История логических машин



жүктеу 416.44 Kb.
бет2/3
Дата29.08.2018
өлшемі416.44 Kb.
1   2   3

5. Интеллектуальные машины Семена Корсакова.

В сентябре 1832 г. в Петербургскую академию наук поступило письмо от коллежского советника Семена Корсакова, в котором тот сообщал, что “имел счастье открыть новый способ исследования, крайне важный по своим приложениям”. Существо своих предложений Корсаков подробно излагал в документе, озаглавленном “Сообщение о новом методе исследования”. Академия наук отнеслась к нему со всей серьезностью и отреагировала весьма оперативно: ровно неделю спустя Общее собрание заслушало сообщение о предложениях Корсакова и постановило создать для его рассмотрения Комиссию, в которую вошли четыре академика.

Что же предлагал Семен Николаевич Корсаков (1787-1853)? Он представил пять “интеллектуальных машин”, каждая из которых, по мнению изобретателя, должна были позволять сравнивать относящиеся к какой-нибудь области знаний сложные понятия, признаки которых предварительно были помещены в специальную таблицу. Перечислим эти машины и опишем их назначение, а также способ использования так, как это сделал сам изобретатель.

Первая из них – это прямолинейный гомеоскоп с неподвижными частями. Вот как его описал назначение Корсаков: “среди большого числа представлений, помещенных в таблице, он обнаруживает то, которое содержит во всех деталях другое заданное сложное представление. Машина дает этот результат, останавливаясь сама собою во время операции. <…> Число деталей может простираться до сотен”. Суть процесса сравнения становится вполне очевидной, если посмотреть на рис. 2, поясняющий его.



Рис. 2. Прямолинейный гомеоскоп с неподвижными частями.



Корсаков полагал, что прибор можно применять в медицине: детали сложного представления в данном случае – это подробно описанные симптомы той или иной болезни, а результат работы – указание на предназначенное для ее лечения лекарство. Тогда каждый столбец таблицы III описывает ту или иную болезнь, множество симптомов которой задано отверстиями в клетках таблицы. В прямоугольный брусок I, по высоте равный столбцу таблицы, втыкаются булавки (номер позиции каждой булавки совпадает с номером одного из симптомов болезни). Зная симптомы заболевания, которое требуется диагностировать, соответствующие им булавки втыкают в брусок до упора – так, чтобы их острия выступали с противоположной стороны бруска (II). Затем брусок перемещают в вертикальном направлении вдоль таблицы остриями булавок вниз (IV). На том столбце, где все они попадут в отверстия, движение прекращается (на рисунке это столбец E). Под столбцом читаем название лекарства против болезни, имеющей заданные симптомы.

Прямолинейный гомеоскоп с подвижными частями предназначен для той же цели, однако, сверх того, “перечисляет и немедленно выделяет из данного сложного представления все подходящие и неподходящие детали по мере того, как они приводятся в соприкосновение с деталями, указанными в таблице”.

Плоский гомеоскоп. Корсаков пишет, что прибор “… мгновенно указывает, что есть соответствующего и несоответствующего в двух сложных представлениях, сравниваемых друг с другом, причем их детали могут составлять до десяти тысяч и даже более”. Фактически это две таблицы, A и B. Каждая строка таблицы B соответствует некоторому сложному понятию, а наличие тех или иных деталей в нем задается наличием или отсутствием отверстия в соответствующей клетке. В таблице A того же размера и той же размерности каждой детали некоторого сложного понятия соответствует воткнутая в соответствующее отверстие длинная булавка. Обе таблицы изготовлены в виде столиков, причем у таблицы A его “ножки” несколько выше. Затем таблица A ставится на таблицу B, и там, где признаки совпадают, булавки проходят в ее отверстия, а там, где не совпадают – не проходят. В приведенном примере понятие e из таблицы A совпадает с понятием e из таблицы B по четырем признакам (1, 4, 7, 10) и не совпадает по остальным. Упомянутые изобретателем 10000 деталей означают, что размер каждой из таблиц можно довести до 100×100.

Идеоскоп за несколько минут выполняет сравнение большого числа сложных представлений, представленных в особой таблице. Он определяет совпадающие и несовпадающие детали в двух соседних представлениях; различие данного сложного представления и сравниваемого с ним; детали, которых нет ни в том, ни в другом сложном представлении, но которые имеются в других сложных представлениях данной таблицы. При этом крайне важно, что имеется возможность “определять в самый момент сравнения относительную степень значимости каждой из деталей”. Простой компаратор “… дает те же четыре результата, что идеоскоп, но может работать лишь над двумя сложными представлениями, сравнимыми между собой. Он охватывает лишь несколько десятков деталей, но … для него не нужно таблицы”.

Заключение Комиссии датированное 24 октября, оказалось отрицательным. Академики отдали должное как оригинальности идеи, так и изобретательности Корсакова, однако, во-первых, полностью отказали ей в практичности, а во-вторых, несколько умерили оптимизм автора по поводу ее возможностей. В самом деле, Корсаков писал: “… естественно предположить, что изобретение способа, который сможет расширить область действия самого высшего органа человека, руководящего всеми другими, – его разума – должно иметь … важные последствия. Нужно только, чтобы глубокие и выдающиеся ученые постигли его принцип и составили таблицы, необходимые для его применения к различным отраслям человеческого познания”. Т. е. сам Корсаков отнюдь не ограничивал использование своих машин поиском и сравнением, а полагал, что им предложено нечто большее – метод исследования и инструмент для получения нового знания. Однако комиссия резонно с этим не согласилась: “Члены Комиссии … не могут одобрить применения этих методов исследования к наукам. Прежде всего, ни чистая, ни прикладная математика не могут извлечь из них никакой пользы, потому что сущность [этих наук] нельзя свести к таблицам. То же относится к физике и химии”.

Комиссия указала, что приборы Корсакова неприменимы, если речь идет о новом понятии: “Если кто-нибудь неискушенный в науке (а именно для таких лиц автор и изобрел свой метод исследования) найдет растение, животное или минерал или совершенно неизвестный, или не содержащийся в таблице, то предполагаемый способ не дает ему никакой возможности включить его в общую систему или дать ему название”. Кроме того, “… если таблица составлена правильно, то можно по его способу найти лекарство … рациональная медицина чаще всего усматривает в симптомах показание к применению нескольких лекарств одновременно, а потому она и не может пользоваться подобным методом, тем более, что этот метод не принимает в расчет ни силу, ни относительную важность симптомов”. Комиссия отметила принципиальную реализуемость идей Корсакова, но указала на трудности, возникающие при их практическом воплощении: “… почти безграничное количество предметов также не дает надежды на более полное его использование”.

Комиссия резюмировала: “Если эти соображения доказывают членам Комиссии (а число этих соображений легко может быть увеличено), что предложенный их вниманию метод исследования никоим образом не может получить одобрения, то здесь отнюдь не имеется в виду разочаровать автора. Напротив, желательно предложить ему приложить свой талант и свое усердие к методам, более применимым на практике. Г-н Корсаков потратил слишком много разума на то, чтобы научить других обходиться без разума”.



6. Логические машины Альфреда Сми.

В середине XIX в. известный английский врач, член Лондонского Королевского общества Альфред Сми (Alfred Smee, 1818-1877) разработал теорию, которую назвал электробиологией. Ее целью было изучение влияния электрических явлений на функционирование человеческого организма, при этом Сми особенно интересовала связь электрического стимулирования нервной системы c работой головного мозга. В 1851 г. он издал в Лондоне книгу “Process of Thought Adapted to Words and Language” (“Процесс мышления, сведенный к словам и языку”), в которой изложил план построения искусственной системы вывода заключений, моделирующей механизмы работы человеческого мозга. Правда, Сми опирался не на знание этих механизмов (в то время практически неизвестных), а на свои представления о том, какими они могли бы быть. Каждое понятие можно описать, указывая на наличие или отсутствие у него тех или иных свойств, и Сми предположил, что эта информация отображается в головном мозге в виде электрических сигналов, передаваемых по нервным волокнам. Таким образом, каждое понятие можно представить в виде набора нервных волокон, по которым проходят соответствующие электрические импульсы.

