Лаба_7_1-ПиО (Лабораторные Работы), страница 4

обезьян заняла сотни миллионов лет. От теплокровных животных до первобытного человека - десятки миллионов. А путь от первобытного человека до нас с вами занял уже "всего" десятки тысячелетий. Эволюция все время ускоряла свой бег. А между тем, если бы природа действовала методом проб и ошибок, скорость эволюции должна была, по крайней мере, быть постоянной или даже замедляться!» [64]. Еще один пример похожего подхода с подобным же выводом: «Пока нет никаких доказательств участия метилирования ДНК в адаптивной изменчивости эукариот, но участие его в эпигенетическом наследовании некоторых признаков уже не вызывает особых сомнений. Метилирование вполне может лежать в основе некоторых проявлений адаптивной эволюции эукариот. Вопрос только в том, насколько подобная адаптация управляема, т.е. способен ли геном модифицировать сам себя, причём не методом проб и ошибок, а вполне целенаправленно» [65]. Таким образом, трактовка МПиО как механизма естественного отбора часто подвергается справедливой критике, хотя аргументация иных авторов также не свободна от неточностей. Например: «Теория передачи информации, возникшая на базе теории вероятности, без особого труда вынесла смертный приговор концепции естественного отбора (это зависит от того, что именно поднимать под данной концепцией! . С.Г.). Оказалось, что МПиО имел бы в биоэволюции такие же или даже более ничтожные шансы на успех, чем создание .Войны и мира. обезьяной, тыкающей наугад в клавиши пишущей машинки. Здесь требовался какой-то новый принцип развития, охватывающий к тому же не только живую, но и неживую материю. Вспомним, что мнимая мудрость эволюции, которая на самом деле слепа, объясняется по Дарвину, естественным отбором путем проб и ошибок единственно удачного варианта из огромного числа .пустышек.. Ничего подобного не наблюдается при становлении живого организма из родительской клетки, которое с самого начала происходит вполне однозначно, в строго определенном порядке, заданном направлении и в заранее установленный срок. Другими словами, процесс явно идет от начала до конца строго по плану, неуклонно и целесообразно» [66]. Что касается «становления живого организма из родительской клетки», то этот процесс (онтогенез), конечно же, имеет совершенно иной характер, нежели процесс эволюции такого организма (филогенез), но из этого факта совсем не следует, что первый процесс как-то опровергает второй. А рассуждения об обезьяне и пишущей машинке довольно часто встречаются в публикациях, рассматривающих их как «доказательство» ошибочности дарвинизма как такового. К сожалению, эти авторы строят свои умозаключения на неверном, с моей точки зрения, аргументе трактовки механизма эволюции именно как МПиО = «слепому» поиску. Понятие слепого поиска активно используется и в теории генетических алгоритмов, которые конструируются исходя из бионического принципа, т.е. воплощения в технических устройствах (в данном случае . в компьютерных программах) свойств того или иного биологического объекта (конечно, в том виде, в каком последний видится их конструкторам): «Общепринято, что в генетических алгоритмах мутациям соответствуют одиночные замены генов, обеспечивающие стохастическое движение в ближайшей окрестности. В такой схеме слепого поиска мутации рассматриваются как минорный элемент генетического алгоритма, так что на практике рекомендуют строго ограничивать их вклад с целью подавления вносимого ими шума» [67]. Итак, когда МПиО рассматривают как «слепой», делают вывод о его недостаточной эффективности: зачастую некоторые критики, как они говорят, «случайного поиска» [68], подразумевают в своем рассмотрении именно слепой поиск, недостатки которого очевидны. Так, К.Х.Уоддингтон пишет: «Форма гравия на дне реки определяется случайными процессами, т.е. (? . С.Г.) возникает в результате случайного поиска (??? . С.Г.)» [там же], и демонстрирует такой процесс на соответствующей иллюстрации фиг. 2 этой статьи . см. рис. 1. В действительности указанные процессы вообще непоисковые и даже неоптимизационные. Здесь мы видим рисунок, неотличимый на вид от приводящихся в учебниках иллюстраций броуновского движения какой-либо микрочастицы в жидкости.

2.4. МПиО: формальные определения Возможно, впервые подход, который может быть интерпретирован как «мостик» к формальному определению МПиО, высказал в 1960 году У.Р.Эшби: «В психологических работах адаптацию методом проб и ошибок иногда рассматривают как лишь один из способов адаптации, и к тому же не самый лучший. Приведенные выше соображения показывают, что МПиО занимает гораздо более фундаментальное положение среди методов адаптации. Они, в сущности, показывают, что тогда, когда организм должен

