Страница:
К. Почему?..
МАТ В ДВА ХОДА
Иногда я задумываюсь, почему при обсуждении проблемы кибернетики обязательно разговор переходит на машину, умеющую играть в шахматы. Почему проблема шахматной игры, которая, видимо, в чем-то сближает человека с машиной, стала одной из наиболее широко обсуждаемых? То ли человек не хочет сдавать свои позиции электронному мозгу, то ли наоборот - человек хочет подружиться с машиной и на досуге поиграть с ней в шахматы. Но, присматриваясь к этому вопросу внимательнее, начинаешь понимать: да, действительно, без шахмат не обойтись в споре с машиной.
Не может быть и, вероятно, нет лучшего материала для математического анализа человеческого мышления, чем шахматная игра. Решение шахматной проблемы - сказочный, великолепный материал для сопоставления работы мозга с работой электронной машины.
Впервые электронные машины были использованы для игры в шахматы в 1956 году, и с тех пор испытание каждой новой модели счетной машины в шахматной игре стало почти обязательным делом. И это закономерно.
Шахматы родились давно. Они пришли в Европу с Востока и завоевали всеобщую любовь. Было бы неправильно говорить, что они не претерпели изменений на протяжении многих сотен лет. На Востоке шахматы - медленная, тягучая игра, в которой ферзь и конь были менее подвижны, чем сейчас. На рубеже XV-XVI веков произошла коренная реформа в шахматной игре - фигурам дали большую подвижность. Где именно произошла реформа, трудно сказать: говорят, что в Испании или в Южной Франции. За короткий исторический срок новые шахматы полностью вытеснили старые. Они оказались более динамичными, более интересными, допускали более сложные комбинации. Некоторые связывают появление новых шахмат с той динамикой крупных географических открытий и перемещений, какие происходили в это время в Европе.
Шли годы. Шахматы превратились в одну из наиболее любимых, популярных игр в мире, стали лучшей тренировкой для мозга и для анализа человеческой мысли. Вот почему и машины обратились к этой установившейся системе анализа возможностей человеческого мозга, к подобию шахматной игры.
Можно ли в машине моделировать шахматную игру? Ведь игра требует не только запоминания комбинаций, она в большой степени опирается на глубокую интуицию человека, мозг которого хранит колоссальный запас информации. Кстати, большинство этих запасов так и остается нетронутым на протяжении всей нашей жизни, подобно тому как в Ленинской библиотеке примерно половина всех книг никогда не открывалась читателями. Но книги должны существовать, и информация в мозгу человека всегда должна быть наготове к использованию вдруг она потребуется. Шахматнея интуиция беспредельно упрощает путь к победе.
Шахматный теоретик - руководитель лаборатории психологии Научно-исследовательского института физкультуры В. Алаторцев, оценивая творчество известного шахматиста В. Смыслова, говорит о том, что для экс-чемпиона мира характерна глубинная интуиция в самых сложных партиях. В. Смыслов, анализируя чрезвычайно запутанную позицию, удивительно быстро выбирает из многих сотен решений лучшее. Как? Каким путем? Это происходит не потому, что шахматист "прогоняет" через себя все решения, а потому, что иногда его ведет интуиция, за которой стоят и опыт, и память, и то, что характеризует удивительные свойства человеческого мозга, отличающего его от самой "умной" машины.
В состоянии ли машина, лишенная интуиции, а поэтому честно перебирающая все возможные комбинации шахматных партий, довести эту партию до конца?
Давайте посмотрим...
Известный бельгийский математик Крейчик попытался подсчитать возможное число вариантов шахматных партий. Оно оказалось фантастически большим: 2х10118.
Если предположить, что все население земного шара - три с половиной миллиарда человек - круглые сутки будет играть в шахматы, ни на мгновение не задерживаясь, то есть каждую секунду передвигать на доске по одной фигуре, то понадобится 10100 веков, чтобы переиграть все возможные варианты. Вот насколько велико разнообразие шахматного искусства!
Оказывается, электронные машины современного уровня не в состоянии рассчитать все варианты даже первых пяти ходов. Давайте посмотрим, в чем тут дело.
В нормальной шахматной позиции теоретически имеется приблизительно около 30 возможных продолжений. Рассчитывая их на один ход, мы получим 302, то есть около 1000 вариантов. Расчет на два хода даст 10002 вариантов. Расчет на пять ходов даже при самых немыслимых скоростях работы машины невозможен по времени, потому что машина должна добросовестно отработать все варианты, а их бесконечное множество.
Как же решить задачу игры в шахматы с машиной? Можно ли создать точный алгоритм шахматной игры? Оказывается, сделать это в окончательном виде нельзя. Машина не справится с задачей - слишком много вариантов придется ей проигрывать.
Когда с этим вопросом обратились к М. Ботвиннику, он сказал:
- Шахматист на уровне мастера иногда рассчитывает на 10, даже на 12 ходов вперед.
- Значит, он думает быстрее счетно-решающей машины?
- Конечно, нет. Но во время расчетов шахматист не использует всю доску с 64 клетками. В его поле зрения находится одновременно не больше 10-16 полей, то есть его задача необыкновенно облегчается.
Для шахматиста ряд фигур вообще не играет никакой роли - они как бы полностью выпадают из сферы внимания игрока. Обычно из общего числа в 25-30 фигур в расчетах участвуют 3-6 фигур, не больше. Представляете себе, насколько это облегчает задачу?
Далее М. Ботвинник говорит:
- Создатели вычислительных машин до сих пор делали точные машины, и они собирались сделать и точную машину-шахматиста. К сожалению, создание такой машины - машины-сверхшахматистов - вряд ли возможно. Но не следует ли поставить другую задачу - создание машины, которая бы думала так же несовершенно, как шахматист, ошибалась бы так же, как простые смертные гроссмейстеры. Тогда задача облегчается, вероятно, в миллионы раз в отношении расчета вариантов и становится практически разрешимой уже для сегодняшней техники. Иначе говоря, мы будем терпеть неудачи до тех пор, пока будем пытаться создать машину-сверхшахматиста. Думаю, что задача будет разрешима, если мы будем пытаться создать машину "по образу и подобию своему".
Уже сегодня, создавая машины "по образу и подобию своему", было бы интересно установить хотя бы некоторые закономерности игры. А их много...
