным (информационным) системам.

Правда заключается в том, что мышление в основе своей невербально и что полностью передать на словах то, что мы думаем, невозможно.

«Мысль изреченная – есть ложь» (Ф. Тютчев).

Словесный язык является средством коммуникации (а также поддержки мышления) и обладает той или иной мерой достаточности, у животных имеются свои специфические языки, которые в достаточной мере обеспечивают их жизненные потребности. Социализация человеческого интеллекта привела к необходимости возникновения нового системного уровня коммуникаций, к развитию второй сигнальной системы, которая, в свою очередь, обеспечивает развитие самого процесса социализации.

Язык развивается вместе с развитием общества. По мере возникновения новых мысленных понятий придумываются и их словесные обозначения. Именно придумываются. В разных социальных группах – на разных языках. При одних и тех же мысленных понятиях. На некоторых положениях, имеющих к этому отношение, следует остановиться.

• Язык – социальный информационный системный иерархический объект (см. табл. 3.3: слово, предложение, текст).

• Язык имеет главную функцию. Это добровольная передача своих мыслей другому лицу (лицам; в том числе и животным). Именно тех мыслей, которые хочет передать говорящий или пишущий. А мотивы здесь могут быть самыми разными. В их основе лежат индивидуальные, групповые или общественные интересы.

• По сути, передаются не сами мысли, а их описания в той или иной форме.

• Принятые описания порождают (генерируют) у принимающего лица свои мысли.

• Является важной процедура декодирования и понимания принятого сообщения.

Схема 5.1. Двусторонний процесс взаимного обмена мнениями «диалог»

• Является важной мера доверия к получаемой информации (Истина или Ложь).

• Биологической (и информационной) компонентой речевого общения является та или иная мера суггестии (внушения), т. е. порождения у принимающего лица желательных для говорящего мыслей («Слово лечит, слово убивает»).

При речевом общении возникает феномен рефлексии: «Я думаю, что ты думаешь, и т. д.». И монолог, и диалог относятся к сфере психологии, в том числе социальной.

Системная структура вербализации. Информационные элементы нижнего системного уровня формируют верхний, объединяясь через связи. Так возникают новые информационные процессы: от ранних последствий «Большого Взрыва» – к абстрактному мышлению.

Таким образом, язык оказывается одним из наиболее действенных, наиболее эффективных способов удовлетворения информационных потребностей общества.

Что же касается иных способов добровольного представления процессов мышления, то к ним в первую очередь следует отнести все виды художественного творчества.

Воплощение же интеллектуальной деятельности в изготовление предметов, в развитие услуг, в исследовательскую работу, в организацию чего бы то ни было и в другие сферы жизни общества обычно рассматривается как опосредованное через наблюдаемые результаты, хотя это и неправильно.

В интеллектуальных сложных системных иерархических конструкциях целостная структура рассматриваемого уровня состоит из его элементов, а их связи располагаются более глубоко. Таким образом, то, что на рассматриваемом уровне выступает в качестве знаний, на более высоком уровне играет роль данных. Это обстоятельство проявляется в корректных содержательных и формальных описаниях реальных объектов. Следует подчеркнуть, что информационными средствами какого-либо иерархического системного уровня можно более или менее адекватно описать только информационные объекты нижележащего уровня. Ни содержательное, ни формальное адекватное описание информационных объектов равного и более высокого уровня невозможно. Поэтому, к сожалению, мы никогда полностью не поймем сущности собственного мышления.

Интерпретация сигналов прямо зависит от априорного представления данного приемника об их источнике. Прием различных сигналов осуществляется разными системными структурами приемника, располагающими одноименными с данным сигналом элементами. При отсутствии таких элементов прием сигнала данным приемником становится невозможным. Следовательно, сигналы какого-либо системного уровня могут быть приняты только элементами данного уровня. Сигналы же более высокого уровня, которым данный приемник не располагает, приняты быть не могут.

Не касаясь проблемы декодирования сигналов, можно утверждать, что вербальная и математическая формы представления информации имеют избирательный адресный характер, т. е. для разных лиц обладают своими преимуществами и недостатками.

Есть также основания считать, что даже на уровне человеческого интеллекта сложнейшие генетические программы, определяющие стратегию и тактику поведения хозяина, играют очень большую, может быть, решающую роль. Во всяком случае, наши сегодняшние представления о свободе воли и свободе выбора человеком могут оказаться, мягко говоря, несколько преувеличенными.

Память. Механизм, обеспечивающий повторяемость структур и процессов, называется закреплением. Одним из видов закрепления является память – физическая, органическая, биологическая, интеллектуальная, общественная (социальная). Один из механизмов формирования памяти – изменение структуры приемника в результате его взаимодействия с полученным сигналом. Это информационный механизм. Будучи однократно продублированным или многократно повторяемым в других структурах, такое событие является актом не только передачи информации, но и передачи памяти. Тиражирование любых изделий – акт передачи памяти, процесс воспроизведения существующих структур и событий.

Мозг ребенка – «tabula rasa», на которую можно записать все, что угодно. Однако стереть представления, зафиксированные в структурах долговременной памяти, и заменить их другими чрезвычайно трудно, поскольку это материально-энергетический процесс.

Мозг дает своему обладателю преимущества в жестокой борьбе за существование. Мышление является лишь инструментом достижения этой цели.

Перечислю только основные задачи, стоящие перед головным мозгом, и некоторые способы их решения без расстановки каких бы то ни было приоритетов, так как на самом деле, помимо их взаимосвязей, имеют место еще и упорядочение, и соподчиненность.

