Герман Хакен - Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии

Компьютеры способны распознавать не только изображения (например лица) и тексты, но и звуковые сигналы. Звуки в этом случае преобразуются в электрические колебания, которые можно визуализировать и вывести на экран монитора (рис. 17.10). Таким образом, мы получаем определенный оптический образ, посредством которого акустическое распознавание можно свести к оптическому. Впрочем, некоторое время назад стал возможен и обратный процесс, т. е. акустическая передача оптических данных — например звуковая передача букв, распознаваемых считывающим устройством, что довольно широко используется, скажем, в гостиницах для того, чтобы будить клиентов.

Рис. 17.10. Форма акустических волн, соответствующих нескольким звукам английского языка. (По горизонтали — время, по вертикали — амплитуда колебаний.)

Как уже говорилось, переход на следующий уровень распознавания, т. е. не просто идентификация отдельной буквы или слова, а наполнение этого слова смыслом, представляет собой качественно новый и чрезвычайно сложный шаг. Это обстоятельство становится совершенно очевидным, как только компьютер берется за перевод с одного языка на другой. Мы уже знаем, что каждое слово компьютер преобразует в определенную цифровую комбинацию. Используя эту комбинацию, машина отыскивает в имеющемся у нее в распоряжении «словаре» другую цифровую комбинацию, соответствующую необходимому слову из другого языка. Найденную комбинацию машина и полагает переводом слова на иностранный язык.

Однако как только речь заходит о простейших языковых тонкостях, тут-то и начинаются, собственно, трудности — например, когда переводимое слово имеет в иностранном языке несколько значений. Это случается уже на самом примитивном уровне — вспомним хотя бы о таком немецком слове, как «Teekessel» [30] Чайник (нем.) — Прим. перев. . Или вот возьмем слово «кран»: кран может быть водопроводным — но может быть и подъемным. Иными словами, перед нами вновь все та же фундаментальная проблема, для решения которой требуется нарушение симметрии: имея два совершенно равноправных значения, нужное можно выбрать только исходя из контекста. Как же в таких условиях может преуспеть машина? Очевидно, нам предстоит столкнуться здесь с целым рядом проблем, порождающих, в свою очередь, новые, еще более сложные вопросы. С точки зрения синергетики, задача машины состоит в том, чтобы установить верную иерархию параметров порядка. Если значения каких-либо слов совпадают, то словам этим ставится в соответствие одинаковый параметр порядка. Такой параметр порядка во многих случаях способен (до определенной степени, конечно) «поправить» искаженную фразу — точно так же, как лазерная волна способна «призвать к порядку» атом, «сбившийся с ноги». Иногда одно предложение может породить несколько параметров порядка; это происходят в тех случаях, когда предложение многозначно, т. е. существует возможность различных его толкований. Чтобы однозначно определить параметр порядка в подобных ситуациях, машина должна перейти на следующую ступень иерархии. Сложность при этом зачастую заключается в том, что на более высоких уровнях иерархии для «верной» интерпретации оказывается необходим колоссальный человеческий опыт.

До сих пор, говоря о компьютерах, мы в основном подразумевали то, что называется обобщенно «программным обеспечением». Теперь же давайте рассмотрим подробнее собственно физические принципы, лежащие в основе функционирования компьютера и определяющие его «аппаратное» воплощение.

Вычислительные процессы в компьютере (равно как и деятельность, которую принято называть логическим мышлением) можно разбить на множество крошечных шагов. Этими шагами могут быть выполнение действий «и», «или», «да», «нет» или же запоминание, т. с. сохранение каких-либо данных в ячейках памяти.

Упомянутые логические функции могут быть реализованы уже в очень простых механических устройствах. В общественных парках часто можно увидеть так называемые мобили, приводимые в движение водой (рис. 17.11).

Рис. 17.11. Мобиль, приводимый в движение водой

Например, вода сверху стекает в чашу, которая по достижении определенной степени наполнения переворачивается; вода переливается в нижележащие чаши и т. д. Поначалу изменение положения чаш кажется совершенно беспорядочным, однако при более пристальном наблюдении выясняется, что каждое отдельное изменение происходит в соответствии с некоторой строгой закономерностью, причем закономерность эта представляет собой не что иное, как последовательность логических шагов. Рассмотрим простой пример такого мобиля, состоящего из двух сосудов, наполняемых водой. Сосуды соединены между собой (как показано на рис. 17.12), так что вода из них может стекать в расположенный ниже переливной бак.

Рис. 17.12. Схема реализации логической операции «и». Находящийся снизу сосуд может наполниться водой только в том случае, если изначально были полны оба верхних сосуда

Из переливного бака вода попадает в четвертую емкость. Если оба верхних сосуда были пусты, эта емкость также останется пустой; она наполнится только в том случае, если изначально были полны оба верхних сосуда. Можно сформулировать это положение следующим образом: для наполнения нижней емкости необходимо, чтобы были наполнены верхние емкости 1 и 2 (рис. 17.13).

Рис. 17.13. Реализация логической операции «и»: возможные начальные состояния верхних сосудов и получаемые в результате состояния нижних сосудов

Это, пожалуй, простейший наглядный пример реализации логической операции «и». Для получения конечного результата непременно должны быть выполнены оба предварительных условия; многие процессы в реальной жизни протекают именно по такой логической схеме. Скажем, чтобы сварить яйцо, необходимо выполнение двух условий: во-первых, вода должна кипеть, а во-вторых, яйцо должно находиться в этой кипящей воде хотя бы некоторое время — до готовности. (Пример этот несколько хромает, поскольку готовность яйца определяется личным вкусом каждого; иное дело — математика, где причины и следствия можно задать строго).