URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Крылов С.М. Неокибернетика: Алгоритмы, математика эволюции и технологии будущего
Id: 72455
 
699 руб.

Неокибернетика: Алгоритмы, математика эволюции и технологии будущего

URSS. 2008. 288 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-382-00651-2.

 Аннотация

Данная книга посвящена новому междисциплинарному научному направлению, которое впервые смогло доказать, что универсальная наука, о которой давно мечтали ученые, способная объединить в себе все основные естественные, гуманитарные, технические и теоретические научные дисциплины: от математики до философии, от химии до электроники, от теории алгоритмов до социологии, --- не только необходима, но и возможна. Рабочее название этого направления --- "Общая формальная технология" (ОФТ). Благодаря ОФТ впервые удалось найти очень простые решения ряда "вечных" проблем, объясняющих истоки и причины происхождения жизни, законы эволюции и познания, особенности их реализации в биологических, информационных и технических системах. Именно с ее помощью оказалось возможным вычислить структуру чрезвычайно перспективных автоматических технологических систем настоящего и будущего, включая программируемые "нано-фабрики на кристалле", универсальные химические микроанализаторы, многоцелевые аналого-цифровые "системы на кристалле", превосходящие по своим возможностям микропроцессоры; универсальные автоматы --- синтезаторы различных объектов, способные к самомодификации, саморемонту и даже к самовоспроизведению. Она же объяснила и причины необычайно быстрого и успешного внедрения в современные компьютерные технологии основной парадигмы объектно-ориентированного программирования (ООП) --- концепции "объекта".

Книга рассчитана на широкий круг читателей, знакомых с основами информатики, философии, математики, биологии и физики, и может быть полезна всем, кому интересны глобальные общефилософские и общенаучные проблемы и тенденции.


 Оглавление

Предисловие
Введение
Глава 1. Формальная технология и метафизика
 1.1. История потерянных аксиом или краткая история метафизики
 1.2. От метафизики -- к формальной технологии. Первые принципы
 1.3. Простейшие, креативные, эволюционные технологии и их свойства
 1.4. Как можно получать новые объекты. Формально-технологические функции
 1.5. Полнота технологий
Глава 2. Что дает функциональность?
 2.1. Еще раз о свойствах объектов и их представлении
 2.2. Функциональность объектов
 2.3. Эмерджентные свойства и функциональности
Глава 3. Вверх -- по лестнице эволюционных технологий
 3.1. От аксиом к "квази-атомам"
 3.2. Зачем нужны квантование и инерция?
 3.3. От "квази-атомов" -- к "квази-веществу" и "квазимолекулам"
Глава 4. Почему и как возникает жизнь
 4.1. Истоки эволюции живой материи: негэнтропия или функциональность?
 4.2. Сложные молекулы, как автоматы
 4.3. Феномен одной функциональности
 4.4. Как может возникнуть самовоспроизведение линейных молекул
Глава 5. Эволюция систем
 5.1. Механизм эволюционного пути развития и скорость эволюции простейших биоподобных систем
 5.2. Возможные пути развития частично самовоспроизводящихся биоподобных систем
 5.3. Рост сложности биоподобных конструкций при эволюционном пути развития. Механизмы адаптации к среде
Глава 6. Технологические системы будущего: универсальные, программно-перестраиваемые, компактные, автоматические
 6.1. Универсальный синтезатор-анализатор объектов
 6.2. Структуры универсальных программно-управляемых технологических систем для практического применения
 6.3. ДАП -- дискретно-аналоговый процессор -- прототип аналого-цифровых программируемых систем на кристалле
 6.4. Перспективные аналого-цифровые системы на кристалле
 6.5. Простейший универсальный программируемый химический микроанализатор-синтезатор
 6.6. Микро- и нано-ГАП
 6.7. САВТы -- синтезирующие автоматы будущего
Глава 7. Тезис Черча, формальная технология и теория познания
 7.1. О чем же на самом деле говорит тезис Черча
 7.2. От незнания -- к знанию
 7.3. Универсальный познаватель
Глава 8. Как и куда мы развиваемся? Социальные и экономические системы
 8.1. Чем социальные системы отличаются от других
 8.2. Развитие социальных систем
 8.3. Особенности развития сложных био- и социосистем. Феномен красоты
 8.4. Развитие общества и социально-экономические автоматы
Заключение
Список сокращений
Указатель часто встречающихся имен, терминов и определений
Основные результаты ФТ
Литература

 Предисловие

Эта книга -- рассказ о совершенно новом направлении в науке, которое на русском языке получило название "Общая формальная технология" (сокращенно -- ОФТ или просто -- ФТ). Именно это направление позволило, пожалуй, впервые реально объединить математику и физику, химию и биологию, философию и теорию систем в рамках единой научной концепции, или -- как говорят ученые -- в рамках единой научной парадигмы.

Корни этой концепции уходят в глубины веков. Ее следы можно найти в трудах Аристотеля -- в частности, в его знаменитой "Метафизике". Ее пытались построить на основе различных теорий выдающиеся философы и ученые 20-го века: Бертран Рассел, Людвиг Витгенштейн, Альфред Уайтхид, Пьер Тейяр де Шарден, Говард Патти, Карл Поппер, Марио Бунге, Эдвард Залта, Никита Моисеев, Грегори Чейтин и многие, многие другие. Более того, в начале 20-го века русский революционер и философ Александр Богданов публикует первую -- нематематическую -- версию новой теории, которую он назвал "Тектологией" (или -- в трактовке самого Богданова -- "Всеобщей организационной наукой"). Тектология настолько опередила свое время, что через 60 лет была дважды переиздана в США, после чего многие стали считать А.Богданова одним из родоначальников "Общей теории систем", которая, среди прочих, тоже пытается дать ответ на вопрос: "Почему мир устроен именно так?". Впрочем, впервые четко и недвусмысленно подсказала путь, по которому следует идти для получения правильного ответа, дочь известного английского поэта Ричарда Байрона -- Августа Ада Лавлейс. В 1843 г. в своих "Комментариях переводчика" к сделанному ею же переводу описания первой в мире программируемой цифровой вычислительной машины (по современной терминологии -- компьютера), она написала следующую фразу, фактически предвосхитившую основы формальной технологии: "...под словом операция мы понимаем любую процедуру, которая меняет взаимное отношение двух или большего числа вещей, какого бы рода эти отношения не были. Это -- максимально общее определение, которое может включать все объекты во Вселенной... Но наука о таких операциях, будучи особым образом выведенной из математики, является самостоятельной наукой, имеющей свою собственную теоретическую истинность и значимость, также как логика имеет свою собственную истинность и значимость -- независимо от предметов, к которым мы применяем ее объяснения и методы". По сути дела это -- первое в истории науки утверждение о том, что принципы и методы теории алгоритмов -- одной из наиболее интересных и успешных ветвей современной математики -- могут быть применены не только к числам и символам, но и -- "ко всем объектам во Вселенной". Причем сказано это тогда, когда самой теории алгоритмов по большому счету еще не было.

К сожалению, как и многие другие блестящие идеи, эта догадка Августы Лавлейс не привлекла должного внимания ученых того времени. Как, впрочем, не была в полной мере оценена и сама идея первого в мире (тогда еще механического!) компьютера, изобретенного Чарльзом Бэббеджем. Это сейчас в Англии есть музей, где можно увидеть его программное устройство, работающее на перфокартах, механическую память и процессор. А тогда -- в середине 19-го века -- Бэббеджу даже не удалось закончить свое детище изНза нехватки средств. Он умер, глубоко разочарованный в способностях человечества по достоинству оценить сделанное им изобретение.

Попытку столетие спустя повторили американские ученые -- уже на уровне электронных схем. И на этот раз -- более успешно, ведь компьютер потребовался для военных целей.

Вернемся, впрочем, к формальной технологии.

Чем же она отличается от обычных, традиционных технологий? Прежде всего -- направлением движения по иерархической лестнице технологических систем. Если традиционные технологии отталкиваются исключительно от конкретных свойств конкретных объектов и конкретных операций нашего физического мира, продвигаясь на основе изучения этих свойств вверх -- ко все более и более сложным композициям объектов (конструкций) и операций над ними, то формальная технология, наоборот, начинает с изучения наиболее общих свойств наиболее общих операций как над реальными, так и над воображаемыми (абстрактными) объектами, продвигаясь по иерархической лестнице вниз -- ко все более и более конкретным свойствам все более конкретных объектов и операций. Таким образом, формальная технология дополняет нашу однополярную точку зрения на технологическую картину окружающего мира второй -- стратегически очень важной -- точкой, расположенной предельно высоко относительно первой. Стратегическая важность этой второй позиции настолько велика, что сейчас мы даже не в состоянии по достоинству ее оценить. Ведь речь идет по сути дела о позиции, которая позволяет начать работу по конструированию иных эволюционирующих физических миров, со своими -- возможно радикально отличными от нас -- физическими законами, со своими "атомами" и "элементарными частицами", со своими "биологиями" и законами развития. По большому счету мы, возможно, пока не готовы к такой постановке вопроса. Но не исключено, что сама попытка его осмысления еще ближе подвинет нас к строгому научному ответу на другой "вечный" вопрос -- кто мы и откуда и куда идем? Вполне вероятно, что математически выверенный и абсолютно точный ответ на него окажется гораздо более неожиданным и захватывающим, чем все мифы, религии и науки нашей цивилизации, вместе взятые.

Важной чертой любых формальных теорий является их конструктивность -- то есть возможность построения в рамках этих теорий вполне конкретных выводов и доказательств. Поэтому отождествление формальной технологии с точкой зрения столь высокой общности, казалось бы, противоречит желаемой конструктивности ФТ. Действительно, предельная общность и предельная конструктивность (прочно связанная с максимальной конкретностью соответствующих теоретических заключений) -- вещи, на первый взгляд достаточно далеко отстоящие друг от друга. Более того -- в каком то смысле так оно и есть. Но согласитесь -- гораздо легче выбирать путь, находясь на высокой вершине или же пользуясь крупномасштабной картой, чем бесконечно петлять по дорогам равнины, не представляя ни размеров страны, по которой вы движетесь, ни ее места среди других стран и континентов. Наконец, наличие карты и сама ее концепция позволяют продолжить процесс картографирования местности вплоть до получения карты нужного масштаба -- были бы время и средства. И даже при ограниченных средствах можно выбирать самые перспективные (т.е. наиболее интересные, наименее исследованные) местности для такого -- более точного -- картографирования. И в этом смысле формальная технология -- предельно конструктивна. Она дает или способна дать -- имея ввиду аналогию с картой нужного масштаба -- вполне конкретные (вплоть до возможной технической реализации) ответы на многие актуальные сейчас и в будущем вопросы. Примеры такого "конструктивного" спуска с вершины максимального формально-технологического обобщения эволюционных технологий к конкретным моделям самовоспроизводящихся предбиологических "прото-клеточных" структур приведены в главах 3, 4 и 5. Аналогичные примеры перехода от обобщенных формально-технологических моделей универсальных автоматических технологических систем к их конкретным техническим реализациям приведены в главе 6.

Наличие крупномасштабной карты позволяет не утонуть в деталях и тогда, когда необходимо выбрать нужный стратегический курс. Например, когда нужно прояснить ситуацию с появлением и увеличением объема генетической информации в процессах случайного синтеза или случайных мутаций биологических структур. Отсутствие такого рода карты приводит к появлению незаполненных ничем "белых пятен" и даже ошибок, сбивающих с верного пути. Примерами могут служить некоторая недоговоренность, допущенная И.Пригожиным и Г.Николисом в их книге "Познание сложного" при оценке сложности генерирования линейных полимерных биомолекул (более подробно об этом см. в параграфе 4.4), или недооценка и даже неверная интерпретация колмогоровского критерия сложности объектов, и др.

За годы, прошедшие с первых публикаций в научных журналах статей об основах и методах ФТ, она смогла утвердиться как истинно междисциплинарное научное направление, способное дать ответы на многие "вечные" вопросы и справиться со многими, неразрешимыми в рамках традиционных научных подходов, проблемами, -- будь то загадка происхождения жизни на Земле, возможное устройство автоматов, способных самостоятельно познавать окружающий мир, или истинность (или ложность) знаменитого тезиса Тьюринга--Черча. Совершенно однозначно в ФТ стали проявляться черты той всеобъемлющей науки, которую западная философия традиционно называет "метафизикой" -- словом, почти запретным в России советских времен. Тем не менее вряд ли следует спешить со сменой названия. Термин "формальная технология" гораздо более полно отражает суть нового научного направления, чем термины "метафизика", "метаматематика" или "точная философия", поскольку, как становится все более очевидным, в рамках ФТ могут благополучно сосуществовать самые различные и невообразимые физики, математики и философии, в том числе и "мета". Кроме того, фактическое выпадение советской философской мысли из общемирового потока в 20-м веке привело не только к ее отставанию от мирового уровня, но и к некоторой аберрации терминов, поскольку в постсоветской России термин "метафизика" прочно связывается только с идеалистической ветвью философии, тогда как большинство западных авторов современных метафизических теорий все же пытаются построить прежде всего ее материалистический вариант, опирающийся на строгие математические и логические структуры и доказательства.

