Чтение онлайн

Дерево целей - надежная опора и в более сложных случаях, когда башня состоит из восьми или 12 колец. Наши приемы - разделение задачи на подзадачи, освобождение и ссылка колец - не подводят и здесь. Мы не убоимся и главной "Ханойской башни", той, что собрана из 64 золотых колец. Ибо наше оружие - эвристики - не тупится о золото.

Они с самого начала имели дело с золотом. Помните, как Гиерон, царь Сиракуз, попросил Архимеда проверить, из чистого ли золота сделана его новая корона или ювелиры сплутовали. Помните, как мучился Архимед - слишком причудливы были контуры короны, чтобы разбить ее на цилиндры и конусы и геометрически вычислить объем. Помните, как в ояин прекрасный день выскочил он из ванны с ликующим криком "Эврика!", то есть "открыл!".

Он открыл, что корона такое же физическое тело, как и его собственное, и если погрузить ее в доверху наполненный водой сосуд, то объем вылившейся из сосуда воды будет равен объему короны. Архимед подарил нам первую эвристику, эвристику, которая работает до сих пор при измерении объемов тел сложной формы.

Мы не погружали в воду "Ханойскую башню" - и форма у нее простая, и объем башни нам знать ни к чему, Для нее мы нашли другие эвристики. Мы начали дело с конца, с цели, и попытались достичь ее сразу. Когда это не удалось, мы решили хотя бы приблизиться к цели и придумали промежуточную цель - освобождение большого кольца.

Это прекрасная эвристика - заменить недостижимую пока конечную цель промежуточной целью, достичь которую гораздо легче. Вся соль тут в том, чтобы почувствовать, что промежуточная цель не уводит в сторону от конечной, а приближает к ней. И еще одну эвристику мы изобрели, имя ей "ссылки лишних колец на запасной стержень". Нам повезло: эта эвристика доставила нас сначала к промежуточной, а потом и к конечной цели.

Вы, конечно, помните, уважаемый читатель, что рассказ о "Ханойской башне" понадобился нам, чтобы разъяснить, какого рода догадки-оценки (теперь мы скажем строже - эвристики) включены в программу САИНТ.

Программа САИНТ, подобно человеку, пытается решить задачу одним махом, заменив данный интеграл элементарным. Если это не получается, она производит алгебраические упрощения и снова пытается решить задачу. Если опять не выходит, САИНТ внимательно смотрит, что за птица-уравнение скрывается под знаком интеграла.

Как живых птиц отличают друг от друга форма клюва, оперение, размер и многие другие черты, так и подинтегральные птицы - алгебраические выражения - имеют каждая свои отличия. Как орнитолог оценивает птенчиков и после оценки надевает на их лапки кольца с перечнем их особенностей, так и САИНТ дотошно оценивает подинтегральное выражение и в памяти ЭВМ приписывает к нему его признаки.

Потом программа САИНТ берется за свой ассортимент эвристик. А он у нее не мал: в программе имеется набор из десяти эвристик, содержится десять драгоценных приемов интегрирования.

САИНТ вдумчиво перебирает эти свои эвристики, оценивает их одну за другой и примеряет каждую из них к подинтегральному выражению: эта не подходит вообще, и эта не подходит, а вот эта срабатывает, и эта годится, и эта тоже.

Программа работает с риском. Может добраться до цели за 3-4 хода, а может закрутиться в череде эвристик: преобразовала, оценила, снова преобразовала, снова оценила... и так без конца. Чтобы проверить успешность работы САИНТа, были взяты 54 задачи, предлагаемые на экзаменах первокурсникам в Массачусетском технологическом институте. Программа решила 52 из них. Две задачи оказались каверзными - память машины перегрузилась промежуточными целями и преобразованиями; САИНТ отпечатал: "Переполнение памяти. Неудача". Но и это неплохо! Ведь КПД САИНТа оказался близким к 96 процентам!