• Получение, отбор и оценка информации (от внутренних органов, покровов тела, из внешней среды) с помощью органов чувств (сенсорная информация) и через системы речевой коммуникации (вторая сигнальная система).

• Запоминание и извлечение из памяти.

• Анализ получаемой и извлеченной из памяти информации.

• Формирование целенаправленного поведения.

• Принятие решений – выбор образа действия.

• Управление собственным организмом путем системы команд (реализация решений).

• Созидательная, в том числе творческая деятельность (человек).

• Оценка результатов (обратная связь), анализ принимавшихся решений, запоминание.

• Генерация сообщений (в любой форме, в том числе вербальной).

• Оценка физиологических и информационных (в том числе интеллектуальных) потребностей.

• Формирование и оценка физиологических ощущений.

• Формирование и оценка эмоций.

• Формирование того, что называют знаниями.

• Самоосознание, формирование ощущения «Я» и «не Я» («Мы» и «не Мы»).

• Получение, использование и передача знаний.

• Процесс, который называют мышлением.

• Отбор и вербализация мыслеощущений (в основном человек).

Комментарий 1. Простейшая последовательность: …раздражение → ощущение → информация → потребности → эмоции → целеполагание → выбор решения → реализация → оценка результатов → …и все сначала. На самом деле данная последовательность не вполне линейна, но этого хватит.

Комментарий 2. Главных отличий человека от высших животных в интеллектуальном аспекте всего два, но они существенны: новый иерархический уровень технологий собственно мышления и новый иерархический уровень информационных технологий. Понятно, что эти технологии взаимосвязаны.

Обе они возникли в связи с появлением нового иерархического уровня в организации биосферы – уровня социальных отношений.

То, что обычно называют социально-биологической двойственностью природы «человека разумного», на самом деле проявление не равноправия этих двух его характеристик, а их разных системных иерархических уровней. В зависимости от характера целей работает преимущественно биологический (нижний) или преимущественно социальный (верхний) уровень. Борьбы и противоречия между ними нет? Есть ли соподчиненность нижнего уровня верхнему? Всегда ли?

Идея «искусственного интеллекта» сегодня может рассматриваться отнюдь не как воспроизведение функционирования естественного мозга, а лишь как попытка имитации некоторых его функций, связанных с принятием решений. Г. С. Поспелов в личной беседе однажды сказал, что термин «искусственный интеллект» – не более как неудачная метафора. Тем не менее в этом направлении известно много достаточно удачных практических разработок. Однако средствами сегодняшней математики существенно продвинуться в этом направлении, безусловно, не удастся. Необходима «биологизация» как формального аппарата, так и концептуального подхода к решению этой сложнейшей информационной проблемы.

В данной главе конспективно представлены некоторые основные положения авторского проекта современного способа «интеллектуализации» технических и робототехнических систем нового поколения – так называемых биологизированных, или псевдоживых, систем.

Известно, что робототехника начинает постепенно, но интенсивно внедряться в некоторые области клинической медицины, в том числе в эндовизуализацию внутренних сред организма и выполнение некоторых корректирующих хирургических манипуляций. Все они немыслимы без адекватного информационного обеспечения, поэтому я счел целесообразным кратко обсудить здесь эту проблему.

Число разнообразнейших публикаций на эту тему очень велико, и я позволю себе в рамках данной главы не приводить никаких ссылок.

Сегодняшние робототехнические устройства разнообразны и специализированы. Многие из них снабжены «искусственным интеллектом», разрабатываемым применительно к их специфике. Узкая специализация вызывает необходимость при создании новых устройств осуществлять отдельную разработку «интеллектуализированных» систем оценки информации и управления различными их функциями. Такое положение дел усложняет разработки и увеличивает их стоимость. В связи с этим создание достаточно универсальной модели «искусственного интеллекта» является актуальным.

В доступной литературе сведений о разработках, имеющих не только абстрактную чисто теоретическую постановочную форму, но и описания универсальных моделей, не найдено.

По Геделю, полностью познать и, соответственно, адекватно моделировать систему средствами самой системы невозможно. Таким образом, создать искусственный интеллект средствами естественного невозможно. Но другими средствами мы не обладаем. Можно лишь пытаться строить более или менее удачные модели для имитации некоторых известных и изученных на сегодня его функций, в том числе для решения практических задач.

Интеллект является функцией головного мозга. Предлагаемый способ в значительной мере универсален, будучи ориентирован на необходимое информационное обеспечение технических и робототехнических систем различного назначения, а также на использование для этого ряда моделей из числа известных форм интеллектуальной деятельности головного мозга человека.

Говоря об «интеллектуализации» технических систем, я имею в виду, что можно в какой-то мере назвать их «биологизацией», т. е. моделированием некоторых биологических функций на верхнем структурно-функциональном уровне живых существ – на уровне взаимосвязанных систем тех органов, которые необходимы для выполнения задач, поставленных перед такими изделиями. При этом можно говорить о «псевдоживых» технических устройствах без использования биологических объектов.

Сказанное можно рассматривать только как схематическую содержательную постановку проблемы.

Целесообразно также схематически описать общую структуру технических устройств, управление которыми возлагается на предлагаемую «интеллектуализированную» систему. Это типовая структура, состоящая из взаимосвязанных относительно автономных механических комплексов, уподобляемых системам органов целостного организма:

– оболочка;

– сенсорный комплекс получения и преобразования любых сигналов, в том числе и речевых, получаемых из внешней среды;

– двигательный комплекс с использованием всех целесообразных средств («органов») доступного перемещения в реальной пространственной среде;

– комплекс различных средств воздействия на объекты внешней среды;

– комплекс возобновляемого энергообеспечения (всех его видов) для функционирования устройства в целом и отдельных его частей;

– сигнальный комплекс, обеспечивающий: а) получение и преобразование сигналов о состоянии устройства и отдельных его частей; б) генерацию и передачу сигналов адресатам, предусмотренным конструкцией устройства; в) помехозащитные функции и генерацию помех;

– «гомеостатический» комплекс поддержания состояния устройства в заданных диапазонах, включающий обеспечение информационных взаимосвязей между его частями;

– «регенерационный» комплекс, включающий доступное автоматизированное восполнение расходуемых ресурсов разного рода;

– самоликвидационный комплекс для отдельных видов устройств.

Все перечисленные комплексы контролируются и управляются только при посредстве «нервной системы» – центрального комплекса целостного технического изделия.

В целом это единый программно-аппаратный комплекс, состоящий из нескольких взаимосвязанных функциональных отделов и блоков, каждый из которых включает взаимосвязанные модули.

Выбор тех или иных модулей при конструировании технического изделия определяется его назначением. Некоторые виды отделов, блоков и модулей для конкретного изделия могут быть признаны ненужными.

Данные части комплекса предназначены для функциональной имитации интеллектуальной деятельности, поэтому их наименования далее будут соответствовать принятым в анатомии нервной системы животных.

Анимальная: узлы; стволы; волокна: афферентные – рецепторы, эфферентные – эффекторы.

Вегетативная (автономная): узлы; стволы; волокна: афферентные – рецепторы, эфферентные – эффекторы.

Поскольку данный текст посвящен проблемам «интеллектуализации» управления изделием, то детальное описание периферической нервной системы, являющейся в основном исполнительным средством управления, здесь не приводится.

Минимальная структурная единица нервной системы — нейрон. Это целостный информационный (программный) объект. Нейрон предназначен для отбора импульсов, поступающих к нему по одному из каналов связи (входных отростков нейрона), их преобразования и передачи на другие каналы связи (выходные отростки данного нейрона).

Нейрон имеет оболочку, отростки и внутренние элементы. Оболочка отделяет тело нейрона от внешней среды. Отростки своим окончанием (входные) или началом (выходные) объединены с внутренней средой нейрона.

Внутренние объекты нейрона представляют собой системное объединение двух элементов через общий субэлемент связи (&). Он имеет постоянную материально-энергетическую характеристику. Если импульсы, поступающие по входному каналу нейрона (аксону), энергетически недостаточны, то ничего не происходит, пока такие импульсы не суммируются и не станут соответствовать характеристике &. Только в этом случае достаточный импульс «разрывает» связь, системное объединение распадается, один из базовых элементов нейрона перемещается в сторону выходных каналов связи (дендритов) и передает им соответствующий импульс (сигнал) к другим нейронам либо модулям устройства. После этого данный элемент возвращается в исходное состояние и вновь системно объединяется с другим элементом через &.

Время, необходимое для передачи сигнала (импульса) от входного канала связи к выходному и до возвращения состояния нейрона к восприятию последующих импульсов, называется рефрактерной паузой данного нейрона.

Нейронная сеть. Прямые или опосредованные связи в пределах периферической нервной системы, а также непосредственная связь периферической системы с центральной образуют нейронную сеть («паутина жизни» по Ф. Капре). Такая структура обеспечивает оптимальные возможности управления многообразными функциями изделия в целом.

Данные нейронные сети принципиально отличаются от понятия нейронных сетей в существующих автоматизированных информационных системах.

Спинной мозг: сегменты; проводящие пути: восходящие, нисходящие.

Головной мозг: подкорка, кора.

Замечание: «Биологизация» и «интеллектуализация» изделия в целом вызывают необходимость жестко сформулировать предельно допустимые границы автономии его решений и действий.

Спинной мозг является конструктивным продолжением головного мозга. Он предназначен для непосредственного управления основными функциями всех комплексов изделия, кроме центрального, а также части блоков и модулей сенсорного комплекса. Непосредственное управление предполагает не только реализацию управленческих команд, генерируемых головным мозгом, но и частичную автономию спинного мозга.

Спинной мозг состоит из нескольких (не менее двух) однотипных относительно автономных, но структурно взаимосвязанных сегментов. В общую структуру спинного мозга входят проводящие пути двух типов: эфферентные («передние», нисходящие) и афферентные («задние», восходящие). Они являются взаимными каналами связи спинного мозга с головным, где начинаются и соответственно заканчиваются в конкретных отделах (модулях – узлах) подкорки. В пределах же спинного мозга проводящие пути начинаются (афферентные) и заканчиваются (эфферентные) в соответствующих сегментах.

Каждый сегмент спинного мозга включает группы нервных узлов, аксоны которых образуют соответствующие передние (исходящие из головного мозга и впадающие в данные узлы) либо задние (исходящие из спинного мозга и впадающие в узлы подкорки) проводящие пути.

Дендриты узлов спинного мозга, объединяясь в пучки, образуют передние и задние рога, расположенные попарно «по обе стороны» от него. В свою очередь, объединяясь за пределами мозга «по бокам» от него, эти рога вливаются в боковые парамедуллярные нервные узлы – анимальные или вегетативные, в зависимости от функционального назначения, соответствующие каждому сегменту спинного мозга.

От парамедуллярных узлов отходят нервные стволы, образующие всю периферическую нервную систему, за исключением ее части – мозговых нервов, связанных непосредственно с головным мозгом. Эти нервы также включают афферентные и эфферентные волокна, обеспечивающие в основном оперативное управление наиболее важными блоками сенсорного комплекса изделия.

Головной мозг состоит из двух взаимосвязанных отделов – коры и подкорки. Оба они представлены множеством взаимосвязанных нейронов, образующих функциональные нервные узлы (в подкорке) и функциональные зоны (в коре).

Подкорка получает по всем каналам связи, прямо либо опосредованно, всю импульсацию от всех источников периферической нервной системы и спинного мозга изделия.

Задачи подкорки:

– сортировка полученных сигналов;

– «бессознательное» автономное автоматизированное, в том числе рефлекторное управление частью функций изделия;

– отбор информации для передачи в кору;

– передача в кору сигналов в соответствии со смысловыми алгоритмически заданными правилами и условиями, определяющими особенности ситуации, в которой в каждый данный момент находится изделие. Эти сигналы активизируют нужные зоны коры для выполнения свойственных только ей функций;

– выполнение команд коры по управлению конкретными комплексами и изделием в целом.

Нейронная сеть строится в виде квадратной сетевой паутины. Конструктивно она может быть свернута в любую удобную конфигурацию.

Типовая структурная единица квадратной паутины – единый базовый элемент (ЕБЭ), где каждый из 9 включенных в него взаимосвязанных квадратов является первичной ячейкой (ПЯ). Существующие в живой нервной системе синапсы в данную структуру не включены.

Выделение ЕБЭ в структуру, состоящую из 9 ПЯ, имеет информационный смысл. Ответов на 9 стандартных вопросов «что?» («кто?»), «какой?» («какое?»), «чей?» («с чем?», «с кем?»), «сколько?», «где?» («куда?», «откуда?»), «когда?», «как?», «почему?», «зачем?» принципиально достаточно для характеристики (описания) любого объекта – вещества или события. Собственно говоря, событие – это то, что происходит с веществом (выше об этом уже говорилось).

Такая структура лежит в основе построения базы знаний коры головного мозга центрального комплекса изделия.

ЕБЭ объединяют в первичные комплексы (ПервК) сетевой структуры, ПервК – во вторичные комплексы (ВК), ВК – втретичные комплексы (ТК). Объединения ТК образуют корковую зону (КЗ).

В состав одной КЗ, если ЕБЭ строятся изолированно друг от друга, включаются 6561 ЕБЭ и 59 049 ПЯ. Всего в составе коры имеется пять относительно независимых специализированных КЗ. Кора головного мозга (собственно «интеллект»). Схематически основной функциональный цикл коры можно представить таким образом: …раздражения → ощущения → самосознание → потребности → распознавание и узнавание с использованием синестезии и БЗ → эмоции → целеполагание → сценарные рассуждения и утверждения → выбор стратегии поведения с учетом возможных ограничений и мотивации → действие → оценка результа – тов → обратная связь → корректировка и пополнение БЗ → формирование условных рефлексов → и… все сначала.

Функциональные зоны коры:

– сенсорная зона;

– зона базы знаний;

– зона анализа и распознавания;

– зона сценарного мышления;

– зона выбора и реализации решений.

Комментарий. Сознание и мышление являются физиологической (психической) функцией коры головного мозга. Механизмы и сущность этих естественных явлений остаются неизвестными.

В описываемом программно-аппаратном комплексе, имитирующем (моделирующем) некоторые функции коры для сугубо прагматических целей, примем информационные результаты ее преобразований на алгоритмически заданном этапе в качестве функции мышления и сознания.

Для поставленной цели мы определили информацию как индивидуальную интерпретацию приемником результатов его взаимодействия с принятым сигналом. Этот результат является материально-энергетическим событием. Интерпретация корой головного мозга данного устройства таких результатов, в свою очередь, может рассматриваться как последующее событие, задаваемое алгоритмическим способом. Будучи представленным на любом из конструктивно избранных языков в форме текста, последний принимается в качестве описания процесса мышления.

Основными функциями сенсорной зоны являются осознание получаемых ею импульсов (раздражений) и преобразование их в ощущения, формирование самосознания и эмоций.

Все импульсы кора получает из подкорки, в которой они сортируются, отбираются и передаются в кору. Их источниками являются спинной мозг и мозговые нервы.

Основные функции сенсорной зоны распределены по взаимосвязанным блокам, а внутри блоков – по специализированным модулям. Общим является то, что преобразованные этой зоной различные входные импульсы становятся различными ощущениями, которые и осознаются головным мозгом изделия как специфические.

Импульсы, получаемые корой от головных нервов, связанных с устройствами восприятия окружающей среды с помощью зрения, слуха, обоняния (вкуса), преобразовываются в соответствующие специфические ощущения (мыслеобразы).

Импульсы, получаемые корой от оболочки изделия в результате внешних воздействий на нее, преобразовываются в тактильные ощущения (мыслеобразы).

Системное объединение (синестезия) этих ощущений обладает новым качеством, отличающимся от простой их суммы.

Постоянно изменяемые в реальном режиме времени системные мыслеобразы используется корой для формирования динамических аналитических представлений о внешней среде изделия.

Импульсы, получаемые корой через афферентные нервы, о наличии и состоянии всех внутренних комплексов и устройств изделия, в том числе о состоянии самой оболочки, преобразовываются во внутренние ощущения (мыслеобразы).

Системное объединение внутренних мыслеобразов (синестезия) является основой формирования самосознания («Я») изделия. Все остальное, воспринимаемое органами чувств, идентифицируется как «не Я». В самосознание включается информация от сенсорных устройств о внешнем виде, состоянии, пространственном расположении и динамике собственного корпуса и его частей, в том числе зеркального (отраженного) изображения, тактильного восприятия, запаха, вкуса своей оболочки и звука работы собственных частей. Сюда же включается информация от органа, определяющего гравитационную нагрузку и пространственное расположение объекта и его внешних частей.

Сенсорная зона связана с БД коры, зоной анализа и распознавания объектов внешней среды и с зоной мышления. Реализация самого процесса мышления включается в понятие самосознания («Я мыслю»). При одновременном вводе в действие в конкретных ситуациях нескольких робототехнических изделий включаются понятия «Мы» и «не Мы».

Множество разнообразных потребностей изделия определяется фактически текущим состоянием его внутренних комплексов и их частей. Главная потребность – поддержание гомеостаза. Отклонение состояния изделия и его частей от нормативного состояния гомеостаза формирует те или иные потребности, которые подлежат удовлетворению. Сведения об этом транспортируются в блок выбора и реализации решений.

Особенности задач и реальных ситуаций, в которых находится изделие, могут вести к отсрочке удовлетворения этих потребностей и даже к полной их отмене.

Будем называть эмоциями системное объединение различных ощущений. Эмоции разделяют на положительные (удовлетворенность чем-либо) и отрицательные – неудовлетворенность. Эмоции имеют степень выраженности: сильные, умеренные и слабо выраженные. Эмоции являются подсознательным основанием для того, чтобы принимать решения, не прибегая к аналитическим механизмам. Аналитический — осознаваемый — механизм выбора и реализации решений нередко вступает в противоречие с эмоциональным, поскольку в основу аналитического механизма алгоритмически закладывается необходимость достижения различных целей, что может не совпадать с «собственными интересами» изделия, в частности его самосохранения. Доминирование рационального выбора в ряде ситуаций может приводить к подавлению эмоциональной составляющей.

Баланс эмоционального и рационального в поведении любого высокоразвитого живого существа является реальностью. Моделируя систему управления изделием, обладающим целевой функцией и возможностью выбора стратегии поведения, целесообразно использовать и эти механизмы. Блок эмоций связан с зонами анализа, мышления и выработки решений.

Знания – это система взаимосвязанных данных (повторюсь: по Г. В. Колшанскому, лингвистическим представлением данных является слово, знаний – предложение, мысли – текст).

Используемая в данной разработке БЗ принципиально отличается от существующих баз знаний, и тем более от БД.

Системная структура базы знаний является независимым программным продуктом. В полной конфигурации БЗ представлена «оболочкой», заполняемой пользователем применительно к любой предметной области. Структура БЗ иерархична. На каждом уровне представлены элементы, связи между ними и системные объекты, являющиеся вариантами объединений данных элементов через эти связи. Такие структурные описания системных объектов являются знаниями. При переходе на более высокий иерархический уровень БЗ объекты нижележащего уровня рассматриваются как элементы вышележащего, а элементы нижнего уровня – как связи верхнего. При переходе с более высокого уровня вниз – «вглубь» по иерархии знаний – осуществляется обратная процедура. Число иерархических уровней не ограничивается. Число системных объектов, элементов и связей также не ограничивается и зависит от фактического объема знаний в предметной области. Предусматриваются развернутая характеристика объектов («веществ и событий») и описание их атрибутов.

При использовании БЗ в качестве зоны коры головного мозга изделия она конструктивно заполняется теми знаниями, которые необходимы для его специфики, целей, объектов внешней среды, способов управления и функционирования. В процессе эксплуатации изделия БЗ пополняется и может изменяться.

В рамках данного устройства система управления базой знаний (СУБЗ) обеспечивает пополнение БЗ в интерактивном режиме, обращение к любому ее уровню, коррекцию, пополнение, очистку. Поскольку первичное заполнение БЗ производится конструктивно при изготовлении изделия, то дополнительное обращение к необходимым БД для пополнения базы знаний нужной внешней информацией производится в процессе его эксплуатации. СУБЗ обеспечивает передачу и использование знаний в зону сценарного мышления для построения «сценариев», имитирующих процесс примитивного мышления, поиск аналогов по заданным параметрам, поиск объектов, анализ структур, связей и свойств. СУБЗ работает при поддержке и под контролем системного процессора.

Конфигурация интеллектуального системного процессора (ИСП) адаптирована к структуре БЗ. Он имеет принципиальные отличия от конфигурации стандартных процессоров. Его использование позволит уменьшить число операций (и команд) при заполнении и использовании БЗ.

Сопряжение БЗ, СУБЗ и ИСП следует считать сопряжением с сенсорной зоной коры головного мозга.

Зона анализа и распознавания предназначена для выполнения нескольких функций. Зоны распределены по блокам:

1) распознавание образов (распознавание и узнавание);

2) поиск аналогий между наблюдаемыми объектами внешней среды и описаниями объектов, хранящихся в БЗ;

3) анализ информации, передаваемой из подкорки с помощью «психического кода»;

4) анализ эмоциональной составляющей, импортируемой из сенсорной зоны;

5) анализ состояния внутренних технических систем изделия;

6) сопоставление целевой функции с оценкой информации, получаемой из блоков 1 – 5;

7) передача в зону сценарного мышления и зону выбора решения результатов анализа блока 6.

«Распознавание образов» в качестве обобщенного наименования проблемы делится на две последовательные задачи: распознавание и узнавание (М. М. Бонгард). Распознавание – это классификация, узнавание – идентификация.

Классификация — информационная процедура отнесения изучаемого объекта к некоторому известному классу объектов по сходству основных признаков. Основанием для такого утверждения служит наличие взаимосвязанной совокупности обобщающих характеристик распознаваемого объекта с обобщающими основными характеристиками эталона – характеристиками класса объектов.

Идентификация — информационная процедура, позволяющая по взаимосвязанной совокупности индивидуальных признаков утверждать, что распознаваемый объект является «тем самым единственным, который обладает персональным именем».

Для осуществления процедуры распознавания в БЗ коры должны храниться достаточно полные характеристики всех объектов, распознавание которых включено в задачи изделия. Они либо вносятся туда конструктивно (что лучше), либо приобретаются в процессе эксплуатации.

Признаки, характеризующие тот или иной «эталонный образ», должны быть принципиально распознаваемыми сенсорной системой устройства.

Алгоритмически задачи классификации и идентификации, особенно при «неполном наборе признаков», требуют первично множественных, минимально необходимых и достаточных описаний, представленных в виде импликативных логических функций, позволяющих сделать то или иное утверждение. Технически – вполне приемлемо сопоставление изображений, звуков, запахов ит.п.

Использование аппарата математической статистики для этих целей неприемлемо.

Будем называть аналогией сходство объектов не по взаимосвязанной совокупности общих либо индивидуальных характеристик, а по заранее заданным (сформулированным) отдельным характеристикам (признакам).

Понятие аналогии в обиходе можно обозначить словом «похоже». Если сходство сравниваемых объектов достаточно близкое, то понятие аналогии нередко пересекается с понятием классификации.

Поиск аналогий с помощью зоны анализа и распознавания необходим для понимания сущности и предназначения объектов, описания которых отсутствуют в БЗ, но которые возникают во внешней среде конкретного изделия. Это попытка ответа на вопросы «что это такое?», «кто это?» путем ответа на вопрос «на что это похоже?».

Поиск аналогий является эффективным подспорьем процессам распознавания и узнавания для ориентировки изделия в объектах внешней среды. Сказанное относится к распознаванию объектов-веществ и объектов-событий, поэтому при поиске аналогий возникает необходимость обращаться не только к БЗ, но и к памяти о происшедших ранее событиях, в том числе о результатах принимавшихся ранее решений. Для этого необходимо обращаться к другим блокам данной зоны и к зоне выбора и реализации решений.

Психический код (Пк) предназначен для оптимизации методов отбора и передачи из подкорки в кору той информации, которая оказывается наиболее актуальной в данный момент с позиций самого существования изделия. Эта информация, алгоритмически отобранная по содержательным характеристикам, является тем материалом, который используется корой в сценарной зоне для последующего выбора решения «Что делать?». Суть в том, что возможности сценарных рассуждений коры ограничены, и поэтому для них следует отбирать только наиболее важные знания. Если лингвистическим выражением знаний является предложение, то мышления – текст. И именно предложения, переданные из подкорки в кору, служат тем материалом, из которого в ней строятся текстовые рассуждения, утверждения и предположения. Если этого материала нет, то и «рассуждать не о чем». Если знаний недостаточно, то процесс мышления неполноценен, что влечет за собой некачественные решения о выборе образа действий и в целом – неэффективное функционирование изделия.

Психический код информирует кору о наличии трех наиболее значимых (актуальных) для целенаправленной деятельности и самосохранения изделия сиюминутных ситуациях и состояниях самого устройства, а также о количественной мере их выраженности. К ним отнесены: потребность (П), опасность (О) и необходимость (Н). Степень их выраженности определяется числом данных букв в трехбуквенном коде. Порядок букв не имеет значения.

Варианты кода: ПØØ,ППØ, ППП, ОØØ,ООØ, ООО, НØØ, ННØ, ННН, ПОØ,ПНØ, ППО, ППН, ОНØ, ООН, ООП, ННО, ННП, ПОН, ØØØ.

Всего 20 комбинаций кода в одной посылке, включая «пустой» вариант, когда «ни о чем думать (рассуждать) не надо». Две и три одноименные буквы в одной посылке кода определяют не два или три вида потребностей, опасностей или необходимостей, а только степень их выраженности. Каждый вид этих ситуаций задается самостоятельной посылкой.

Частота таких сообщений в кору зависит от специфических задач самого изделия. Также от этого зависит содержательная часть – смысловое значение данных сообщений.

Для формирования Пк необходима связь с сенсорной зоной и БЗ коры.

Принципы отбора необходимой информации из поступающей в подкорку и отсеивания неактуальной, как и процедура формирования Пк, задаются алгоритмически в зависимости от типа изделия. Анализ Пк и наполнение его конкретным содержанием (осмысление) осуществляются в коре.

В данном контексте будем называть эмоциями взаимосвязанные совокупности осознаваемых ощущений, побуждающих изделие к тем или иным действиям. Эти действия предназначены для достижения и сохранения положительных эмоций и для избавления от отрицательных.

Равновесным состоянием будем считать ощущение эмоциональной удовлетворенности.

Положительные эмоции: сытость, безопасность, исправное функционирование всех комплексов, отделов и блоков изделия, достигнутая цель каждого действия, достаточная информация о текущей ситуации.

Отрицательные эмоции: голод, опасность, неисправное функционирование любого блока изделия, недостижение (полное или частичное) цели любого конкретного действия, недостаточная информация о текущей ситуации.

И положительные, и отрицательные эмоции имеют три степени выраженности: малую, среднюю и высокую. Они определяются совокупностью причин, что задается алгоритмически. Поскольку положительные и отрицательные эмоции противоположны по смыслу (и знаку), наличие любой из них, независимо от степени выраженности, автоматически исключает существование противоположной.

Полная эмоциональная удовлетворенность (эмоциональный комфорт) обеспечивается взаимосвязанным объединением всех положительных эмоций, выраженных в большей степени.

Полная эмоциональная неудовлетворенность (эмоциональный дискомфорт) характеризуется прямо противоположным образом.

Взаимные сочетания положительных и отрицательных эмоций, выраженных в различной степени, определяют реальный эмоциональный фон (уровень эмоционального комфорта) изделия, что зависит от его исправности, состояния окружающей среды и поставленных целей.

В совокупности с рациональным выбором оптимальных решений и дополнительной мотивацией формируется комплекс команд, определяющих поведение изделия в каждый данный момент. В общем виде это стремление к максимальному уровню эмоционального комфорта.

Индикация состояния технических систем является функцией вегетативной нервной системы. Коррекция некоторых отклонений от нормального функционирования комплексов и устройств изделия производится автоматически. Ряд отклонений требуют вмешательства ЦНС.

Главной задачей вегетативной нервной системы является поддержание гомеостаза. Диапазоны «нормы», в том числе и в процессе функционирования изделия, задаются конструктивно и реализуются алгоритмически путем описания команд на необходимые локальные воздействия. Выполнение таких команд может быть как автономным в сфере вегетативной регуляции, так и произвольным в сфере анимальных воздействий.

Замечание. В живом организме основным осмысленным сигналом «неисправности» внутренних органов и покровов тела является ощущение боли. Имитацию этого ощущения можно ввести в данный комплекс, но так, чтобы это «ощущение», даже максимально выраженное, служило только сигнальной функцией, но не препятствовало бы изделию выполнять поставленные перед ним задачи.

Перечень «ощущений» о состоянии технических систем (схематически):

– оболочка – прикосновение, давление, удар, разрыв;

– сенсорный комплекс – ограничение полей зрения, снижение яркости, искажение изображений, «слепота»; снижение слуха, «глухота»; снижение обоняния, «аносмия»; снижение вкуса, утрата вкусовых ощущений; нарушение гравитационной ориентировки в пространстве; нарушение восприятия речевых сигналов;

– нарушение двигательной функции – невыполнение команд двигательным средствам (полное, частичное), отсутствие обратной связи о выполнении команд;

– нарушение функций средств внешнего воздействия – то же, что и выше;

– различная мера «энергетического голода» – невозобновленного остатка энергоресурсов;

– сигнальный комплекс – любые нарушения в формировании, передаче, преобразовании, подтверждении получения адресатами и обнаружении помех;

– комплекс поддержания «гомеостаза» – любые нарушения в согласованном функционировании технических систем – нарушения вегетативной регуляции и функциональных взаимосвязей между частями устройства;

– регенерационный комплекс – невыполнение соответствующих команд;

– самоликвидационный комплекс – невыполнение команды.

Целевая функция (что надо?) задается:

– конструктивно (общая для изделий сходного назначения);

– стратегически – для конкретной ситуации по команде «сверху»;

– тактически – по выбору решений ЦНС.

Одновременно с формулировкой цели задаются формализованные критерии меры ее достижения. Помимо использования данных первых пяти блоков, шестой блок взаимосвязан с зоной принятия решений коры (седьмой блок).

Основной функцией шестого блока является активный поиск необходимой информации для реализации решений. Для этого используются все сведения, получаемые от первых пяти блоков, и оценивается их достаточность для достижения цели. При недостаточной имеющейся информации шестой блок дает заявку первым пяти блокам на поиск дополнительных сведений, указав меру их приоритетности и временной порядок поиска (очередность). Основаниями для этих формулировок служат информационный уровень выбора решений в соответствующей зоне коры (детерминированный, стохастический, неопределенный, ситуации неизвестности и катастрофической неизвестности), а также степень срочности принятия решений, определяемая Пк.

Для выполнения этой задачи шестой блок имеет обратную связь с соответствующей зоной коры, чтобы запрашивать ту, и только ту информацию, которая необходима для перевода информационного уровня ЛПР (лица, принимающего решение) с имеющегося на более высокий. Мерой достижения информационного насыщения является детерминированный уровень.

Примеры:

• Имеются данные о классификации объекта внешней среды.

Необходима его идентификация.

• Выбор решения альтернативен. Необходимы сведения об аналогичных ситуациях и результатах принимавшихся при этом решений.

• Имеются данные о частичных неисправностях исполнительных устройств. Нужны сведения о необходимости использования данных устройств при реализации оптимальной стратегии.

• Имеются данные о недостатке энергетических средств. Необходимы сведения о ресурсной потребности при реализации оптимальной стратегии.

По сути, это передача всех отобранных и обобщенных результатов многогранной работы зоны анализа и распознавания, сконцентрированных в шестом блоке.

О принципах отбора и агрегации данных, передаваемых в зону принятия решений, сказано выше.

Принципы отбора информации, передаваемой в зону рассуждений, в сценарную зону качественно иные.

Для построения сценариев, помимо формулировки цели, необходимы:

– сиюминутный сюжет;

– перечень вариантов текущих условий;

– перечень вариантов возможных условий.

Сиюминутный сюжет отбирается на основании Пк. При этом соблюдается строгая очередность:

1) любая однобуквенная тройка;

2) любая одноименная двухбуквенная комбинация с Ø;

3) любая одноименная двухбуквенная комбинация с любой другой буквой;

4) любые другие комбинации букв и ØØ;

5) комбинация ØØØ.

Этому коду прилагается в соответствие описание объектов (веществ и событий) в виде:

– предложений (в любой избранной форме – лингвистической, формализованной и прочей), подтверждающей смысловое содержание кода;

– агрегированных данных сенсорной зоны, подкрепляемых при необходимости сведениями из БЗ, в том числе и об аналогиях.

Варианты текущих условий являются совокупностями данных о текущем состоянии технических устройств изделия (пятый блок). Варианты возможных условий являются совокупностями данных о динамике состояния технических устройств изделия (пятый блок).

Все это в совокупности является исходным материалом для построения сценариев.

Сущность сценария заключается в построении различных систем логических рассуждений и утверждений на заданную тему.

Темой является обсуждение развития событий в рамках текущего сюжета при их естественном течении и при условии тех или иных видов активных действий устройства, направленных на достижение поставленных целей.

Замечание. Эти рассуждения не являются отвлеченным теоретизированием, а ограничиваются только целеустремленной прагматикой.

Материалом для построения сценариев являются знания, полученные блоками зоны анализа и распознавания. Отсутствие необходимых знаний является отсутствием необходимого материала, что не дает возможности строить сценарии («из ничего» ничего нельзя сделать).

Знания (системы взаимосвязанных данных) представляются в сценарную зону в виде предложений (в любой заданной форме). Задачей сценарной зоны является построение текстов, использующих эти предложения.

Основными логическими операциями построения таких текстов, как упоминалось выше, являются импликация и двойная импликация. В этих же рамках для обсуждения предположений (допущений) используется сослагательное наклонение.

Как правило, сценарные тексты многовариантны. Для того чтобы число вариантов не свелось к сплошному их перебору, оно ограничивается сугубо прагматическими формулировками целей и условий их достижения. В необходимых случаях используется обращение к БЗ.

Эти предположения или утверждения строятся с учетом:

– правильности исходных данных;

– ошибочности исходных данных.

Анализ ожидаемых исходов применения тех или иных возможных (в принципе) решений по отдельности в каждом из перечисленных выше случаев, вначале без учета оптимальности их выбора, является функцией зоны принятия решений.

Основанием для развертывания сценария являются сведения, импортированные из седьмого блока. Понятно, что основания для рассуждений, предположений и утверждений могут быть совершенно иными:

– рассуждения – продукт использования простой импликации;

– утверждения – продукт использования двойной импликации;

– предположения – результат использования сослагательного наклонения.

Построение текстов в сценарной зоне многогранно. Тексты могут быть достаточно длинными, но их смысл – перебор вариантов, передаваемых в зону принятия решений, для окончательного оптимального выбора, который и окажется единственным основанием для команды исполнительным средствам.

«Мышление» изделия, несмотря на кажущуюся сложность задаваемых конструкций, по сути является примитивным.

Решение — это выбор волевого действия. Наука о принятии решений (исследование операций) насчитывает огромное число публикаций и руководств. В рамках данной разработки учитываются следующие обязательные компоненты формального моделирования процесса выбора решений:

– формулировка цели («что надо?»);

– информационный уровень ЛПР1 (в данном случае изделия в целом);

– стратегии ЛПР (перечень возможных действий для достижения цели);

– стратегии противника (активного противника или «Природы», т. е. комплекса условий, способствующих либо препятствующих достижению цели);

– принцип оптимальности (выбор принципа оценки того, какой результат считать наиболее желаемым);

– критерий оптимальности (система предпочтения исходов – «что считать?»);

– выигрыши (ожидаемые результаты выбора той или иной стратегии ЛПР при условии реализации той или иной стратегии противника);

– назначение выигрышей (форма представления и величина ожидаемых выигрышей – математическая, лексикографическая, иная);

– рефлексивные методы принятия решений (попытка разгадать размышления и намерения противника);

– форма модели принятия решений (матричная, позиционная);

– индивидуальная мотивация выбора решения (с учетом «личных интересов» устройства и его эмоционального состояния);

– оценка результатов реализации выбранной стратегии, в том числе принятой как оптимальная;

– отбор наиболее эффективных стратегий, реализованных в типичных ситуациях, и запись их в память;

– формирование условных рефлексов.

После того как выбор сделан, подается команда исполнительным средствам, и с помощью сенсорной зоны оцениваются результаты произведенных действий.

Формулировка цели. Различают главную (конечную) цель и промежуточные (этапные) цели, в том числе сиюминутные. Поэтому, вырабатывая стратегию поведения на некоторый промежуточный период, следует иметь в виду, что при неизменности главной цели, этапные цели могут преобразовываться в зависимости от изменяющейся обстановки и условий их достижения. В связи с этим алгоритмически задается возможность выбора оптимальной стратегии на каждом таком этапе. В общем виде для достижения конечной цели используется схема ее декомпозиции «сверху вниз» в виде «дерева решений», отдельные узлы и ветви которого могут преобразовываться при получении текущей информации. Цели могут быть сформулированы лексикографически, математически или иным способом.

Информационный уровень ЛПР. Рассматриваются традиционные уровни:

– детерминированный – определенная ситуация;

– стохастический – ситуация риска;

– неопределенный – ситуация неопределенности;

– дополнительно включаются ситуации неизвестности (известны не все возможные стратегии противника или «Природы») и катастрофической неизвестности (ни одна из этих стратегий не предполагается).

Конец ознакомительного фрагмента.