В свете сказанного уже можно вполне ясно говорить о конкретных задачах, особенностях и областях приложения формальной технологии:

Во-первых, следует сразу подчеркнуть, что развитие любой системы, -- материальной или информационной -- есть процесс в той или иной степени технологический. Поэтому очень важной областью приложения формальной технологии являются самые различные процессы развития, которые мы в дальнейшем будем называть эволюционными -- как естественные, существующие в окружающей природе, так и искусственные, реализуемые человеком или при его участии. Вскрыть основные закономерности таких процессов, их предпосылки и возможные результаты -- одна из основных задач ФТ.

Во-вторых, формальная технология является конструктивной наукой в самом прямом и широком смысле этого слова, поскольку она позволяет конструировать различные технологические системы либо различные технологические процессы для реализации тех или иных задач. Многие доказательства формально-технологических теорем сводятся как раз к построению конкретных технологических алгоритмов (формальных процедур) для решения соответствующих проблем (то есть для прямого конструктивного ответа на вопрос, сформулированный в той или иной теореме). Примером этого могут быть теоремы ФТ, касающиеся вопросов познания, или теоремы, связанные с синтезом универсальных технологических систем.

В-третьих: очень важная и чрезвычайно плодотворная ветвь формальной технологии -- теория свойств и функциональностей объектов. Ее появление связано с результатами анализа основных различий между технологическими объектами двух больших классов технологий -- информационных (математики в том числе) и "материальных" (т.е. "обычных" технологий, оперирующих с различными материальными объектами). Именно объединение традиционного формально-технологического подхода и формально-технологической версии теории свойств и функциональностей объектов позволило найти новые концепции и существенно продвинуть некоторые хорошо известные старые в направлениях, казавшихся почти тупиковыми для традиционных математических методов. Например, в рамках такой объединенной (т.е. общей) ФТ -- ОФТ -- удалось доказать ограниченность действия теоремы, названной математиками "тезисом Тьюринга--Черча", которую "внутри" самой математики невозможно ни доказать, ни опровергнуть. Оказалось также, что с помощью ОФТ можно легко найти простые и эффективные модели, интерпретирующие различные химические реакции как некоторые логические преобразования в специфическом логическом базисе. Это значительно облегчило поиск логических основ возникновения жизни и закономерностей ее эволюции в сравнении с существовавшими ранее подходами, основанными, например, на лямбда-исчислении Черча, на уровнях концентраций различных реагентов, на других типах формальных преобразований.

Наконец, чтобы сделать доступными максимально широкому кругу читателей основные понятия и концепции ОФТ, эта книга написана исключительно в научно-популярном стиле. Из текста убраны почти все доказательства теорем, которые можно найти в уже опубликованных источниках. Перечень этих источников (наряду с внутристраничными ссылками на публикации разных авторов) приводится в конце книги.

Будучи плоть от плоти порождением математики (точнее -- теории алгоритмов), ОФТ имеет возможность без особых проблем адаптировать для своих нужд любые ее методы, наработанные на текущий момент. Более того, формальная технология очень четко определяет и место самой математики (как технологии вычислений) среди всего множества технологий. Это место, естественно, оказывается в определенном смысле ключевым, но одновременно -- не лишенным и некоторых, иногда весьма существенных, недостатков. Особенно сильно эти недостатки сказываются в попытках создания сугубо математических моделей эволюционных, и прежде всего -- биологических, систем. В нескольких главах книги анализу истоков неэффективности математики при решении целого ряда проблем реального физического мира уделено центральное место, а в параграфе 1.1 формулируется один из наиболее фундаментальных результатов ОФТ, свидетельствующий о существовании неявных (и, естественно, по этим причинам не учитываемых до сих пор) аксиом математики, которые и делают последнюю в определенных ситуациях не совсем эффективной. Там же, в рамках ОФТ, предлагается выход из создавшегося положения, фактически соединяющий математику с физикой некоторого (реального или воображаемого) мира.