Естественно спросить, быстро ли САИНТ берет интегралы? Примерно с такой же скоростью, что и хороший студент (самый сложный интеграл она штурмовала 18 минут, а самый простой был взят через 1,8 секунды). Вспомним, что САИНТ работала на машине ИБМ-7090, безнадежно устаревшей на сегодняшний взгляд. Сегодня скородействие САИНТа повысилось бы в тысячу раз; чтобы перереши?!? весь задачник, ей понадобилось бы два-три часа. (Поправка: не весь задачник, а 96 процентов входящих в него задач; 4 процента САИНТ не решила бы даже за сутки, ибо САИНТ не строгий алгоритм, гарантирующий решение, а эвристическая программа)

Эвристики - суть этой программы, ее душа, ее радость и печаль.

Эвристики - проблески молнии во тьме проблем. Мрачна, как темная чаща, проблема. Не видно в ней ни зги, ни тропки, ни пути к цели. Но ярко вспыхивает эвристика, освещая все на мгновение; и надо воспользоваться моментом, чтобы увидеть дорогу к цели, пока проблема опять не погрузилась во мрак.

Эвристики - дочери Архимеда - самые остроумные приемы решения задач. Не зря все программы для Искинта долгое время именовалась эвристическими. Не зря программисты изобрели многие десятки эвристик и сами называли их то наивными, то осторожными, то свирепыми, то умными. Есть даже фагозвристики, которые, словно белые кровяные тельца - фагоциты, безжалостно пожирающие микробов, очищают память машины от второстепенных фактов, фактиков, излишней дребедени.

Эвристики - непостоянные красавицы, талантливые и беспечные, полная противоположность унылому работяге алгоритму.

Автору пришлось прочесть не одну статью о коренном различии между эвристиками и алгоритмами. Их настойчиво противопоставляли друг другу, разгоняя по разным углам. А после в угол, где находились эвристики, приводили человека, а в глухой алгоритмический угол затаскивали машину. Образ мысли человека, дескать, в высшей степени эвристичен, а образ мысли машины глубоко алгоритмичен. И отсюда делался вывод: не тягаться машине с человеком, Искинт принципиально невозможен.

Принципиально невозможен! Как часто иным людям кажется принципиально невозможным то, что им непонятно или что грозит нарушением их научных привычек. Но из своих противоположных углов эвристики и алгоритмы кричат: "Мы - братья и сестры, мы - близнецы, не разлучайте нас!"

И эвристики и алгоритмы - это приемы решения задач, четкие, определенные приемы, прилагаемые ко многим задачам. Здесь, в детерминированности и массовости, если пользоваться более строгим языком, нет никаких различий между эвристиками и алгоритмами. Нет различий и в остроумии, изяществе, внутренней силе: встречаются ослепительные по красоте алгоритмы, встречаются и занудные эвристики. Различие между ними проявляется только в одном - в успешности решения задач; алгоритм успешен всегда, эвристика - часто, но не всегда.

Выходит, что эвристика в определенном смысле хуже алгоритма? Но наше "хуже" носит схоластический характер, потому что эвристики работают с теми задачами, для которых нет строгого алгоритма. Вот он, гвоздь вопроса!

Программу САИНТ, написанную Д. Слейглом, удалось через шесть лет усовершенствовать другому ученому - Л. Мозесу; ее оценки стали многочисленнее и тоньше, в результате чего почти исчезли лишние ветви дерева целей. Программа берет интегралы без колебаний, но при этом еще остается эвристической.

Через два года Р. Риш, третий исследователь, напрочь отказался от эвристик. Он придумал алгоритм интегрирования многих видов выражений.

Ну что тут скажешь?! Интегрирование с момента его изобретения и по сию пору считалось серьезной умственной работой. На голову, не умеющую интегрировать, не надевали фуражку инженера. Алгоритма интегрирования не было; откуда взяться простым и однозначным правилам там, где нужна изобретательность?

И все же алгоритм интегрирования оказался возможным. И красивым. И эффективным не на 96, как эвристическая программа Д. Слейгла, а на все 100 процентов.