При проектировании СЧМ

Рассмотренные в предыдущих параграфах особенности и структуру оперативного мышления следует учитывать при проектировании СЧМ. Этот учет в настоящее время осуществляется по трем основным направлениям [11].

Первое из этих направлений связано с построением средств отображения информации. Уже отмечалось, что чем полнее и адекватнее построена информационная модель, тем продуктивнее результаты оперативного мышления человека-оператора, опирающегося на данную модель. Задача состоит в построении наиболее наглядной и в то же время содержательной информационной модели. Для решения этой задачи к средствам отображения информации предъявляется ряд требований.

Прежде всего они должны создавать динамичную информационную модель, т. е. информация на средствах отображения должна непрерывно изменяться вслед за изменением обстановки и внешних условий. Причем для облегчения принятия решения и обеспечения возможности прогнозирования оператором хода управляемого процесса на средствах отображения должны отображаться не только текущие значения параметров, но и тенденция изменения этих параметров (увеличение, уменьшение, убыстрение, отставание и т. д.). Эффективность принятия решения оператором будет значительно выше, если на средствах отображения будет показана не только текущая обстановка, но и возможные (рекомендуемые) варианты действий оператора в этой обстановке. Иначе говоря, информация на средствах отображения должна нести в себе «подсказку» оператору о его возможных действиях. Это особенно необходимо при возникновении стрессовых ситуаций.

Наряду с этими при построении средств отображения должны учитываться и другие особенности оперативного мышления. Как уже указывалось, по своему характеру оперативное мышление является аналитико-синтетическим процессом. Это означает, что в нем имеют место как деление, дробление, анализирование, так и объединение, укрупнение, синтезирование информации. Иными словами, на средствах отображения должно быть обеспечено и частичное, детализированное и полное отображение обстановки и условий работы. Как известно, обстановка сначала осмысливается по отдельным факторам, затем в различных комбинациях оценивается их взаимосвязь, и, наконец, мышление поднимается на уровень оценки всей ситуации в целом.

Подобная этапность, последовательность должна быть обеспечена и на средствах отображения информации с тем, чтобы оператор мог произвольно ее комбинировать для более глубокой и всесторонней оценки как отдельных факторов, так и всей ситуации в целом. Иначе говоря, последовательность отображения информации должна соответствовать ходу протекания мыслительного процесса.

Еще одно важное требование к построению средств отображения заключается в следующем. Работами советских психологов [80] показано, что укрупнение оперативных единиц мышления повышает его продуктивность. Психологические исследования подтверждают, что общая идея, замысел решения обычно вырастают из обобщенного и схематизированного осмысливания ситуации. Наличие деталей здесь может оказаться не только излишним, но и вредным. В то же время при мысленной проверке выдвигаемых гипотез (обратный ход мысли) необходимо учитывать множество деталей. Следовательно, средства отображения должны давать не только обобщенную информацию о текущей обстановке в целом, но и предусматривать возможность ее детализации по желанию оператора.

И, наконец, скорость переработки информации, точность и правильность принимаемых решений зависят от способов формирования сигналов, несущих информацию оператору. Можно перечислить несколько общих требований к сигналам, вытекающих из особенностей оперативного мышления [44, 80]:

— достаточная полнота отображения события или состояния объекта управления;

— краткость и четкость сигнала;

— правильность, т. е. адекватность признаков сигнала характеристикам события или состояния объекта;

— форма сигнала должна указывать на его связь с другими сигналами.

Следует отметить, что вся система сигналов должна отображать ситуацию таким образом, чтобы оператор имел возможность обозревать ее в разных аспектах. Чем больше число различных аспектов оператор может выявить и чем эти аспекты больше отличаются друг от друга, тем легче и быстрее оператор может найти правильное решение.

Как уже указывалось, информация к оператору, как правило, поступает в закодированном виде с помощью сигналов-символов. Поэтому одной из функций оперативного мышления является преобразование сигналов-символов в изображение, т. е. декодирование информации.

Декодирование является одним из труднейших умственных действий, связанных с деятельностью оперативной памяти и мышления. Для повышения эффективности операторской деятельности целесообразно во всех случаях, где это только возможно, переходить от использования сигналов-символов к сигналам-изображениям, не требующим выполнения дополнительной операции декодирования. Необходимость в сигналах-изображениях является особенно острой для таких систем, где оператор должен решать непрерывные перцептивно-моторные задачи. Во многих случаях целесообразна также совмещенная индикация, сочетающая символы с элементами изображения. При этом, как уже отмечалось, особенно эффективными являются те сигналы, которые содержат «намек» на возникновение проблемной ситуации и «подсказку» путей ее решения.

Второе направление в согласовании мыслительных возможностей человека и техники связано с решением задачи распределения функций между ними при принятии решения. Не рассматривая подробно эти вопросы (детальное освещение их приводится в гл. XII), укажем лишь, что технические устройства, давая количественную характеристику того или иного возможного способа действий в сложившейся обстановке, могут резко сократить трудоемкие расчетные операции, придать большую обоснованность принимаемым решениям и тем самым внести в действия оператора большую уверенность.