Знаменитый шахматист А. Алехин одним из положений игры считал, что, например, двигательная инициатива дороже небольшой материальной добычи.
Многолетний чемпион мира Эммануил Л аскер утверждал: "Помимо ценности отдельных фигур, существует ценность координированного действия их..." Можно поставить и такой вопрос: обеспечивает ли игра белыми, то есть право первого хода, победу или ничейный результат при "идеальной" игре с обеих сторон? Математики на этот вопрос не могут дать исчерпывающего ответа. О чем говорит опыт соревнований? Международный гроссмейстер Ю. Авербах произвел очень интересный подсчет. Каждый шахматный мастер играет за свою жизнь примерно около 1000 серьезных партий. Гроссмейстер проанализировал основные международные турниры с 1927 года по 1962 год. Это свыше 1700 партий между сильнейшими шахматистами мира. Два вывода напрашиваются из большой и интересной таблицы.
Первый вывод. В начальном положении право первого хода является преимуществом, а не недостатком. Белые, как показывает практика, имеют лучшие шансы; у них приблизительно 60 процентов шансов на победу и в 40 случаях из ста они терпят поражение.
Второй вывод. Шансы на победу в начальном положении не очень велики.
Эти выводы весьма интересны, но как же составить руководство к действию для машинной игры? Математики пытались в первую очередь произвести оценку значимости каждой фигуры. Как это сделать? Ну, хотя бы числом очков, где король оценивается в 200 очков, ферзь - 9, ладья - 5, слон и конь - 3, пешка-1. Одновременно оценивается позиционное качество: подвижность фигур, расположение их на доске, защищенность и т. д. Ситуация игры оценивается машиной отношением общего числа очков позиции белых к числу очков позиции черных.
Предположим, машина, играя черными, должна сделать ход. Она вычисляет изменение отношений числа очков при различных вариантах. Выбором машины будет ход, ведущий к максимальному увеличению собственных очков. Эти выводы машина и печатает на карточке.
Но такая игра довольно скучна и упрощенна. Она не предусматривает перспективного мышления. А именно перспективное мышление, как мы уже рассматривали этот вопрос раньше, крайне затруднительно для добросовестно работающей машины. Поэтому машину легко сбить с толку.
Машина может реагировать только на логичный ход противника. А что происходит, если он совершает нелогичный с точки зрения машины ход? Гроссмейстер отдает машине пешку - машина теряется. Это нелогично. Вместо того чтобы брать эту пешку, машина подставляет коня. Гроссмейстер не берет коня - опять нарушение логики,- а, наоборот, жертвует ладью. Тогда машина, окончательно сбитая с толку, начинает путать, "зевать" и, в конечном итоге, проигрывает.
Видимо, игра всякой машины в первую очередь зависит от программы, которая в нее вложена. Но если говорить опять-таки о добросовестной машине, которая играет не по упрощенному варианту, а честно проверяет все возможные комбинации,- составление программы для ее работы весьма затруднительно.
Подсчитали: чтобы создать программу для машины, играющей на уровне 2-4 разрядов шахматистов три современном уровне игры в шахматы, необходима работа коллектива в 5-7 человек в течение 3-5 лет. Думается, что такая игра не стоит свеч. Что же касается машины, которая может играть на уровне гроссмейстера, то здесь положение представляется почти безнадежным.
Да реально ли это вообще?
Задача реальна. Но если учитывать перспективы развития шахматной игры и кибернетических машин, то задача эта может быть решена не раньше, чем через 30-50 лет. Это почти то же, что создать электронного ученого на уровне академика. По своему интеллекту шахматист высокого класса мало чем отличается от деятеля науки, занимающегося научным творчеством. Вот почему в настоящее время на развитие шахматных автоматов следует смотреть сдержанно.
Василий Смыслов отрицательно относится к перспективе создания машин, превосходящих человека в шахматной игре. Он утверждает, что шахматы искусство, которое не поддается строгому математическому анализу. И как бы кибернетики ни стремились заключить искусство в рамки точных наук, им это никогда не удастся сделать. Искусство неисчерпаемо.
Как-то в разговоре со мной он сказал:
"Я не выступаю против принципиальных попыток создать электронную шахматную машину. Это задача нашего времени, когда объединенные" усилия ученых и шахматистов могут достигнуть многого.
Однако я возражаю против крайних взглядов тех, кто пытается нас убедить в превосходстве машины над подлинным творчеством шахматиста".
Михаил Ботвинник, который, как известно, сам является доктором технических наук, не отрицая творческого начала в шахматной игре, считает возможным создание в принципе машины-шахматиста, способной побеждать чемпиона мира по шахматам.
"Конечно, здесь возникает много трудностей,- говорит Ботвинник,- с программированием такой машины. Как может машина анализировать "по-человечески", когда мы сами не знаем, как анализирует шахматист. Но мы этого не узнаем до тех пор, пока не начнем работать над созданием машины. Ведь пока у нас не было необходимости изучать процесс мышления шахматиста. Но когда люди начнут создавать программу, аналогичную мышлению шахматиста, то на машине, вероятно, недостатки этого "шахматного мышления" будут обнаружены. Проверяя различные методы программирования, мы узнаем, как думают шахматисты-мастера".
В этой мысли есть глубоко справедливое начало. Видимо, это общий процесс: работая над машиной, мы получаем дополнительные возможности исследовать человеческий разум. Анализируя состояние человеческого разума, мы вносим методы анализа в конструирование машины.
М. Ботвинник, веря в возможность создания машины-шахматиста, заранее оговаривает мировые чемпионаты грядущего новым правилом: "Пускай будет отдельный чемпион для гроссмейстеров и отдельный для машин. Конечно, в последнем случае это будет скорее чемпионат программистов.
Что же касается машины-шахматиста сегодняшнего дня, то вряд ли она может провести всю партию. Но если перед ней стоит задача сделать мат в два хода, у нее хватит времени, чтобы успешно решить эту задачу. Она обладает отличной памятью, завидной выносливостью, неослабевающим вниманием, и - что тоже очень важно для игрока - она совершенно равнодушна к шуму в зале и корреспондентам спортивных газет".
А каково мнение кибернетиков по данному вопросу?