Вообще же необходимо подчеркнуть, что к современной физике эта книга имеет косвенное отношение. Во-первых, потому, что как уже было отмечено, в рамках ОФТ возможны самые различные физики, и некоторые из "пропущенных" вариантов таких физик упоминаются в главе 3. Во-вторых, основная цель ОФТ -- попытаться логически (и технологически) объяснить устройство окружающего нас мира на уровне, в первую очередь, нашего восприятия, то есть -- на макроуровне, "масштабным центром" которого является сам человек. А как этот макроуровень может быть реализован с точки зрения различных возможных физических микро-уровней -- это уже как бы вопрос вторичный, который здесь практически на рассматривается. Определенное исключение составляет содержание главы 3. Для читателей же, интересующихся метафизикой в первую очередь с точки зрения современных физических теорий, можно порекомендовать весьма популярную книгу Брайана Грина Элегантная вселенная: Суперструны, скрытые измерения и поиски окончательной теории", в которых он найдет ответы на многие вопросы, здесь почти не затронутые.

Из всего вышесказанного ясно, что ОФТ -- это метатеория, позволяющая взглянуть на самые различные проблемы науки и техники как бы с "внешней", более общей точки зрения, и найти по этой причине для них вполне приемлемые решения. Примером тому могут служить доказательство ограниченности действия гипотезы (тезиса) Тьюринга--Черча на объектах с физическими свойствами или разработка структур компактных универсальных технологических систем.

Как у очередного претендента на роль метатеории, у ОФТ есть серьезные конкуренты, один из которых -- синергетика. Поскольку за последние 30 лет синергетика завоевала достаточное число приверженцев, а ОФТ лишь начинает свой путь к признанию, обычная социальная инерция неизбежно столкнет наиболее рьяных адептов той и другой. На самом же деле никакой необходимости в этом нет, поскольку каждое из направлений занимается своим делом. Более того -- в ряде проблем, исследуемых синергетикой, существенную помощь могут оказать концепции, разрабатываемые формальной технологией, и наоборот (см., например, главы 3, 4 и 5). То есть взаимное признание и "обмен идеями" способны принести пользу обеим научным направлениям, тогда как возможная конфронтация скорее всего отразит лишь типичную социальную ситуацию "захвата власти" с целью перераспределения ограниченных общественных ресурсов. Возможное ущемление какого-то из направлений по субъективным причинам его "немодности" в итоге, как обычно, принесет вред всему обществу. По крайней мере сама ОФТ однозначно говорит об ущербности и стратегической бессмысленности подобных мероприятий в познании или в развитии социальных систем (глава 8).

И еще одно важное замечание. Первые серьезные теоретические работы по формальной технологии были опубликованы в журнале "Кибернетика" в 1986 г., который также издается в переводе на английский язык. Примерно в это же время в ряде западных публикаций тоже стали довольно часто встречаться словосочетания "formal technology", которые иногда неверно переводят на русский язык как "формальная технология". Более правильный и точный перевод -- "формальная техника", и именно в этом смысле данное английское словосочетание часто используется в публикациях по формальным техникам изучения каких-либо предметов и дисциплин или при анализе и разработке планов экономической деятельности предприятий. Хотя между общей формальной технологией, как теорией, и формальными техниками, как частными случаями реализации тех или иных формальных алгоритмов (в том числе полученных в рамках ОФТ), есть очевидная логическая связь, все же различия между ними не менее существенны. Чтобы не вносить путаницу, в рамках данной книги под ФТ мы будем понимать прежде всего именно теорию -- то есть то самое новое междисциплинарное научное направление (метаматематику, точную философию -- т.е. метафизику, или, наконец, просто метатеорию), о котором говорилось выше. Тем не менее специалистам, интересующимся применением формальных методик (формальных техник) в различных прикладных областях, тоже будет небезынтересно знакомство с данной книгой, поскольку многие из таких методик и техник могут быть напрямую получены из соответствующих обобщенных формально-технологических алгоритмов и методов.


 Об авторе

Сергей Михайлович КРЫЛОВ

Родился в 1948 г. Доктор технических наук, профессор кафедры вычислительной техники Самарского государственного технического университета. Закончил аспирантуру Научно-исследовательского института микроприборов (г. Зеленоград). В 1990 г. стал лауреатом Всесоюзного конкурса по микроэлектронике с проектом "Концепция программируемых и универсальных БИС", почти на 10 лет опередив аналогичные разработки зарубежных ученых. Автор более ста публикаций, включая научные и научно-популярные статьи, изобретения и монографии, в том числе: "Формальная технология в философии, технике, биоэволюции и социологии" (Самара, 1997), "Формальная технология и эволюция" (М., 2006). Круг научных интересов: общая теория систем, философия, теория эволюции, математика, теория алгоритмов, теория многофункциональных и универсальных программно-управляемых систем, микроэлектроника.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце