Беседы о поколениях ЭВМ

Н. Бусленко, В. Бусленко

©   Издательство "Молодая гвардия", 1977 г.

Все настойчивее вторгаются электронные вычислительные машины в науку и в народное хозяйство. О зарождении этих машин, принципе их действия, их развитии и влиянии на жизнь человека расскажут член-корреспондент АН СССР Н. Бусленко и его сын кандидат технических наук В. Бусленко.

- О неарифметических применениях ЭВМ нередко говорят так, будто речь идет о машинах, способных думать, как человек, даже в ходу выражение - "искусственный интеллект". Как это понимать? Ведь ЭВМ не в состоянии сделать ничего, кроме нескольких простейших арифметических и логических операций...

- Вы заглянули в самый корень проблемы. Основная задача и состоит в том, чтобы суметь выразить через эти элементарные операции такие сложнейшие процессы, как, например, оценка шахматной позиции или выбор удачного синонима при переводе.

- Но почему традиционные области применения ЭВМ не вызывают подобных трудностей?

- Научные и технические проблемы в большинстве своем уже формализированы, изложены на языке математики, и их переложение на язык операций ЭВМ, как говорится, дело техники. А вот игра в шахматы, перевод с иностранного языка или процессы распознавания изображений не только не формализированы, но даже до конца не понятны.

Как известно, уже первые вычислительные машины с программным управлением умели выполнять не только арифметические операции (сложение, вычитание, умножение и т.д.), но и простейшие логарифмы операции: отрицание (если "да" обозначается единицей, то "нет" - нулем), сравнение (больше, меньше), дизъюнкцию (операцию "или"), конъюнкцию (операцию "и"), условный переход (если "да", то вычисления продолжаются одним набором операций, если "нет" - другим) и пр. Без логических операций немыслимо было бы построить сколько-нибудь сложные вычислительные процессы, да и вообще реализовать принцип программного управления счетом. Это легко понять из рассмотрения простейших примеров программ, приведенных выше.

Вскоре ученые заинтересовались логическими возможностями применения ЭВМ вообще. Эти возможности оказались достаточно широкими; удалось построить алгоритмы, реализующие достаточно сложные функции нормальной логики.

Огромные возможности и "интеллектуальная" мощь ЭВМ третьего поколения поставили перед человечеством вопрос: "А не создан ли интеллект, сравнимый, быть может, в некоторых аспектах с интеллектом человека, а кое-где и превосходящий его?" Дискуссии по этому вопросу породили массу направлений, потребовали от исследователей осознания вопросов, что же такое вообще интеллект. Проблема "искусственного интеллекта", касающаяся, в основном, развития возможностей ЭВМ, волнует в настоящее время ученых всего мира. Но что такое интеллект, какую деятельность следует считать действительно интеллектуальной?

Если человек решает системы дифференциальных уравнений, например, второго порядка, то, пожалуй, никто не усомнится, что он занят сугубо интеллектуальной деятельностью. Увидев же, как первоклассники, расчертив асфальт на квадраты, режутся в крестики-нолики, мы, возможно, произнесем несколько нелестных слов в адрес подрастающего поколения, которое не стремится стать особенно интеллектуальным. Но, как это ни парадоксально, для специалиста по искусственному интеллекту наибольший интерес представляет как раз игра, чем решение уравнений. В чем же дело?

В том, что для решения уравнений не требуется собственно "мышления". Здесь имеется определенный алгоритм, который четко представляет процесс решения задачи в виде последовательности элементарных операций, легко реализуемых на ЭВМ. Представить же последовательность операций для принятия решения в игре, пусть даже такой простой, как крестики-нолики, не так уж просто. А человеку ежедневно приходится решать куда более сложные задачи на работе, дома. Шофер автобуса, например, принимает решение мгновенно затормозить или объехать, учитывая при этом десяток различных факторов. А как он это сделал - не объяснит. Скорее всего скажет, что руки сами повернули руль.

Итак, для решения проблемы создания искусственного интеллекта существенную роль играет вопрос о формальном описании различных "неформальных" задач, о методах их расчленения на отдельные элементарные шаги и организации оптимальных в некотором смысле процедур перебора вариантов.

Цель работ по созданию искусственного интеллекта - составление таких программ для ЭВМ, которые реализовали бы процессы, обычно требующие участия интеллекта человека. В основе этих процессов лежит теория эвристического поиска - решение задач методом проб и ошибок в пространстве возможных решений. Слово "эвристический" произошло от "эврика" - нашел. Таким восклицанием, по преданию, возвестил человечеству об открытии своего закона Архимед. (Кстати, серия книг, куда входит и данная книга, тоже называется "Эврика", и авторы надеются, что читатель тоже откроет для себя кое-что в той области знаний, о которой в ней говорится.) Вот почему вместо слов "искуственный интеллект" можно еще встретить - "эвристическое программирование".

Прошло четверть века с тех пор, как английский математик К. Шеннон теоретически доказал, как ЭВМ смогла бы играть в шахматы. Он же высказал чрезвычайно интересную мысль: если машина сможет хорошо играть в шахматы, она окажется в силах решать и другие важные жизненные задачи.

Еще для ЭВМ второго поколения были запрограммированы простейшие игры: НИМ, крестики-нолики и др. Логические операции в сочетании с возможностью перебора большого числа вариантов обеспечивали машине "непобедимость". Постепенно добрались и до игры в шахматы. Но здесь успехи достигались не так легко. Во-первых, шахматные позиции и возможные варианты в развитии игры были не столь прозрачными, как при игре в крестики-нолики, и описать их при помощи машинных операций оказалось довольно трудно. А во-вторых, что самое главное, число вариантов, подлежащих перебору, превышало возможности самых быстрых ЭВМ.

Получилось как в старинной легенде. За изобретение шахмат изобретатель попросил у раджи "мизерную" награду: за первую клетку шахматной доски - всего одно пшеничное зерно, за вторую - два зерна, за третью - четыре и т.д. За каждую следующую клетку всего лишь в два раза больше зерен, чем за предыдущую. Царь с радостью согласился. Но скоро выяснилось, что требуемого числа зерен не найдется во всем государстве. В самом деле, здесь получается ряд чисел: 1, 2, 4, 8... или 2ⁿ, где n=0, 1, 2, 3, 4, ... 63. Известно, как растут значения показательной функции: 2⁵=32; 2¹⁰ превышает 1000; 2²⁰ будет больше миллиона; 2³⁰ - больше, чем 100 миллиардов... И хотя 2⁶⁴ - число конечное, оно поистине колоссальное, даже написать его на бумаге не так просто.

Аналогичная ситуация возникает и при анализе игры в шахматы. Если просмотр продолжения игры на один ход требует оценки n позиций, то на два хода уже требуется оценить примерно n² позиций (на каждую позицию первого хода - примерно n возможных позиций, образующихся при втором ходе), на три хода - примерно n³ позиций и т.д. Мы опять имеем дело с быстрорастущими значениями показательной функции...Короче говоря, пришлось отказаться от идеи полного перебора всех возможных вариантов и пойти путями более сложными. Нужно признать, тем не менее, что в этой области обозначился известный прогресс: ЭВМ все-таки играют в шахматы. Некоторые специалисты считают, что ЭВМ уже достигла квалификации шахматиста первого разряда. Впрочем, есть и скептики.

Интересно, а какого разряда достигает встроенная в Windows Vista шахматная программа... :) - Ш.Р.

Так, английский шахматист Д.Леви еще в 1968 году заключил пари с программистами на тысячу английских фунтов, что и через десять лет никакой ЭВМ не удастся его обыграть. Кстати, он был главным судьей на проходящем в Стокгольме первом чемпионате по шахматам между ЭВМ, точнее говоря, - между различными шахматными программами. В чемпионате участвовали программы - признанные мастера: "Папа" из Венгрии, "Франц" из Австрии, "Хаос" из Швейцарии - всего тринадцать программ из восьми стран мира. Часть машин находилась в самом Стокгольме, остальные поддерживали связь по телефону и телетайпу. Советский Союз представляла шахматная программа "Каисса", названная так в честь музы шахмат Каиссы, которую породила фантазия средневекового английского поэта Уильяма Джонса. Создана "Каисса" в Москве, в Институте проблем управления.

Общепризнанными фаворитами первого чемпионата мира специалисты считали программу Нордвестернского университета из Иллинойса под названием "Чесс 4:0" - четырехкратного чемпиона США среди компьютеров, - а также занявшую второе место в последнем чемпионате США программу "Теч II".

Вот как описывает эту шахматную баталию очевидец событий советский гроссмейстер Ю. Авербах".

"В первом туре "Каиссе" выпало по жребию скрестить оружие с "Францем", детищем вычислительного центра Граца (Австрия). Два года тому назад я был в Граце и познакомился с этой программой. Тогда она на меня большого впечатления не произвела. Сейчас с первых же ходов стало ясно, что "Франц" значительно усилился. Когда партия еще не вышла из дебютной стадии, белые уже опередили противника в развитии. Итак, некоторый перевес на стороне белых, но, если черные благополучно успеют закончить развитие, он испарится. В этом положении "Франц" сделал любопытный ход с интересной идеей активизировать ферзя".

Далее следует подробное изложение шахматных тонкостей. И наконец наступает стремительная развязка.

"Однако, попав в трудное положение, "Франц" "растерялся" и быстро получил мат. По телефону из Стокгольма узнаем другие результаты первого тура. Зафиксированы просрочки времени. У "Папы" с "А-16 СЧ" и у "Риббита" с "Чесс - 4:0". Правда, позиции у всех проигравших были в тот момент плохие. Не удалось попасть в яблочко и "Теллю". На 37-ом ходу он получил мат от "Страуса". До самого утра сражались "Мастер" и "Теч II". После восьми часов игры на 88-м ходу поединок этот закончился красивой победой "Теч II".

"...Жеребьевка перед вторым туром свела "Каиссу" с американцем "Теч II". Дебют машины разыграли очень быстро - в их память заложены книжные теоретические варианты, которые пришлись по душе авторам программ. Один из авторов программ "Каиссы", А.Битман, - шахматный мастер. Он и научил "Каиссу" играть этот диковинный вариант скандинавской защиты.

Игра "по теории" закончена, и "Теч II" сразу же сделал свой ход, не предусмотренный никакими "курсами дебютов". Впрорчем, и "Каисса" не осталась в долгу!"

И в этой партии наша "Каисса" с честью вышла из борьбы, обыграв американскую программу "Теч II".

"В этом туре произошла сенсация: столь разрекламированный победитель чемпионатов США "Чесс - 4:0" неожиданно проиграл "Хаосу". После двух туров у "Каиссы" и "Хаоса" было по два очка. Поэтому естественно, что они встретились между собой".

Обыграв "Хаос", "Каисса" ринулась в последний поединок.

"После трех туров "Каисса", выигравшая все партии, на очко опережала своих соперников. Из группы машин, имевших по два очка, ей по жребию выпало встретиться со "Страусом" (США). Ничья гарантировала "Каиссе" первое место, но в случае проигрыша ее могли догнать сразу несколько конкурентов. В этой решившей судьбу золотой медали партии на долю "Каиссы", вернее, ее создателей и болельщиков, выпало немало переживаний".

Последний напряженный поединок также закончился победой нашей программы.

"Итак, набрав четыре очка, "Каисса" стала первым чемпионом мира среди ЭВМ. Создателям программы вручена золотая медаль стоимостью 1000 долларов. Кто же они? Это кандидаты физико-математических наук В. Арлазоров, Г. Адельсон-Вельский, М. Донской, А. Усков, научные сотрудники А. Бараев и А. Битман.

Американские программисты обескуражены неудачей. Ведь "Каисса" опередила все четыре американские программы. Однако они помышляют о реванше: чемпионат мира среди машин станет, по-видимому, традиционным".

Не стоит, однако, питать особых иллюзий относительно действительно интеллектуальности "шахматных" ЭВМ. Что ни говори, а их поединок - это поединок все-таки двух людей, создавших для них алгоритмы и написавших программы.

Есть определенные успехи и в других сферах "интеллектуальной" деятельности ЭВМ.

Работы по машинному переводу с одного языка на другой начались еще на заре 50-х годов. О переводе с языка программирования на язык команд ЭВМ, осуществляемых программами-трансляторами и интерпретирующими программами, уже упоминалось. Когда говорилось об использовании ЭВМ третьего поколения, то разбирались искусственные (информационные) языки и способы перевода. Исследования по переводу с естественных (человеческих) языков продолжаются и теперь, но практические успехи здесь не следует переоценивать. Об использовании машинного перевода в сфере художественной литературы речь, естественно, не идет - это искусство, и оно остается за человеком. А вот области прессы, экспресс-информации, оповещения о стихийных бедствиях и резких изменениях погоды, обмен оперативными данными на международных авиалиниях и другие с нетерпением ждут внедрения машин-переводчиков.