Вот что говорит академик Аксель Иванович Берг:
"Конечно, нет никакого значения и смысла говорить о замене шахматиста машиной. Это невероятно скучно и страшно надоело... Но, применяя методику шахматной игры, ее научные основы в теории игр, в исследовании операций, в теории оптимальных решений, можно получить интереснейшие результаты. Этим занимаются сейчас многие".
Видимо, кибернетике без шахмат не обойтись! Ведь это - лучшее поприще для анализа процесса мышления и попытки математизации и воспроизведения отдельных его элементов.
Но я убежден, игра в шахматы всегда будет привлекательна для людей. Предстоящие матчи между чемпионами мира, безусловно, вызывают исключительный интерес всех любителей древнейшей игры на планете. И, конечно, никакая машина самого зрелого поколения не в состоянии проделать ту работу мозга, которую совершают крупнейшие шахматисты мира во время поединка.
18 мая, понедельник
Боюсь, что я не скоро уеду из Новомосковска. С каждым днем мои беседы с Кибером становятся все более интересными. Я настолько увлекся, что мне стало привычным зарываться в горы книг, чтобы назавтра предстать перед Кибером во всеоружии.
А знаете, как это трудно! Приходится работать часами, подготавливаясь к ответам на его вопросы. Память Кибера формировалась целым коллективом людей, да еще в разное время. Поэтому он чертовски быстро на все реагирует, отлично подбирает цитаты, прекрасно ориентируется в знакомом ему материале. Словом, мне приходится трудновато - мой противник построен по живому подобию. А что может быть удивительнее, чем жизнь? Сравните на одно мгновение хотя бы действие самой сложной машины с любым самым малым действием живого существа. Насколько богаче и многообразнее оно!
Чудесно сказал Максим Горький: "Очень интересное занятие - жизнь, и даже несколько жалко, что дают ее на один раз. Раз пять пожить бы, вот забавно! Но и один - хорошо!"
- Эх, Кибер, Кибер,- заметил я ему в сердцах,- тебе бы человеческую жизнь, хоть на пару годков: ходить, работать, играть в футбол, влюбляться...
Кибер, казалось, помрачнел.
К. Пора бы знать, что кибернетические копии живого уже существуют. Вспомните электронную черепаху. Ее держат в Москве, в Политехническом музее. Это смешное умное электронное животное. Оно не только обходит предметы, встречающиеся на пути,- оно поворачивается к свету, настойчиво ищет свою электрическую кормушку, место, где можно было бы зарядить аккумуляторы.
А. Ну, с этой черепахой уже перестали носиться ..
К. Но ведь есть и другие модели живого. Сконструирована электронная белка. Она собирает орехи и торопливо уносит их в свое гнездо. Правда, и орехи и гнездо условны. Гнездо - только белый квадрат, начерченный на полу. Тем не менее белочка умело справляется со своей задачей.
А. Это известные примеры.
К. Я могу рассказать и о вещах поновее. Американские кибернетики создали модель человеческой руки, которая сама собирает кубики, разбросанные по столу, и укладывает их в определенном порядке в коробку.
Электронный аппарат должен найти коробку, определить положение ее и кубиков. Для человека это несложно. А для машины - это серьезная задача.
А. Здесь лишь пытаются повторять живое.
К. Но ведь в частностях мы, машины, можем свободно его превзойти. Пожалуйста. Электронный глаз, который видит сквозь непрозрачное. Электронное ухо, которое улавливает неслышимые звуки. Электронное осязание, ощущающее тепло инфракрасных лучей в полной темноте. Да мало ли еще других вещей?!
А. Так что же получается, Кибер? Строя машины по живому подобию, возможно, в частности, не только достигнуть то или иное свойство живого, но и превзойти его. А в комплексе? Живое вряд ли возможно воспроизвести во всем его многообразии?..
На Пожалуй, на сегодня вы правы. Но можно ли поручиться за будущее?
ПО ЖИВОМУ ПОДОБИЮ
Бесконечен путь эволюции живого. Где, на каких глубинах истории зародилась живая клетка? Кто дал первый толчок Жизни - тепло, свет или электрические разряды молний? Но, родившись однажды, жизнь начала стремительно развиваться. Миллионы лет природа шлифовала, оттачивала, развивала все живое. И даже сегодня, создавая кибернетические машины, строя удивительные станки и аппараты, рождая в хитросплетениях мысли новые теории и гипотезы, мы все еще не можем понять многие секреты природы.
Всего несколько лет назад возникла новая наука - бионика. Владения ее разместились на пограничной полосе между биологией и техникой. Это та зона, которая всегда наиболее плодотворна, ибо два направления питают ее, придают силу новой науке.
Как использовать в технике то, что на протяжении всей эволюции создавала природа? Неверно было бы говорить, что самолет повторяет птицу, что корабль подобен рыбе. Нет, они далеко не схожи. Но в мире есть отдельные элементы, отдельные части живого, которые могут быть полностью освоены как принцип, как идея.
Миллиарды лет живые организмы приспосабливались ко всем изменениям окружающих условий. Природа создала поразительные формы живого полета, плавания, перемещения в пространстве. Природа дала живым организмам и приспособляемость и, наконец, средства связи между собой.
Высшим созданием природы явился мозг, как его назвал физиолог И. П. Павлов - "высшее творение на земном шаре".
Изучить все это богатство, выработанное эволюцией, освоить основы работы мозга - вот центральный вопрос бионики и кибернетики.
Японские инженеры тщательно изучили форму кита и характер его плавания. И вот было создано судно китообразной формы. Выяснилось, что мощность двигателей нового корабля на 25 процентов меньше при той же скорости и грузоподъемности.
А что может быть неповоротливее пингвина? Однако он придумал способ движения по снегу. Чтобы не зарываться в снег, пингвин ложится на белый пух своим обтекаемым телом и энергично, словно веслами, работает крыльями-ластами.
Именно по этому принципу и создаются сейчас вездеходы - не на лыжах и не на гусеницах. Вездеход нового типа как бы лежа скользит по мягкому снегу, совершенно свободно выходит на воду и вновь взбирается на лед.
Вспомните обыкновенный подсолнечник, который всегда поворачивается к солнцу. А как он это делает? За счет чего создается усилие поворота? Как поток световых лучей вращает в одном направлении миллионы желтых соцветий? Пока эта тайна природы не раскрыта. А как много может это дать науке солнечным машинам, фотоэлементам?
Существуют породы рыб, обладающие феноменальным обонянием. Если в литре воды находится одна стомиллиардная часть пахучего вещества, то есть частица, не уловимая никакими научно-техническими средствами, рыба чувствует ее. Даже хорошо нам знакомая обыкновенная собака различает до полумиллиона запахов, абсолютно недоступных человеку.
Ученые работают над локаторами запахов. Чувствительность их может быть доведена до едва различимых пределов. Представьте себе, что где-то на юге Каспийского моря в воду пустили одну каплю ароматического вещества. С помощью локатора запахов вы можете обнаружить около устья Волги, что это за вещество и где оно было запущено.
А разве поразительная способность крысы ощущать радиацию не заставляет нас задуматься о механизме этой способности?
Чрезвычайно важно в наш атомный век научиться быстро распознавать радиоактивность. А может быть, где-то в глубинах человека тоже есть анализаторы радиоактивности?
Неоднократно говорилось об удивительной способности летучих мышей в полной темноте не наталкиваться на препятствия. После долгих исследований было установлено, что летучие мыши обладают секретом звуковой локации. Они издают во время полета неслышимые звуки, отражение этих звуков от предмета и дает им возможность ориентироваться в пространстве. Учитывая время возвращения этих сигналов, летучая мышь абсолютно точно ориентируется в пространстве. Но за последнее время была обнаружена и другая особенность. Некоторые летучие мыши, быстро проносясь . над водою, без промаха хватают рыбу, плавающую близко к поверхности. Что же происходит? Ведь известно, что 99 процентов звуковой энергии отражается от поверхности воды. Сколько же энергии доходит обратно к летучей мыши, если^к рыбе поступает всего один процент колебаний сквозь слой воды?
Недавно был создан гироскоп принципиально новой конструкции, использующий тончайшие вибрирующие пластинки. Как вы думаете, откуда родилась эта идея? В результате наблюдения за организмом насекомых. Многие из двукрылых насекомых имеют жужжальца. Когда изменяется направление полета, в дрожащем жужжальце возникает дополнительное напряжение, а соответственно и раздражение, которое передается в головной мозг насекомого. Тем самым насекомое корректирует направление полета. Этот принцип и был использован в гироскопе.
Совсем недавно был изобретен прибор, измеряющий ускорение, так необходимый для самоуправляющихся снарядов и ракет. Принцип этого прибора был найден при изучении вестибулярного аппарата человека. Малейшее ускорение вызывает перемещение жидкостей в сосудах, куда опущены электроды.
Во время войны были использованы исключительные способности тюленей слышать звуки. Как известно, тюлени на огромном расстоянии улавливают шум гребных винтов. Американский физик Роберт Вуд попытался использовать эту особенность ушей тюленя. Сегодня чувствительность тюленя уже получила применение в гидрофонах.
Долгое время загадкой была скорость движения дельфина. Он свободно обгоняет любой корабль, и было непонятно, где в таком небольшом объеме теле животного - заключен такой мощный мотор. Оказалось, что дело вовсе не в моторе, а в особой структуре кожи животного. Дельфин скользит в воде с минимальным сопротивлением, так как кожа его не производит никаких турбулентных, вихревых движений. Сейчас за рубежом пытаются проектировать суда, поверхность которых имитирует кожу дельфина.
Непонятно было, как гремучая змея в абсолютной темноте совершенно точно нацеливается на свою жертву. Дело не в том, что ее глаза якобы видят в темноте. Ничего подобного! Оказывается, у гремучей змеи есть исключительно чувствительный инфракрасный локатор. Ом улавливает разность температуры в 0,001 градуса - он-то и направляет смертоносный укус змеи. По этому принципу строятся сейчас тепловые локаторы большой чувствительности.
Ученые установили, что нильская рыба "водяной слон" обладает поразительным локатором, расположенным на спине. Излучая из хвостовой части колебания, нильский "водяной слон" воспринимает их отражение от приближающегося противника небольшим участком кожи на спине. Подобные приборы создаются сегодня. Они используют электромагнитные волны и применяются в мореходстве и в авиации.
Многие конструкторские бюро заняты в настоящее время исследованием полета насекомых. Эти исследования очень важны и интересны, потому что именно насекомые являются самыми крупными рекордсменами скорости. Стоит задуматься, почему винт и реактивный двигатель - несущая сила современного самолета - в то же время мешают увеличению скорости. Полет насекомых более экономен и обеспечивает большую скорость.
Девайте сопоставим скорость полета насекомых, птиц и самолета.
Скорость полета шмеля-18 километров в час, слепня - до 55 километров в час, а вот скворец пролетает в час более 70 километров. Стрижи могут развить скорость до 100 километров в час. У самолетов как будто явное преимущество. Но это далеко не так.
Распределим призовые места по другому принципу, учитывая длину тела. Тогда мы увидим, что слепень за час покрывает расстояние, равное 30000 своей длины, шмель-10000, стриж будет уже на третьем месте - 8000. На последнем месте окажется самолет, летящий со скоростью 900 километров в час. За час он пролетает путь, равный 1500 своей длины, то есть в 15 раз меньше, чем слепень.
Где же источники этой поразительной скорости? Обыкновенная муха, которая весит 73 миллиграмма, имеет крылья площадью в 56 квадратных миллиметров. Таким образом, на один килограмм веса мухи приходится чуть больше половины квадратного метра площади крыльев. У комара же на один килограмм веса приходится площадь крыльев в 10 квадратных метров.
Все эти цифры очень важны для тех, кто занимается сегодня изучением новых средств полета в технике.
Полет - это общий принцип. Но любая "деталь" живого организма может представлять интерес для конструктора.
Какова связь между глазом пчелы и полетом спутников в межзвездном пространстве?
А ведь эта связь есть. Глаз пчелы имеет фасеточную конструкцию - он состоит из тысячи воспринимающих ячеек. Но пчела видит солнце только несколькими из этих элементов. Обладая "биологическими часами", как бы отсчитывающими время, пчела потрясающе ориентируется в пространстве по солнцу. Но ведь этот же принцип применим для ориентации спутников.
МАТ В ДВА ХОДА
Иногда я задумываюсь, почему при обсуждении проблемы кибернетики обязательно разговор переходит на машину, умеющую играть в шахматы. Почему проблема шахматной игры, которая, видимо, в чем-то сближает человека с машиной, стала одной из наиболее широко обсуждаемых? То ли человек не хочет сдавать свои позиции электронному мозгу, то ли наоборот - человек хочет подружиться с машиной и на досуге поиграть с ней в шахматы. Но, присматриваясь к этому вопросу внимательнее, начинаешь понимать: да, действительно, без шахмат не обойтись в споре с машиной.
Не может быть и, вероятно, нет лучшего материала для математического анализа человеческого мышления, чем шахматная игра. Решение шахматной проблемы - сказочный, великолепный материал для сопоставления работы мозга с работой электронной машины.
Впервые электронные машины были использованы для игры в шахматы в 1956 году, и с тех пор испытание каждой новой модели счетной машины в шахматной игре стало почти обязательным делом. И это закономерно.
Шахматы родились давно. Они пришли в Европу с Востока и завоевали всеобщую любовь. Было бы неправильно говорить, что они не претерпели изменений на протяжении многих сотен лет. На Востоке шахматы - медленная, тягучая игра, в которой ферзь и конь были менее подвижны, чем сейчас. На рубеже XV-XVI веков произошла коренная реформа в шахматной игре - фигурам дали большую подвижность. Где именно произошла реформа, трудно сказать: говорят, что в Испании или в Южной Франции. За короткий исторический срок новые шахматы полностью вытеснили старые. Они оказались более динамичными, более интересными, допускали более сложные комбинации. Некоторые связывают появление новых шахмат с той динамикой крупных географических открытий и перемещений, какие происходили в это время в Европе.
Шли годы. Шахматы превратились в одну из наиболее любимых, популярных игр в мире, стали лучшей тренировкой для мозга и для анализа человеческой мысли. Вот почему и машины обратились к этой установившейся системе анализа возможностей человеческого мозга, к подобию шахматной игры.
Можно ли в машине моделировать шахматную игру? Ведь игра требует не только запоминания комбинаций, она в большой степени опирается на глубокую интуицию человека, мозг которого хранит колоссальный запас информации. Кстати, большинство этих запасов так и остается нетронутым на протяжении всей нашей жизни, подобно тому как в Ленинской библиотеке примерно половина всех книг никогда не открывалась читателями. Но книги должны существовать, и информация в мозгу человека всегда должна быть наготове к использованию вдруг она потребуется. Шахматнея интуиция беспредельно упрощает путь к победе.
Шахматный теоретик - руководитель лаборатории психологии Научно-исследовательского института физкультуры В. Алаторцев, оценивая творчество известного шахматиста В. Смыслова, говорит о том, что для экс-чемпиона мира характерна глубинная интуиция в самых сложных партиях. В. Смыслов, анализируя чрезвычайно запутанную позицию, удивительно быстро выбирает из многих сотен решений лучшее. Как? Каким путем? Это происходит не потому, что шахматист "прогоняет" через себя все решения, а потому, что иногда его ведет интуиция, за которой стоят и опыт, и память, и то, что характеризует удивительные свойства человеческого мозга, отличающего его от самой "умной" машины.
В состоянии ли машина, лишенная интуиции, а поэтому честно перебирающая все возможные комбинации шахматных партий, довести эту партию до конца?
Давайте посмотрим...
Известный бельгийский математик Крейчик попытался подсчитать возможное число вариантов шахматных партий. Оно оказалось фантастически большим: 2х10118.
Если предположить, что все население земного шара - три с половиной миллиарда человек - круглые сутки будет играть в шахматы, ни на мгновение не задерживаясь, то есть каждую секунду передвигать на доске по одной фигуре, то понадобится 10100 веков, чтобы переиграть все возможные варианты. Вот насколько велико разнообразие шахматного искусства!
Оказывается, электронные машины современного уровня не в состоянии рассчитать все варианты даже первых пяти ходов. Давайте посмотрим, в чем тут дело.
В нормальной шахматной позиции теоретически имеется приблизительно около 30 возможных продолжений. Рассчитывая их на один ход, мы получим 302, то есть около 1000 вариантов. Расчет на два хода даст 10002 вариантов. Расчет на пять ходов даже при самых немыслимых скоростях работы машины невозможен по времени, потому что машина должна добросовестно отработать все варианты, а их бесконечное множество.
Как же решить задачу игры в шахматы с машиной? Можно ли создать точный алгоритм шахматной игры? Оказывается, сделать это в окончательном виде нельзя. Машина не справится с задачей - слишком много вариантов придется ей проигрывать.
Когда с этим вопросом обратились к М. Ботвиннику, он сказал:
- Шахматист на уровне мастера иногда рассчитывает на 10, даже на 12 ходов вперед.
- Значит, он думает быстрее счетно-решающей машины?
- Конечно, нет. Но во время расчетов шахматист не использует всю доску с 64 клетками. В его поле зрения находится одновременно не больше 10-16 полей, то есть его задача необыкновенно облегчается.
Для шахматиста ряд фигур вообще не играет никакой роли - они как бы полностью выпадают из сферы внимания игрока. Обычно из общего числа в 25-30 фигур в расчетах участвуют 3-6 фигур, не больше. Представляете себе, насколько это облегчает задачу?
Далее М. Ботвинник говорит:
- Создатели вычислительных машин до сих пор делали точные машины, и они собирались сделать и точную машину-шахматиста. К сожалению, создание такой машины - машины-сверхшахматистов - вряд ли возможно. Но не следует ли поставить другую задачу - создание машины, которая бы думала так же несовершенно, как шахматист, ошибалась бы так же, как простые смертные гроссмейстеры. Тогда задача облегчается, вероятно, в миллионы раз в отношении расчета вариантов и становится практически разрешимой уже для сегодняшней техники. Иначе говоря, мы будем терпеть неудачи до тех пор, пока будем пытаться создать машину-сверхшахматиста. Думаю, что задача будет разрешима, если мы будем пытаться создать машину "по образу и подобию своему".
Уже сегодня, создавая машины "по образу и подобию своему", было бы интересно установить хотя бы некоторые закономерности игры. А их много...
Знаменитый шахматист А. Алехин одним из положений игры считал, что, например, двигательная инициатива дороже небольшой материальной добычи.
Многолетний чемпион мира Эммануил Л аскер утверждал: "Помимо ценности отдельных фигур, существует ценность координированного действия их..." Можно поставить и такой вопрос: обеспечивает ли игра белыми, то есть право первого хода, победу или ничейный результат при "идеальной" игре с обеих сторон? Математики на этот вопрос не могут дать исчерпывающего ответа. О чем говорит опыт соревнований? Международный гроссмейстер Ю. Авербах произвел очень интересный подсчет. Каждый шахматный мастер играет за свою жизнь примерно около 1000 серьезных партий. Гроссмейстер проанализировал основные международные турниры с 1927 года по 1962 год. Это свыше 1700 партий между сильнейшими шахматистами мира. Два вывода напрашиваются из большой и интересной таблицы.
Первый вывод. В начальном положении право первого хода является преимуществом, а не недостатком. Белые, как показывает практика, имеют лучшие шансы; у них приблизительно 60 процентов шансов на победу и в 40 случаях из ста они терпят поражение.
Второй вывод. Шансы на победу в начальном положении не очень велики.
Эти выводы весьма интересны, но как же составить руководство к действию для машинной игры? Математики пытались в первую очередь произвести оценку значимости каждой фигуры. Как это сделать? Ну, хотя бы числом очков, где король оценивается в 200 очков, ферзь - 9, ладья - 5, слон и конь - 3, пешка-1. Одновременно оценивается позиционное качество: подвижность фигур, расположение их на доске, защищенность и т. д. Ситуация игры оценивается машиной отношением общего числа очков позиции белых к числу очков позиции черных.
Предположим, машина, играя черными, должна сделать ход. Она вычисляет изменение отношений числа очков при различных вариантах. Выбором машины будет ход, ведущий к максимальному увеличению собственных очков. Эти выводы машина и печатает на карточке.
Но такая игра довольно скучна и упрощенна. Она не предусматривает перспективного мышления. А именно перспективное мышление, как мы уже рассматривали этот вопрос раньше, крайне затруднительно для добросовестно работающей машины. Поэтому машину легко сбить с толку.
Машина может реагировать только на логичный ход противника. А что происходит, если он совершает нелогичный с точки зрения машины ход? Гроссмейстер отдает машине пешку - машина теряется. Это нелогично. Вместо того чтобы брать эту пешку, машина подставляет коня. Гроссмейстер не берет коня - опять нарушение логики,- а, наоборот, жертвует ладью. Тогда машина, окончательно сбитая с толку, начинает путать, "зевать" и, в конечном итоге, проигрывает.
Видимо, игра всякой машины в первую очередь зависит от программы, которая в нее вложена. Но если говорить опять-таки о добросовестной машине, которая играет не по упрощенному варианту, а честно проверяет все возможные комбинации,- составление программы для ее работы весьма затруднительно.
Подсчитали: чтобы создать программу для машины, играющей на уровне 2-4 разрядов шахматистов три современном уровне игры в шахматы, необходима работа коллектива в 5-7 человек в течение 3-5 лет. Думается, что такая игра не стоит свеч. Что же касается машины, которая может играть на уровне гроссмейстера, то здесь положение представляется почти безнадежным.
Да реально ли это вообще?
Задача реальна. Но если учитывать перспективы развития шахматной игры и кибернетических машин, то задача эта может быть решена не раньше, чем через 30-50 лет. Это почти то же, что создать электронного ученого на уровне академика. По своему интеллекту шахматист высокого класса мало чем отличается от деятеля науки, занимающегося научным творчеством. Вот почему в настоящее время на развитие шахматных автоматов следует смотреть сдержанно.
Василий Смыслов отрицательно относится к перспективе создания машин, превосходящих человека в шахматной игре. Он утверждает, что шахматы искусство, которое не поддается строгому математическому анализу. И как бы кибернетики ни стремились заключить искусство в рамки точных наук, им это никогда не удастся сделать. Искусство неисчерпаемо.
Как-то в разговоре со мной он сказал:
"Я не выступаю против принципиальных попыток создать электронную шахматную машину. Это задача нашего времени, когда объединенные" усилия ученых и шахматистов могут достигнуть многого.
Однако я возражаю против крайних взглядов тех, кто пытается нас убедить в превосходстве машины над подлинным творчеством шахматиста".
Михаил Ботвинник, который, как известно, сам является доктором технических наук, не отрицая творческого начала в шахматной игре, считает возможным создание в принципе машины-шахматиста, способной побеждать чемпиона мира по шахматам.
"Конечно, здесь возникает много трудностей,- говорит Ботвинник,- с программированием такой машины. Как может машина анализировать "по-человечески", когда мы сами не знаем, как анализирует шахматист. Но мы этого не узнаем до тех пор, пока не начнем работать над созданием машины. Ведь пока у нас не было необходимости изучать процесс мышления шахматиста. Но когда люди начнут создавать программу, аналогичную мышлению шахматиста, то на машине, вероятно, недостатки этого "шахматного мышления" будут обнаружены. Проверяя различные методы программирования, мы узнаем, как думают шахматисты-мастера".
В этой мысли есть глубоко справедливое начало. Видимо, это общий процесс: работая над машиной, мы получаем дополнительные возможности исследовать человеческий разум. Анализируя состояние человеческого разума, мы вносим методы анализа в конструирование машины.
М. Ботвинник, веря в возможность создания машины-шахматиста, заранее оговаривает мировые чемпионаты грядущего новым правилом: "Пускай будет отдельный чемпион для гроссмейстеров и отдельный для машин. Конечно, в последнем случае это будет скорее чемпионат программистов.
Что же касается машины-шахматиста сегодняшнего дня, то вряд ли она может провести всю партию. Но если перед ней стоит задача сделать мат в два хода, у нее хватит времени, чтобы успешно решить эту задачу. Она обладает отличной памятью, завидной выносливостью, неослабевающим вниманием, и - что тоже очень важно для игрока - она совершенно равнодушна к шуму в зале и корреспондентам спортивных газет".
А каково мнение кибернетиков по данному вопросу?