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/104.pdf 1247

приспосабливаться (удерживать свои существенные переменные в физиологических пределах), действуя через среду типа .черного ящика., процесс проб и ошибок необходим (здесь и ниже курсив У.Р.Эшби), ибо только такой процесс позволяет извлечь нужную информацию. Таким образом, процесс проб и ошибок можно рассматривать с двух совершенно разных точек зрения. С одной стороны, в нем можно видеть просто попытку достижения цели; когда цель не достигается, эффективность его мы оцениваем цифрой 0. С такой точки зрения это лишь «второсортный» способ достижения цели. Существует, однако, другая точка зрения, которая ставит этот метод неизмеримо выше, так как он может играть неоценимую роль в получении информации, абсолютно необходимой для успешной адаптации. Именно поэтому процесс проб и ошибок должен быть использован (организмом) при адаптации» ([78], С. 137). Позднее Л.А.Растригин специально подчеркивал, что «огромной заслугой Эшби является то, что он предложил искать управление X (в гомеостате . С.Г.) не целенаправленно, а случайно . путем проб и ошибок. Ему же принадлежит заслуга обоснования такого на первый взгляд .неразумного. способа поведения» ([3], стр. 30; [4], стр. 54). Тем самым он обосновал мнение, что теория МПиО может рассматриваться как элемент именно теории управления, конкретнее . ее последовательно вложенных друг в друга составляющих «техническая кибернетика» - «теория оптимизации» - «теория поисковой оптимизации» - «теория случайного поиска». Далее Л.А.Растригин пишет: «МПиО, используемый гомеостатом для отыскания решения, сводится, по сути дела, к случайному перебору элементов некоторого допустимого множества управлений (случайному поиску), проверке эффективности и соответствующей реакции на каждое управление. Четко разграничиваются два вида реакций на случайное управление. Отрицательная реакция R− возникает в ответ на управление, которое не приводит к выполнению поставленных целей. Эта реакция в соответствии с алгоритмом гомеостата вызывает очередную случайную пробу управления. Положительная реакция R+ следует при выполнении в объекте целей управления. Она сохраняет в объекте то управление, которое привело к выполнению поставленных требований. Алгоритм такого поведения удобно записать в виде 1,,,,iiеслиRXXеслиR−++Ξ= где iX - управление на -м шаге поиска, а iΞ- случайное управление из класса допустимых управлений. Как легко заметить, такой алгоритм имеет целесообразное поведение, направленное на поиск и сохранение в системе стабильного состояния, которое обеспечивает положительная реакция R+. Этот алгоритм естественно назвать алгоритмом с .наказанием случайностью., так как случайное управление вводится как реакция на неудачу. Применение описанной схемы слепого (курсив мой . С.Г.) поиска прямо к оптимизации многопараметрических систем не приводит к успеху, . поскольку алгоритм гомеостата (т.е. МПиО . С.Г.) решает вопрос об отыскании решения в принципе; он гарантирует конечность времени отыскания условий, удовлетворяющих целям управления. Вопросы быстродействия не решаются этим алгоритмом, так как он предназначен для управления объектами самого широкого класса с единственным ограничением . конечность вероятности отыскания решения» ([4], стр. 65-69). По-видимому, данное математическое выражение с его комментариями и можно рассматривать как единственное существующее в литературе формальное определение МПиО (по крайней мере, других подобных определений мне не удалось найти ни непосредственнов специальной литературе, ни с помощью Интернет-поиска). Отмечу, что характеристики случайности поискового управляющего воздействия детализируются в дальнейшем комментарии как «слепой» поиск, причем в силу этого . весьма малоэффективный. Таким образом, единственное имеющееся формальное определение МПиО рассматривает его именно как «слепой». Ξ2.5. МПиО: предварительные выводы

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/104.pdf 1248

В результате анализа вышеприведенных определений и разнообразных точек зрения на МПиО, как представляется, можно сделать следующие предварительные выводы: а) в литературе удалось найти лишь единственное формальное определение МПиО (Л.А.Растригиным), определяющее его как «слепой» поиск; б) достаточно многочисленные вербальные определения и трактовки МПиО неоднозначны . в них, как правило, не рассматривается его внутренняя структура, в частности, не конкретизируется и не учитывается фактор фундаментального значения: наличие либо отсутствие памяти в процедуре генерации пробы; таким образом, в значительном числе интерпретаций не делается различия между вариантами МПиО без памяти («слепого» поиска) и с памятью («направленного» поиска), тогда как во многих других случаях МПиО рассматривается конкретно как «слепой» (т.е. МПиО в узком смысле / в узкой трактовке) либо как «направленный» (т.е. МПиО в расширенном смысле / в расширенной трактовке); в) указанная многозначность трактовок термина МПиО приводит к многочисленным недоразумениям при его использовании в различных отраслях знания, в частности . к суждениям о его эффективности в диапазоне от резко отрицательных до весьма положительных (что можно объяснить именно различной интерпретацией МПиО, подразумеваемой тем или иным автором); г) поскольку в работах У.Р.Эшби, Л.А.Растригина и других показано, что МПиО является элементом более широкой отрасли знания: теории управления и, конкретнее, ее важных составляющих . технической кибернетики, теории оптимизации, теории поисковой оптимизации и теории случайного поиска, следует сравнить его с соответствующими методами, предложенными в их рамках. Для этого рассмотрим последние несколько подробнее, имея в виду, что, развитые в области технической кибернетики, эти методы оказались сравнительно мало известными и почти не использующимися в биологических областях естественных наук.

__

5. Выводы и заключительные замечания Как показано в настоящей статье, термин МПиО оказался не столь очевидно элементарным, как это воспринимается большинством. Выяснилось, что иногда в него вкладывают значительно более глубокий смысл, выводя его тем самым далеко за рамки применимости его аналога в «узком» смысле: можно констатировать, что практика применения термина МПиО характеризуется многозначностью его наполнения, даваемого различными авторами. То есть его понимают, по меньшей мере, в одном из двух смыслов: чаще в «узком» (как не обладающий памятью «слепой» поиск), либо, существенно реже, в «расширенном» (как обладающий памятью «направленный» поиск, близкий к «адаптивному случайному поиску»). Выход из такого неудовлетворительного положения, как представляется .необходимость формализации точного значения этого термина (что и предлагается в данной работе), и настоятельная рекомендация научному сообществу применять эти формальные определения в своей профессиональной деятельности. Что касается возможности использования МПиО (в «узком» смысле) для описания процесса биологической эволюции, то на его базе можно построить лишь самые элементарные ее модели, отражающие действительность крайне упрощенно и фрагментарно.

__