Что же касается возможных способов действия, нахождения замыслов решения" задачи, то они остаются в сфере мышления человека, являются продуктом его анализирующей и обобщающей мысли. Решения машины, при всей их точности и большой практической ценности, остаются алгоритмическими и осуществляются на уровне формально-логического мышления. Подлинно человеческое мышление для машин невозможно.

Третье направление согласования мыслительных возможностей человека-оператора и техники относится к области реализации принятого решения, доведения его до исполнителя. Это не менее важный вопрос, чем рассмотренные выше, ибо принятое решение только тогда становится реальной программой действия, когда оно правильно и своевременно доведено до исполнителя. В качестве исполнителя могут выступать либо технические устройства, либо другие операторы.

В первом случае весьма важным является вопрос выбора типов, формы, взаимного расположения органов управления (некоторые рекомендации по этому вопросу даны в гл. XI). Во втором случае серьезной проблемой становится вопрос о том, в какой форме принятое решение должно быть доведено до исполнителей: в образной (наглядной) или словесной, в закодированном или • незакодированном виде и т. д.

Известные психологические исследования [11] свидетельствуют о том, что оперативная информация продуктивнее всего воспринимается и осмысливается в том случае, когда она сообщается в виде определенного сочетания образа и слова. Следовательно, решение до исполнителей лучше всего доводить в образно-словесной форме.

Таковы в общих чертах основные направления, по которым должен производиться учет особенностей оперативного мышления при проектировании СЧМ.

§ 5. Основные различия в переработке информации человеком и вычислительной машиной

Последние годы ознаменованы большими успехами в развитии электронно-вычислительной техники. Эти успехи связаны не только с расширением вычислительных возможностей машин, но прежде всего — с расширением их информационных возможностей. Благодаря этому стало возможным с помощью ЭВМ осуществлять решение таких задач, которые совсем еще недавно были доступны лишь человеку (автоматический перевод с одного языка на другой, игра в шахматы, доказательство теорем, сочинение музыкальных произведений и т. д.). Иными словами, с помощью машин стало возможным воспроизводить некоторые стороны мыслительной, творческой деятельности человека. В связи с этим появились такие понятия, как «машинный интеллект», «думающие машины», «эвристика машины» и др. Поэтому весьма важным и интересным является вопрос сравнения мыслительных способностей человека и машины.

Проведенные в психологии исследования мыслительного процесса раскрывают исключительную специфичность мышления как чисто человеческой способности. Эта мысль особенно четко определена в работе П. В. Копнина [39], где отмечается: «То, что выполняет машина, конечно, не является мышлением... Мыслить может только человек, точнее, человечество». Это положение остается столь же незыблемым в настоящее время, каким оно было и до появления вычислительных машин.

Основные различия в переработке информации человеком и вычислительной машиной раскрыты в работах В. И. Алексашима [1] и А. В. Брушлинского [6]. Эти различия заключаются в следующем.

1. Мышление как непрерывное взаимодействие человека с окружающим миром есть оперирование не самими символами или знаками, а объектами, определенными в понятиях. В мыслительном процессе анализа через синтез именно объект включается во все новые существенные для него связи, благодаря чему из объекта усваивается все новое содержание. Таков источник продуктивности мышления и его основной механизм. В отличие от этого электронно-вычислительная машина оперирует лишь символами или знаками, а не объектами, образами и потому не может выйти за пределы тех программ, которые были заложены в нее человеком.

2. В процессе мышления познаваемый объект включается не в любые и не во все подряд связи и отношения, а лишь в те из них, носителем которых является искомое качество объекта. Этим определяется направленность, избирательность как одно из важнейших свойств мыслительного процесса. В отличие от этого вычислительные машины функционируют на основе полного или частичного перебора всех или нескольких возможных вариантов решения.

3. Благодаря тому что в ходе мыслительного процесса один и тот же познаваемый объект включается каждый раз в другие связи и отношения, закономерно формируется преемственность в протекании и развитии мыслительного процесса. Открытие нового, неизвестного всегда связано с уже известным, старым и частично выводится из него, но вместе с тем далеко выходит за его пределы.

Открываемое в ходе мыслительного процесса новое является таковым только по сравнению со старым и всегда сохраняет с ним определенные связи. Этим и объясняется, например, наличие образов уклонения в схеме мыслительного процесса, (рис. 31), играющих огромную роль в самом процессе.

В противоположность этому даже наиболее разработанные машинные программы учитывают лишь вероятностные связи между событиями, не сохраняющие такого рода преемственности между ними.

4. Преемственность в протекании мыслительного процесса предполагает его непрерывное изменение и развитие. Каждая последующая стадия процесса, вырастая из предыдущей, существенно от нее отличается, поэтому здесь нет никаких однородных, неизменных элементов, из которых слагалась бы мыслительная деятельность.

В противоположность этому вероятностный подход к мышлению, реализуемый с помощью ЭВМ, приводит к разделению последнего на относительно неизменные и внутренне друг с другом не связанные элементы. Например, при вероятностном подходе игнорируется мыслительный механизм анализа через синтез. Это происходит всякий раз тогда, когда подсчитывают, сколько раз имел дело субъект с тем или иным свойством объекта, и на этой основе пытаются прогнозировать ход мыслительного процесса — большую и меньшую вероятность актуализации данного свойства.

5. Важную роль в процессе мышления играют социальные моменты, общественная практика, развитие которой преобразует логику мышления, оценку его результатов. Это положение особенно четко определено в работе [87], где отмечается, что «мышление индивида опосредовано общественно-историческим развитием знания, исторический процесс развития научного знания опосредован познавательной деятельностью индивидов, людей». Это означает, что мышление человека, логические процессы обработки им информации органически, желает того человек или не желает, определяются его общественной природой.

Точно так важную роль в процессе мышления играет эмоциональная сторона, которая может ускорять, замедлять и изменять процессы обработки информации. В этих особенностях наиболее ярко проявляется специфика мышления, его качественная сторона, которая не может быть воспроизведена в машинных процессах переработки информации.

6. Еще одно различие логических процессов в ЭВМ и мышлении человека заключается в характере процесса переработки информации. В существующих машинах логические процессы обработки информации осуществляются или в непрерывной (аналоговые машины) или в дискретной форме (цифровые машины). В отличие от этого информационным процессам мозга человека свойственна и дискретность, и непрерывность. Функционированию высшей нервной системы человека свойственна непрерывность, связанная с физико-химическими и нейроэлектрическими процессами. Дискретность же этих процессов проявляется на уровне интегральной деятельности нервной клетки (нейрона).

Именно этими обстоятельствами определяется такое преимущество информационных процессов в машинах, как скорость переработки информации, которая особенно ярко проявляется в машинах дискретного действия. Единство же обеих сторон (дискретности и непрерывности) в мышлении человека приводит к замедлению процесса обработки информации. Однако это замедление компенсируется тем, что появляется возможность многопланового характера обработки информации. Этим и обусловливается творческий характер мышления человека.

Подводя итог рассмотрению сходства и различия мышления человека и информационных процессов в вычислительных машинах, необходимо отметить, что это сходство заключается в том, что в обоих случаях происходит процесс переработки информации по специфическим законам. Основное же различие заключается в том, что в машинах переработка информации осуществляется по правилам формальной логики, а в мышлении человека решающее значение имеют правила диалектической логики [1].

Большой интерес представляют модели мышления и программы их реализации на ЭВМ, которые носят название эвристических. Эти модели и программы являются наиболее совершенными с точки зрения возможности воспроизведения на ЭВМ отдельных функций мышления (при наличии, конечно, рассмотренных выше различий в переработке информации человеком и машиной).

Термин «эвристика» употребляется в двух значениях — психологическом и кибернетическом. В первом случае он применяется для обозначения проблемы нахождения, поисков неизвестного, в более узком значении — как внезапное озарение, догадка, приведшая к решению мыслительной задачи. Во втором случае речь идет о машинном способе сокращенного перебора возможных вариантов решения. В связи с успехами кибернетики (в частности, в области моделирования мыслительных процессов) и с проникновением идей кибернетики в психологию в настоящее время термин «эвристика» употребляется исключительно во втором значении. В психологии и кибернетике он означает способ отыскания решения задачи путем выявления возможных его вариантов с последующим ограничением, сокращением числа этих вариантов. Иными словами, эвристика — это правила сокращения поиска решения.

Из рассмотренного в предыдущих параграфах материала видно, что мышление человека всегда является эвристическим и иным быть не может. Употребление термина «эвристический» применительно к понятию «мышление» свидетельствует о стремлении подчеркнуть такие основные свойства мышления, как избирательность, направленность, продуктивность. Работа же машины в принципе не может быть эвристической, поскольку она, как указывалось выше, работает на совершенно иных принципах, чем мышление человека. Поэтому применение терминов эвристическое моделирование и эвристическое программирование является чисто условным.

По своему существу эвристическое программирование [6] заключается в том, чтобы подготовить машину (задать программу ее работы) к решению заранее сформулированных задач в соответствии с заранее заданными процедурами, способами. Хотя ход решения может обусловливаться также и промежуточными, казалось бы, новыми результатами, полученными в процессе решения, тем не менее все возможные альтернативы приходится предусмотреть наперед, заранее. Это принципиальное и важное условие, потому что в случае возникновения любой непредвиденной альтернативы весь процесс решения проблемы приостанавливается в ожидании дальнейших указаний, т. е. расширения программы решения.

Поэтому современные эвристические модели и программы их реализации на ЭВМ далеки от человеческих эвристик. В них, как мы видим, решается не творческая мыслительная задача, а более простая лабиринтная задача с известными областями поиска, начальными условиями и конечной целью. Для выработки новых алгоритмов в ходе решения используется методика перебора вариантов (проб и ошибок), но с определенным сокращением. Следовательно, в таких программах моделируются лишь отдельные стороны мыслительной деятельности человека.

ГЛАВА VII