Вот что говорит академик Аксель Иванович Берг:
"Конечно, нет никакого значения и смысла говорить о замене шахматиста машиной. Это невероятно скучно и страшно надоело... Но, применяя методику шахматной игры, ее научные основы в теории игр, в исследовании операций, в теории оптимальных решений, можно получить интереснейшие результаты. Этим занимаются сейчас многие".
Видимо, кибернетике без шахмат не обойтись! Ведь это - лучшее поприще для анализа процесса мышления и попытки математизации и воспроизведения отдельных его элементов.
Но я убежден, игра в шахматы всегда будет привлекательна для людей. Предстоящие матчи между чемпионами мира, безусловно, вызывают исключительный интерес всех любителей древнейшей игры на планете. И, конечно, никакая машина самого зрелого поколения не в состоянии проделать ту работу мозга, которую совершают крупнейшие шахматисты мира во время поединка.
18 мая, понедельник
Боюсь, что я не скоро уеду из Новомосковска. С каждым днем мои беседы с Кибером становятся все более интересными. Я настолько увлекся, что мне стало привычным зарываться в горы книг, чтобы назавтра предстать перед Кибером во всеоружии.
А знаете, как это трудно! Приходится работать часами, подготавливаясь к ответам на его вопросы. Память Кибера формировалась целым коллективом людей, да еще в разное время. Поэтому он чертовски быстро на все реагирует, отлично подбирает цитаты, прекрасно ориентируется в знакомом ему материале. Словом, мне приходится трудновато - мой противник построен по живому подобию. А что может быть удивительнее, чем жизнь? Сравните на одно мгновение хотя бы действие самой сложной машины с любым самым малым действием живого существа. Насколько богаче и многообразнее оно!
Чудесно сказал Максим Горький: "Очень интересное занятие - жизнь, и даже несколько жалко, что дают ее на один раз. Раз пять пожить бы, вот забавно! Но и один - хорошо!"
- Эх, Кибер, Кибер,- заметил я ему в сердцах,- тебе бы человеческую жизнь, хоть на пару годков: ходить, работать, играть в футбол, влюбляться...
Кибер, казалось, помрачнел.
К. Пора бы знать, что кибернетические копии живого уже существуют. Вспомните электронную черепаху. Ее держат в Москве, в Политехническом музее. Это смешное умное электронное животное. Оно не только обходит предметы, встречающиеся на пути,- оно поворачивается к свету, настойчиво ищет свою электрическую кормушку, место, где можно было бы зарядить аккумуляторы.
А. Ну, с этой черепахой уже перестали носиться ..
К. Но ведь есть и другие модели живого. Сконструирована электронная белка. Она собирает орехи и торопливо уносит их в свое гнездо. Правда, и орехи и гнездо условны. Гнездо - только белый квадрат, начерченный на полу. Тем не менее белочка умело справляется со своей задачей.
А. Это известные примеры.
К. Я могу рассказать и о вещах поновее. Американские кибернетики создали модель человеческой руки, которая сама собирает кубики, разбросанные по столу, и укладывает их в определенном порядке в коробку.
Электронный аппарат должен найти коробку, определить положение ее и кубиков. Для человека это несложно. А для машины - это серьезная задача.
А. Здесь лишь пытаются повторять живое.
К. Но ведь в частностях мы, машины, можем свободно его превзойти. Пожалуйста. Электронный глаз, который видит сквозь непрозрачное. Электронное ухо, которое улавливает неслышимые звуки. Электронное осязание, ощущающее тепло инфракрасных лучей в полной темноте. Да мало ли еще других вещей?!
А. Так что же получается, Кибер? Строя машины по живому подобию, возможно, в частности, не только достигнуть то или иное свойство живого, но и превзойти его. А в комплексе? Живое вряд ли возможно воспроизвести во всем его многообразии?..
На Пожалуй, на сегодня вы правы. Но можно ли поручиться за будущее?
ПО ЖИВОМУ ПОДОБИЮ
Бесконечен путь эволюции живого. Где, на каких глубинах истории зародилась живая клетка? Кто дал первый толчок Жизни - тепло, свет или электрические разряды молний? Но, родившись однажды, жизнь начала стремительно развиваться. Миллионы лет природа шлифовала, оттачивала, развивала все живое. И даже сегодня, создавая кибернетические машины, строя удивительные станки и аппараты, рождая в хитросплетениях мысли новые теории и гипотезы, мы все еще не можем понять многие секреты природы.
Всего несколько лет назад возникла новая наука - бионика. Владения ее разместились на пограничной полосе между биологией и техникой. Это та зона, которая всегда наиболее плодотворна, ибо два направления питают ее, придают силу новой науке.
Как использовать в технике то, что на протяжении всей эволюции создавала природа? Неверно было бы говорить, что самолет повторяет птицу, что корабль подобен рыбе. Нет, они далеко не схожи. Но в мире есть отдельные элементы, отдельные части живого, которые могут быть полностью освоены как принцип, как идея.
Миллиарды лет живые организмы приспосабливались ко всем изменениям окружающих условий. Природа создала поразительные формы живого полета, плавания, перемещения в пространстве. Природа дала живым организмам и приспособляемость и, наконец, средства связи между собой.
Высшим созданием природы явился мозг, как его назвал физиолог И. П. Павлов - "высшее творение на земном шаре".
Изучить все это богатство, выработанное эволюцией, освоить основы работы мозга - вот центральный вопрос бионики и кибернетики.
Японские инженеры тщательно изучили форму кита и характер его плавания. И вот было создано судно китообразной формы. Выяснилось, что мощность двигателей нового корабля на 25 процентов меньше при той же скорости и грузоподъемности.
А что может быть неповоротливее пингвина? Однако он придумал способ движения по снегу. Чтобы не зарываться в снег, пингвин ложится на белый пух своим обтекаемым телом и энергично, словно веслами, работает крыльями-ластами.
Именно по этому принципу и создаются сейчас вездеходы - не на лыжах и не на гусеницах. Вездеход нового типа как бы лежа скользит по мягкому снегу, совершенно свободно выходит на воду и вновь взбирается на лед.
Вспомните обыкновенный подсолнечник, который всегда поворачивается к солнцу. А как он это делает? За счет чего создается усилие поворота? Как поток световых лучей вращает в одном направлении миллионы желтых соцветий? Пока эта тайна природы не раскрыта. А как много может это дать науке солнечным машинам, фотоэлементам?
Существуют породы рыб, обладающие феноменальным обонянием. Если в литре воды находится одна стомиллиардная часть пахучего вещества, то есть частица, не уловимая никакими научно-техническими средствами, рыба чувствует ее. Даже хорошо нам знакомая обыкновенная собака различает до полумиллиона запахов, абсолютно недоступных человеку.
Ученые работают над локаторами запахов. Чувствительность их может быть доведена до едва различимых пределов. Представьте себе, что где-то на юге Каспийского моря в воду пустили одну каплю ароматического вещества. С помощью локатора запахов вы можете обнаружить около устья Волги, что это за вещество и где оно было запущено.
А разве поразительная способность крысы ощущать радиацию не заставляет нас задуматься о механизме этой способности?
Чрезвычайно важно в наш атомный век научиться быстро распознавать радиоактивность. А может быть, где-то в глубинах человека тоже есть анализаторы радиоактивности?
Неоднократно говорилось об удивительной способности летучих мышей в полной темноте не наталкиваться на препятствия. После долгих исследований было установлено, что летучие мыши обладают секретом звуковой локации. Они издают во время полета неслышимые звуки, отражение этих звуков от предмета и дает им возможность ориентироваться в пространстве. Учитывая время возвращения этих сигналов, летучая мышь абсолютно точно ориентируется в пространстве. Но за последнее время была обнаружена и другая особенность. Некоторые летучие мыши, быстро проносясь . над водою, без промаха хватают рыбу, плавающую близко к поверхности. Что же происходит? Ведь известно, что 99 процентов звуковой энергии отражается от поверхности воды. Сколько же энергии доходит обратно к летучей мыши, если^к рыбе поступает всего один процент колебаний сквозь слой воды?
Недавно был создан гироскоп принципиально новой конструкции, использующий тончайшие вибрирующие пластинки. Как вы думаете, откуда родилась эта идея? В результате наблюдения за организмом насекомых. Многие из двукрылых насекомых имеют жужжальца. Когда изменяется направление полета, в дрожащем жужжальце возникает дополнительное напряжение, а соответственно и раздражение, которое передается в головной мозг насекомого. Тем самым насекомое корректирует направление полета. Этот принцип и был использован в гироскопе.
Совсем недавно был изобретен прибор, измеряющий ускорение, так необходимый для самоуправляющихся снарядов и ракет. Принцип этого прибора был найден при изучении вестибулярного аппарата человека. Малейшее ускорение вызывает перемещение жидкостей в сосудах, куда опущены электроды.
Во время войны были использованы исключительные способности тюленей слышать звуки. Как известно, тюлени на огромном расстоянии улавливают шум гребных винтов. Американский физик Роберт Вуд попытался использовать эту особенность ушей тюленя. Сегодня чувствительность тюленя уже получила применение в гидрофонах.
Долгое время загадкой была скорость движения дельфина. Он свободно обгоняет любой корабль, и было непонятно, где в таком небольшом объеме теле животного - заключен такой мощный мотор. Оказалось, что дело вовсе не в моторе, а в особой структуре кожи животного. Дельфин скользит в воде с минимальным сопротивлением, так как кожа его не производит никаких турбулентных, вихревых движений. Сейчас за рубежом пытаются проектировать суда, поверхность которых имитирует кожу дельфина.
Непонятно было, как гремучая змея в абсолютной темноте совершенно точно нацеливается на свою жертву. Дело не в том, что ее глаза якобы видят в темноте. Ничего подобного! Оказывается, у гремучей змеи есть исключительно чувствительный инфракрасный локатор. Ом улавливает разность температуры в 0,001 градуса - он-то и направляет смертоносный укус змеи. По этому принципу строятся сейчас тепловые локаторы большой чувствительности.
Ученые установили, что нильская рыба "водяной слон" обладает поразительным локатором, расположенным на спине. Излучая из хвостовой части колебания, нильский "водяной слон" воспринимает их отражение от приближающегося противника небольшим участком кожи на спине. Подобные приборы создаются сегодня. Они используют электромагнитные волны и применяются в мореходстве и в авиации.
Многие конструкторские бюро заняты в настоящее время исследованием полета насекомых. Эти исследования очень важны и интересны, потому что именно насекомые являются самыми крупными рекордсменами скорости. Стоит задуматься, почему винт и реактивный двигатель - несущая сила современного самолета - в то же время мешают увеличению скорости. Полет насекомых более экономен и обеспечивает большую скорость.
Девайте сопоставим скорость полета насекомых, птиц и самолета.
Скорость полета шмеля-18 километров в час, слепня - до 55 километров в час, а вот скворец пролетает в час более 70 километров. Стрижи могут развить скорость до 100 километров в час. У самолетов как будто явное преимущество. Но это далеко не так.
Распределим призовые места по другому принципу, учитывая длину тела. Тогда мы увидим, что слепень за час покрывает расстояние, равное 30000 своей длины, шмель-10000, стриж будет уже на третьем месте - 8000. На последнем месте окажется самолет, летящий со скоростью 900 километров в час. За час он пролетает путь, равный 1500 своей длины, то есть в 15 раз меньше, чем слепень.
Где же источники этой поразительной скорости? Обыкновенная муха, которая весит 73 миллиграмма, имеет крылья площадью в 56 квадратных миллиметров. Таким образом, на один килограмм веса мухи приходится чуть больше половины квадратного метра площади крыльев. У комара же на один килограмм веса приходится площадь крыльев в 10 квадратных метров.
Все эти цифры очень важны для тех, кто занимается сегодня изучением новых средств полета в технике.
Полет - это общий принцип. Но любая "деталь" живого организма может представлять интерес для конструктора.
Какова связь между глазом пчелы и полетом спутников в межзвездном пространстве?
А ведь эта связь есть. Глаз пчелы имеет фасеточную конструкцию - он состоит из тысячи воспринимающих ячеек. Но пчела видит солнце только несколькими из этих элементов. Обладая "биологическими часами", как бы отсчитывающими время, пчела потрясающе ориентируется в пространстве по солнцу. Но ведь этот же принцип применим для ориентации спутников.