Сми в общих чертах описал два механических устройства. Первое, машина отношений (Relational machine), предназначалось для представления понятий. С помощью второго, машины различий (Differential machine), два понятия предполагалось сравнивать. Машина отношений должна была изготавливаться из большого куска листового металла, разделенного регулярным образом на соединенные петлями половинки. Одна половина соответствовала наличию, а вторая – отсутствию определенного свойства. Весь лист должен был складываться таким образом, чтобы отсутствующие свойства не были видны. Таким образом, видимые фрагменты листа представляли совокупность свойств данного понятия. Машина различий состояла из двух машин отношений, связанных посредством устройства, позволявшего сравнивать их состояние и выдавать суждение о том, насколько они совпадают (полностью, вероятно, может быть, не совпадают).

Сми полагал, что посредством его машин можно моделировать процесс мышления, но при этом понимал также, что имеющимися в его распоряжении механическими средствами в полном объеме реализовать их невозможно. По его оценке, машина, в которой были бы представлены все понятия, необходимые для решения более или менее сложной практической задачи, занимала бы площадь, равную всему Лондону, а при попытке привести ее в действие разрушилась бы. Неизвестно, пытался ли Сми построить хотя бы небольшую модель своей машины, но его книга пользовалась большой популярностью.

Несмотря на различное происхождение и абсолютное несходство реализации, можно заметить и некоторое родство интеллектуальных машин Корсакова и машин Сми – и там, и там речь идет о некотором способе представления признаков сложного понятия и способе их механического сравнения.

7. Логические машины Стенли Джевонса.

Имя выдающегося английского ученого Уильяма Стенли Джевонса (William Stanley Jevons, 1835-1882) сегодня редко упоминается в связи с историей вычислительной техники. И это крайне несправедливо, ведь на самом деле сегодняшний вид булевой алгебре придал не кто иной, как Джевонс. Именно благодаря работам Джевонса алгебра логики сформировалась практически в современном виде. Одного этого было бы достаточно, чтобы поместить Джевонса в пантеон компьютерной славы. Но, сверх того, он стал первым, кто построил настоящую логическую машину. Слово машину следует подчеркнуть, поскольку устройства Луллия и Стенхоупа машинами назвать все-таки трудно.

Первая работа Джевонса в области логики появилась в 1863 г. Приблизительно в это же время для упрощения логических выкладок он начал использовать “логическую доску” (logical slate), – обычную классную доску, на которой слева были выписаны все возможные комбинации логических переменных и их отрицаний для числа переменных от одной (два варианта) до шести (64 варианта). Полный набор комбинаций Джевонс сначала назвал “логическим абецедариумом” (abecedarium), но ни его студентам, ни читателям это неуклюжее слово не понравилось, и он остановился на названии “логический алфавит”. Условия задачи (посылки) записывались справа, в свободной части доски, и по мере проверки не удовлетворяющие им комбинации терминов просто вычеркивались. Джевонс писал, что логическая доска, которую он использовал в течение 12 лет, сэкономила ему немало времени и позволила избежать множества ошибок в процессе выкладок. Правда, Джевонс писал также и о том, что логическую доску затруднительно использовать при числе переменные, превышающем 6.

Позднее Джевонс изобрел другое предназначенное для учебных целей приспособление, которое назвал “логическим абаком”. Он писал: “Абак является самым подходящим средством для объяснения сути и хода процесса формального вывода, и его можно с успехом использовать во время лекций для демонстрации полного анализа аргументов и логических условий и объяснения возможных ошибок”. Это была установленная с наклоном обычная школьная доска, на которой имелись четыре горизонтальные полочки одинаковой длины. На верхней полочке помещались дощечки с записанными на них посылками, (кроме букв, они могли содержать также знаки операций, например, равенство). На второй сверху полочке устанавливались тонкие деревянные прямоугольные дощечки с написанными на них комбинациями букв, символизирующих логические переменные и их отрицания. Всего таких дощечек было 16 (ABCD, aBCD, … , abcd). В отличие от логической доски, буквы на дощечках располагались не рядами, а вертикально. С тыльной стороны дощечек напротив каждой буквы наклонно вставлялась короткая стальная булавка (для больших букв в верхней части соответствующего квадрата, для маленьких – в нижней). Благодаря этому можно было длинной линейкой одновременно поднять несколько дощечек, обладающих общим свойством – например, разделить A и отрицание A, удалив все 8 дощечек, соответствующих комбинациям, в которых присутствует символ a. Комбинации переменных, которые не удовлетворяют посылке, преподаватель подцеплял линейкой и перемещал со второй на третью полочку. Если на первой полочке задавались несколько посылок, процесс повторялся. Таким образом, в конце концов, на второй полочке оставались только те сочетания переменных, которые совместимы со всеми заданными посылками. Разумеется, удаление каждой дощечки должно было сопровождаться объяснением, почему ее необходимо удалить. По свидетельству Джевонса, принцип, который он использовал при построении логического абака и назвал “непрямым выводом”, был позаимствован им у древнегреческого философа Хрисиппа (III в. до н.э.).

Обдумывая моделирование логических действий, Джевонс понял, что операция исключения комбинаций переменных, несовместимых с посылками, которую выполнял на абаке человек с указкой, может быть механизирована. Действительно, движения держащей линейку руки и движения рычагов механизма чем-то похожи! Именно на этой аналогии и был основан принцип работы построенной им в 1869 г. логической машины. Внешне она походила на небольшое фортепьяно (высота машины составляла около 90 см) с клавиатурой из двадцати одной клавиши – это сходство еще больше усиливала крышка, которая по завершении работы прикрывала клавиши. На шестнадцати клавишах проставлены буквы, символизирующие термины в посылках. Особенности логики Джевонса требовали, чтобы все посылки были записаны в форме уравнений, т.е. содержали знак равенства. Поэтому левая половина клавиатуры соответствовала буквам, стоящим по левую сторону знака равенства в посылках (субъектные буквы). В правой половине располагались буквы, стоящие по правую сторону знака равенства (предикатные буквы). Оставшиеся пять клавиш служили для задания равенства, команды остановки машины и операции логического ИЛИ. В целом клавиатура имела следующий вид:

Перед началом решения все 16 комбинаций переменных были видны в окне на фасаде машины. Поскольку Джевонс создавал свою логическую машину в первую очередь для учебных целей, он использовал ее как наглядное пособие на лекциях по логике. Поэтому точно такое же окно имелось и на тыльной стороне корпуса машины, обращенной к аудитории, и слушатели могли видеть те же комбинации букв. Запуск машины осуществляется путем нажатия клавиш в порядке следования букв в посылках. По мере ввода посылок несовместимы с ними комбинации исчезают из поля зрения. Это происходит благодаря тому, что внутри корпуса машины находилась сложная система рычагов, ремней и пружин, которая при нажатии клавиш соответствующим образом сдвигала штанги с написанными на них именами переменных. По окончании процесса ввода всех посылок в окнах машины оставались только совместимые с ними буквенные комбинации. Рассмотрим пример:

Орел – это птица

Птица – это летающее существо.

В обозначениях Джевонса эти две посылки следовало записать так (обозначив орла буквой A, птицу буквой B и летающее существо буквой C):

A=AB (A есть A и B, т.е. “Орел есть орел и птица”).

B=BC (B есть B и C, т.е. “Птица есть птица и летающее существо”).

После ввода этих двух посылок с помощью клавиш в окне останутся лишь восемь комбинаций:

ABCD ABCd aBCD aBCd

abCD abCd abcD abcd

Четвертая буква D здесь лишняя (ее не было в исходных посылках), так что ее можно отбросить:

ABC ABC aBC aBC

abC abC abc abc

Для дальнейшего исследования теперь следует удалить повторяющиеся комбинации, после чего получим (как и предыдущее действие, это делается уже без помощи логической машины):

ABC aBC

abC abc

Отсюда можно получить различные заключения, которые требуется исследовать:

A = ABC  aBC  abC  abc = ABC (Орел есть птица и летающее существо)

a = ABC  aBC  abC  abc = aBC  abC  abc (Не орел есть или птица, или не птица и летающее существо, или не птица и нелетающее существо).

B = ABC  aBC  abC  abc = ABC  aBC (Птица есть орел и летающее существо, или не орел и летающее существо).



b = ABC  aBC  abC  abc = abC  abc (Не птица есть не орел и летающее существо, или не орел и летающее существо).

По сравнению с устройством Раймунда Луллия машина Джевонса имеет явное преимущество: в ней действительно (пусть частично) механизирован процесс логического вывода. Тем не менее, как и у каталонского мыслителя, результат вывода (точнее, удаления всех не удовлетворяющих исходным посылкам комбинаций) требуется еще соответствующим образом сформулировать и объяснить. А это может сделать только человек.

Существенным недостатком машины была ограниченная мощность – она предназначалась для вывода заключений из посылок, содержащих не более четырех терминов. Впрочем, сам Джевонс полагал, что в обычной жизни человеку вряд ли приходится решать логические задачи, подобные приведенной. Поэтому он считал свою машину всего лишь учебным пособием, помогающим лучше понять механизм логического вывода. Но все-таки машина Джевонса (которая сегодня хранится в Музее истории наук в Оксфорде) стала первым и достаточно удачным вариантом механизации процесса логического вывода, и, более того, указала цель, к которой можно стремиться  моделирование человеческого мышления.

8. Логические машины Алана Маркванда.

Все работавшие в области логических машин после Джевонса находились под его сильнейшим влиянием. Не был исключением и американец Аллан Маркванд (Allen Marquand, 1853-1924), который, однако, сумел это влияние преодолеть и построить одну из самых интересных и оригинальных логических машин.

Имя Маркванда до сих пор с глубоким уважением вспоминают в американской художественной среде. Он изучал теологию в Принстоне, затем год учился в Берлине, а в 1877-1880 гг. преподавал этику в известном университете Джонса Хопкинса. Когда в 1881 г. ему предложили вернуться в alma mater и занять должность профессора истории искусств, Маркванд принял его без колебаний. Он разработал первые академические программы по этому предмету, и уже через два года организовал и возглавил Департамент истории искусств – едва ли не первый в США. Маркванд был сыном преуспевающего банкира, не чуждого изящным искусствам,  мецената и члена совета попечителей знаменитого музея “Метрополитен”. И от отца он в полной мере унаследовал не только любовь к прекрасному, но и щедрость. Будучи более чем обеспеченным человеком, значительную часть своего состояния Маркванд потратил на науку и благотворительность. Он анонимно финансировал работы американских археологов, за свой счет комплектовал университетскую библиотеку, пополнял фонды музея и издавал научные журналы и книги. Начиная с 1910 г. Маркванд работал в университете без оплаты, передав свою профессорскую ставку нуждающемуся коллеге. Итогом изучения им истории искусства стали несколько капитальных монографий об итальянской живописи эпохи Возрождения и греческой архитектуре, которые до сих пор не потеряли своего научного значения.

Естественно, возникает вопрос: каким образом пришел к логике и к логическим машинам человек со столь очевидными гуманитарными наклонностями? Несомненно, колоссальную роль в этом сыграла его встреча с выдающимся американским логиком и философом Чарльзом Сандерсом Пирсом (Charles Sanders Peirce, 1839-1914). Хотя трудно сказать, когда именно они познакомились, скорее всего, это произошло в Принстоне, куда Пирса изредка приглашали прочитать лекции по логике и философии. Тесно общались они и в то время, когда Аллан Маркванд преподавал в университете Джонса Хопкинса. Кроме того, они поддерживали активную переписку, обсуждая в ней многие вопросы, связанные с построением логических машин.

Первым результатом увлечения логикой стало для Маркванда построенное им не позднее 1881 г. механическое устройство для демонстрации вариантов силлогизмов – своего рода логическая машина. Она содержала три цилиндра разных диаметров. На два верхних цилиндра были наклеены карточки с различными вариантами посылок классических силлогизмов, а на третий  карточки с различными вариантами заключения силлогизма. На лицевой стороне устройства имелись три окна, и при вращении рукоятки карточки по очереди появлялись в окнах. Для перебора всех вариантов сочетания посылок и заключения было достаточно восьми полных оборотов рукоятки. Фактически это было всего лишь очень простое средство для наглядного представления силлогизмов. Однако оно интересно и как первое свидетельство интереса Маркванда к проблеме механизации логического вывода, и как доказательство его умения воплотить свои идеи в работающем механизме.

Вероятно, обратил внимание Маркванда на машину Джевонса именно Пирс. Первая логическая машина (она не сохранилась) Маркванда, собственноручно построенная им в 1881 г.¸ по его признанию, полностью копировала прототип. Однако машина работала крайне ненадежно, и в конце года ему пришлось обратиться за помощью к одному из коллег. Уже в начале 1882 г. вторая логическая машина Маркванда была готова.

Изготовленная из красного дерева, она также походила на машину Джевонса, и также предназначалась для упрощения логических выражений не более чем с четырьмя терминами. Правда, Маркванду удалось уменьшить размеры по сравнению с прототипом (размер основания машины составлял 21 см на 15 см при высоте 32 см). Основой конструкции логической машины Джевонса являлись скользящие рейки, на которых были написаны имена букв, символизирующих термины в посылках. Маркванд пошел другим путем. 16 переключателей, расположенных в четыре ряда в верхней части лицевой панели, соответствуют всем возможным комбинациям значений четырех логических переменных. Горизонтальное положение переключателя означает, что переменная имеет значение 1, а вертикальное – значение 0. В нижней части лицевой панели находятся 10 клавиш, восемь из которых помечены буквами A, B, C, D (логические переменные) и a, b, c, d (их отрицания). Две клавиши, помеченная цифрой 1 (клавиша восстановления), и помеченная цифрой 0 (клавиша уничтожения) предназначались для начальной установки машины. При нажатии клавиши 1 все переключатели принимают горизонтальное положение, а при нажатии клавиши 0 – вертикальное. Это происходит благодаря движению внутри корпуса машины специальной металлической рамы со штифтами, зацепляющими и поворачивающими переключатели.

При каждом нажатии клавиши, помеченной именем переменной, проволочные тяги поворачивают две определенные рейки вокруг оси в горизонтальном или в вертикальном направлении. Штифты на этих рейках расцепляются с замком запора переключателей и те, освободившись, занимают вертикальное положение. После отпускания клавиши пружины возвращают рейки в исходное положение, при этом зацепления штифта с запором переключателя не происходит, и те остаются в вертикальном положении. Как и в машине Джевонса, при вводе исходного булевского выражения происходит его упрощение, результат которого виден оператору.

Маркванду удалось сократить количество клавиш с 21 до 10, и даже по одной этой причине его машина была предпочтительнее машины Джевонса (в одной из своих работ Пирс отметил, что машина Маркванда гораздо эффективнее, но все-таки указал на ограниченность обеих машин, предназначенных для решения лишь одной, вполне конкретной задачи, и ни для чего более).

Завершив вторую механическую логическую машину (сегодня она находится в университетском Музее истории искусств), Маркванд больше не пытался усовершенствовать ее конструкцию. Однако обсуждение проблемы с Пирсом продолжалось; так, в одном из писем Пирс советует: “Мне кажется, что лучше всего положиться на электричество” и приводит две простые схемы с тремя ключами (в одной они соединены последовательно, а во второй параллельно). Пирс пишет, что по первой цепи ток проходит, только если все три ключа замыкают ее, а по второй – если цепь замыкает хотя бы один ключ, и обращает внимание на сходство с операциями логического умножения и сложения соответственно. Около 1885 г. Маркванд составил проект электромеханической логической машины  первый в истории. Ее чертеж (единственный сохранившийся в архиве Маркванда) был опубликован только в 1953 г. Судя по всему, Маркванд не пытался воплотить свой проект в жизнь. Недостаток данных позволяет по-разному интерпретировать схему, но в любом случае этот проект занимает исключительное место в истории не только логических машин, но и вычислительной техники в целом. Можно только догадываться, какими путями пошло бы развитие вычислительных машин, воплоти Маркванд свой проект в жизнь, и получи его машина ту известность, на которую она, несомненно, могла претендовать.




Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет