Варшавский В.И., Поспелов Д.А. Оркестр играет без дирижера:
Размышления об эволюции некоторых технических систем и управлении ими. Изд. 2, доп.

Оглавление

Предисловие ко второму изданию

Сорок лет назад, весной 1968 г., выдающийся американский ученый, нобелевский лауреат Герберт Саймон прочитал в Массачусетском технологическом институте серию лекций, посвященных перспективам создания "науки об искусственном" – общей теории проектирования искусственных систем. По материалам этих лекций была издана небольшая по объему книга "Науки об искусственном", в которой было проведено сопоставление естественного и искусственного миров, указаны отличительные особенности искусственных объектов и выделены основные разделы науки об их конструировании. Были рассмотрены варианты архитектуры и пути эволюции сложных систем, в частности были отмечены различные аспекты формирования самовоспроизводящихся систем и было предложено эволюционное объяснение существования иерархий.

Примерно в это же время в нашей стране стали появляться работы, связанные с построением моделей коллективного поведения, децентрализованного управления и эволюции больших систем (в первую очередь здесь следует упомянуть труды А.А.Ляпунова, М.Л.Цетлина, В.И.Варшавского, Д.А.Поспелова). Новое издание популярной монографии двух последних авторов "Оркестр играет без дирижера", впервые опубликованной в 1984 г., представляется весьма своевременным, поскольку многие изложенные в ней размышления об эволюции технических систем и управлении ими опередили свое время и стали по-настоящему востребованными лишь в самом конце XX – начале XXI вв.

Книга посвящена проблемам коллективного взаимодействия, децентрализованного управления и эволюции сложных, распределенных систем. Роль распределенных систем в современном мире велика и неуклонно возрастает. Во-первых, распределение функций в процессах локальных взаимодействий есть фундаментальное свойство многих живых систем. В целях эффективной адаптации к сложной, плохо определенной, динамической среде формируются коллективы живых систем: группы людей, стада животных, стаи птиц, пчелиные ульи, колонии муравьев и пр. При этом каждая особь располагает частной, фрагментарной информацией о динамике внешней среды, а совместно они синтезируют адекватную интегральную модель внешней среды и прогноз процесса взаимной адаптации со средой. Хорошим примером служит полет стаи птиц. Птицы в зависимости от положения в стае распределяются по разным обязанностям: одни наблюдают за выдерживанием направления, другие – за высотой, третьи – за плотностью стаи и т. д. При отклонении наблюдаемого параметра от заданной величины "специалисты" по этому параметру издают особые звуковые сигналы. Стая тотчас реагирует, если сила этих сигналов не ниже некоторого определенного значения. Здесь то или иное распределение функций определяется не жесткой программой, а ситуацией, которая складывается в данный момент времени. На основе решения локальных задач управления реализуется механизм самоуправления в распределенной системе.

Во-вторых, распределенные, децентрализованные системы представляют собой естественный способ адаптации человеческого сообщества ко все более возрастающей сложности современного мира. К началу XXI в. децентрализованные системы получили широкое распространение в самых различных сферах общественной жизни: экономической, политической, административной, образовательной, культурной и т. п. Например, административная децентрализация может быть связана с распределением ресурсов, передачей части властных полномочий и ответственности от центральных к территориальным органам управления. Децентрализация часто понимается как наделение исполнительных органов возможностями самостоятельного принятия решений. Типичной формой экономической децентрализации является приватизация. Децентрализация в культурной сфере предполагает территориальное распространение организаций и учреждений культуры, а децентрализация образования направлена на обеспечение его доступности, возможности получения любых образовательных услуг независимо от местонахождения и социального положения.

Итак, децентрализованные организации – это такие организации, в которых полномочия управления распределены по разным (а в пределе – по всем) уровням организационной структуры. Для того чтобы определить эффективную степень централизации-децентрализации на предприятии, обычно используются следующие характеристики:

• количество решений, принимаемых на нижележащих уровнях управления (чем больше число решений, которые принимают нижестоящие руководители, тем больше степень децентрализации);
• важность решений, принимаемыx на нижележащиx yровняx;
• контроль за работой исполнителей. В децентрализованной организации происходит уменьшение числа согласований, проверок, прочих управляющих воздействий со стороны руководства. Оценка действий исполнителей делается на основании общих достигнyтыx резyльтатов.

Во многих современных организациях (от крупных предприятий до государственных учреждений) чисто централизованное управление становится неэффективным из-за наличия огромных потоков информации, когда слишком много времени тратится на ее передачу в центр и принятие им решений. Поэтому сейчас происходит настоящая революция в области организационного управления (стратегического менеджмента), связанная с коренной перестройкой традиционных предприятий и появлением сетевых организационных структур нового типа, например так называемых горизонтальных, виртуальных и интеллектуальных предприятий. В таких организациях работа исполнителей становится более сложной, насыщенной и многоплановой, от них требуется не столько "слепое исполнение" предписанных заданий, сколько умение принимать самостоятельные решения. Соответственно растет количество горизонтальных связей между подразделениями организации, сокращается число уровней организационной иерархии (в первую очередь, за счет уменьшения количества менеджеров среднего звена). Деятельность предприятия во все большей степени строится на основе функционирования автономных междисциплинарных рабочих групп, в которых функции менеджеров изменяются от контролирующих к тренерским.

В-третьих, многие задачи, встающие перед современным обществом, изначально неоднородны и распределены: а) в пространстве (например, развитие транспортной сети или системы космической связи); б) в функциональном плане, поскольку ни один человек не может создать сложную систему в одиночку.

Трудно представить себе единый проект развития региональной транспортной или глобальной компьютерной сети. Очевидно, что у подобных систем нет единой цели и единого разработчика: они появились и развиваются в ходе технической эволюции (а для систем, возникших эволюционным путем, характерно децентрализованное управление). В частности, компьютерные системы становятся все сложнее и сложнее и включают ряд подсистем разной природы, обладающих различными функциональными свойствами и взаимодействующими с различными специалистами, удаленными друг от друга. Но с ростом сложности падает надежность систем, и все труднее сформулировать их адекватную целевую функцию.

Соответственно, в-четвертых, распределенное управление повышает надежность сложной системы, поскольку каждый модуль способен реализовать управление ресурсами и процессами, и одновременно повышает ее производительность, так как управляющие решения формируются без затрат времени на сбор информации о состоянии всех элементов системы (а за это время ситуация в системе может существенно измениться).

В-пятых, понятие открытой системы означает, что у нее имеются развитые возможности и средства адаптации к изменениям среды, в том числе путем модификации своей структуры и параметров. Например, в случае открытой программной системы, модификация и расширение программного обеспечения возможны прямо в ходе его функционирования. Сегодня эволюция программного обеспечения протекает в сторону его разработки на основе автономных, индивидуализированных, взаимодействующих модулей.

В последние годы активно развиваются методология и методы эволюционного проектирования искусственных систем, лежащие на стыке теории проектирования и теории самоорганизации. Под эволюционным проектированием сложной технической системы понимается целенаправленная разработка процессов ее развития и изменения на основе аналогий с моделями природной эволюции. Чаще всего эволюционное проектирование предполагает использование при решении различных задач проектирования и оптимизации семейства различных компьютерных моделей эволюции, таких как генетические алгоритмы, эволюционные стратегии, генетическое и эволюционное программирование. Истоки некоторых эволюционных моделей и стратегий эволюционного проектирования прослежены в данной монографии.

В целом само распространение различных сетей порождает распределенный взгляд на мир. Например, развитие глобальной сети Интернет идет отнюдь не по заранее запланированному пути; приемлемое решение глобальных задач управления "всемирной паутиной" достигается за счет автономного решения отдельными частями сети своих локальных управленческих задач.

Таким образом, сегодня эволюционно возникающие искусственные системы – не редкость и не исключение. Их появление закономерно. Но эволюционный путь приводит к тому, что в таких системах в самой их сути заложена децентрализация управления. Хорошо это или плохо? На этот вопрос, разумеется, нельзя ответить однозначно. Заметим, что не только в технических, но и в экономических, социальных и политических системах эта проблема стоит весьма остро.

Важным шагом на пути создания систем децентрализованного управления является организация активного взаимодействия (и кооперации) подсистем в системе. Активное взаимодействие предполагает интенсивный обмен ресурсами (в том числе информацией) между подсистемами.

Следующий шаг связан с построением одними подсистемами моделей других подсистем на базе рефлексивных рассуждений. Такие рассуждения могут существенно улучшать управление в задачах типа синхронизации, а также при наличии противодействия со стороны окружающей среды.

Отличительной особенностью монографии "Оркестр играет без дирижера" является реализация ярко выраженного бионического подхода к исследованию искусственных систем, связанного с широким использованием биологических аналогий и, в особенности, терминов, принятых при описании структуры и функционирования биологических сообществ. Как известно, бионика есть прикладная область, имеющая целью практическое применение в технических системах биологических механизмов и принципов действия, которые природа "отработала" в ходе эволюции живых организмов. Авторы книги глубоко убеждены, что между органическим миром, созданным природой, и техническим миром, созданным людьми, имеется большое сходство. И это сходство не внешнее, а глубинное; некоторые черты его раскрыты в этой монографии.

Так, хорошо организованной большой биологической системой с децентрализованным управлением является биоценоз. По предложению знаменитого русского биолога Н.В.Тимофеева-Ресовского, обычно выделяются четыре основных уровня организации живой природы: уровень клетки, уровень организма, уровень популяции, уровень биоценоза. Так, на популяционном уровне элементами являются организмы (особи) определенного вида, промежуточными подсистемами – семьи и прочие группы особей, а целостная система называется популяцией. В свою очередь, на уровне простейшего биоценоза элементами являются населяющие его популяции, в случае ценозов более высоких уровней элементами являются ценозы предыдущих уровней, и так далее вплоть до биосферы в целом. Все виды животных и растений, входящие в биоценоз, связаны между собой вполне определенными балансовыми соотношениями. Каждый участник биоценоза решает свои локальные задачи по обеспечению собственной жизнедеятельности, а результатом решения этих локальных задач управления является достижение устойчивого существования биоценоза.

По аналогии на первых страницах книги авторы используют понятия "техносфера" и "техноценоз" (при этом они ссылаются на статью К.М.Завадского "К проблеме прогресса живых и технических систем"). Под техноценозами понимаются популяции искусственных объектов. Подобные популяции представляют собой совокупности слабо связанных между собой изделий, ограниченных в пространстве и во времени. Характерными примерами техноценозов являются крупные промышленные предприятия, отрасли, инфраструктура городского хозяйства, аэропорты и т. п.

Подобно биологическим сообществам – биоценозам, техноценозы заставляют "искусственные организмы", входящие в них, жить по законам, диктуемым всем сообществом. Отличительным признаком любого техноценоза является тот факт, что всю документацию на него собрать невозможно, что обусловливает необходимость эволюционного пути развития. В 1970–1980-е гг. большой вклад в развитие бионического подхода к техническим системам внес профессор Б.И.Кудрин, который предложил свою концепцию техноэволюции и стал использовать для ее описания хорошо известные в биологии понятия "вид", "экосистема", "генотип", "фенотип".

В первой главе вслед за формулировкой проблемы управления в рамках техноценоза или группы техноценозов В.И.Варшавский и Д.А.Поспелов описывают пример сложной искусственной системы, создаваемой эволюционным путем. Они делают важный вывод о том, что подобные системы не могут управляться централизованно, одним органом управления, а предполагают согласование действий различных взаимодействующих подсистем. Далее рассматриваются различные варианты взаимодействия, самоорганизации и кооперации подсистем при децентрализованном управлении. В заключительном параграфе первой главы авторы задаются вопросом "зачем нужна децентрализация в сложных системах?" и формулируют ряд важных аргументов в ее пользу.

В следующих главах на конкретных примерах обсуждаются ставшие классическими автоматные и игровые модели коллективного поведения. По сути, эти модели могут служить хорошим историческим введением в современную теорию агентов и их взаимодействий.

Вторая глава монографии "Просто ли существовать в сложном мире?" посвящена изложению базовых понятий и моделей теории коллективного поведения и управления. В основе ее лежит гипотеза простоты, высказанная М.Л.Цетлиным: "любое достаточно сложное поведение складывается из совокупности простых поведенческих актов". Последовательно изложены соответствующие автоматные модели: автомат с линейной тактикой М.Л.Цетлина, "доверчивый" автомат В.И.Кринского, "осторожный" автомат В.Ю.Крылова и др. Также описана модель автомата с переменной структурой, предназначенного для функционирования в динамических средах. В заключительном параграфе второй главы приведена общая концептуальная схема коллективного поведения автоматов, взаимодействующих со средой.

Третья глава "Согласованность без договоренности" начинается с замечательного примера ситуации коллективного взаимодействия – дележа территории на эксплуатационные участки детьми лейтенанта Шмидта, почерпнутого из романа И.Ильфа и Е.Петрова "Золотой теленок". Эта ситуация была формализована как игра n лиц (с эгоистичными игроками); на конкретных примерах были рассмотрены возникающие в ней устойчивые ситуации равновесия по Нэшу. В подобной игре, называемой игрой в размещения, выигрыш каждого участника коллектива определяется не только его индивидуальными действиями, но и действиями остальных членов коллектива.

Рассмотрим подробнее формальную постановку игры в размещения. Пусть имеется п автоматов одинаковой структуры, которые могут размещаться по т "кормушкам" с номерами 1, 2, ..., т (т > п). При этом каждой "кормушке" с номером i сопоставляется число a_i, называемое ценой "кормушки". Возможны две постановки задачи целесообразного поведения автоматов при игре в размещения: локальная и глобальная. При локальной постановке каждый из автоматов, участвующих в игре, ищет такое положение в "кормушках", при котором он достигает максимального выигрыша. При глобальной постановке ищется такое размещение автоматов по кормушкам, при котором достигается максимальный средний выигрыш, приходящийся на каждый играющий автомат.

Таким образом, локальная постановка соответствует целесообразности с точки зрения одного агента из сообщества, а глобальная – целесообразности с позиций всего сообщества в целом. Для достижения глобального целесообразного поведения М.Л.Цетлиным был введен принцип "общей кассы", при котором выигрыш каждого автомата образуется в виде среднего выигрыша, полученного всеми автоматами, участвующими в игре. При этом принцип "общей кассы" вводился извне, т. е. входил в исходную "конструкцию" игры, а не формировался самими автоматами в процессе игры.

В свою очередь Д.А.Поспелов рассмотрел такую структуру игры, когда общая касса может вводиться самими автоматами естественным образом в процессе игры. При этом конструкция автоматов, участвующих в игре, усложняется.

В следующем параграфе описана так называемая игра в распределения – игра Гура. В этой игре выигрыш игрока зависит лишь от распределения игроков по стратегиям и одинаков для всех участников.

Ключевое место в децентрализованных системах занимает распределение ограниченных ресурсов. Во второй главе эта проблема рассмотрена с позиций организации коллективного поведения потребителей ресурсов.

Далее в третьей главе рассмотрены различные способы введения неоднородности в коллектив автоматов (или агентов). При этом обосновывается идея лучшего функционирования неоднородных коллективов, решающих общую задачу в условиях децентрализации, по сравнению с однородными коллективами, поставленными в аналогичные условия.

Так, важную роль в организации коллективного поведения агентов может играть использование механизмов, имитирующих рефлексивные рассуждения людей. Авторами описано понятие ранга рефлексии автомата и показано, что при определенных распределениях этих рангов коллектив достигает устойчивых состояний. Подобно рангам рефлексии, введены ранги пессимизма-оптимизма, основанные на операциях конъюнкции и дизъюнкции в многозначных логиках; проведено моделирование эффективности коллективного поведения в зависимости от числа агентов-пессимистов, агентов-оптимистов и бесстрастных агентов.

В завершающем параграфе третьей главы рассмотрены модели саморегулирования численности агентов в коллективе, в частности автоматы с изменяемыми стратегиями и простейшие саморазмножающиеся автоматы. Показано, каким образом получение дополнительной информации может способствовать улучшению функционирования отдельного агента.

В третьей главе основное место занимал анализ сложных систем с не зависящими друг от друга (по крайней мере, в смысле условий срабатывания) подсистемами. В четвертой и пятой главах книги рассмотрены особенности децентрализованного управления в сложной системе при наличии временных зависимостей, определяющих порядок срабатывания ее подсистем.

В четвертой главе обсуждаются проблемы организации управления в сфере обслуживания. Рассмотрены понятия канала и системы обслуживания. Изложены элементы теории очередей, включая вопросы взаимодействия клиентов в очереди и установки приоритетов обслуживания. Даны примеры приоритетов обслуживания клиентов парикмахером, а также распределения мастером нарядов на производственном участке. В качестве базовых задач, иллюстрирующих ситуации выработки соглашений в процессе взаимодействия, приведены задача о жилищной комиссии М.Л.Цетлина и близкая ей задача о конкурсной комиссии. В результате приведены формальные модели децентрализованного согласования мнений.

Пятая глава посвящена анализу поведения коллектива во времени. Предварительно обсуждается, что такое синхронизация. Изложены задача Майхилла о цепи стрелков и варианты ее решения, предложенные Э.Гото и В.И.Левенштейном. На примере решения задач голосования продемонстрированы широкие возможности однородных структур. Рассмотрены примеры взаимодополняемости стратегий централизованного и децентрализованного управления при функционировании людей и роботов в различных средах.

Название последней, шестой главы настоящей монографии "Диалектика простого и сложного" созвучно названию последней главы книги "Науки об искусственном" Г.Саймона. В ней В.И.Варшавский и Д.А.Поспелов анализируют основные пути биологического развития – синтезогенез (усложнение путем объединения более простых органических систем в более сложные) и сегрегациогенез (дифференциация функций, выполняемых отдельными подсистемами, с последующим изменением структуры в интересах развития этих функций). На примере эволюции в сфере компьютерной техники авторы демонстрируют применимость этих механизмов развития в техносфере. Кроме того, ими проанализированы различные стратегии эволюционной адаптации: арогенез (расширение адаптационных возможностей системы), аллогенез (смена одной экологической ниши на другую), телогенез (глубинная адаптация к определенному состоянию среды за счет специализации).

В заключение авторы еще раз подчеркивают, что эволюция сетей связи, сетей обработки данных, многопроцессорных компьютеров, комплексных программных продуктов (а сегодня можно добавить – еще сети Интернет/Интранет) происходит в условиях децентрализованного управления. Но техническая эволюция творится целенаправленно.

Несколько слов об авторах книги.

Виктор Ильич Варшавский (1933–2005) – доктор технических наук, профессор, известный ученый в области кибернетики, крупный специалист в области теории автоматов, логических сетей и асинхронных электронных устройств, блестящий изобретатель.

Родился 23 февраля 1933 г. в Ленинграде в семье известного советского писателя-фантаста Ильи Варшавского. После окончания школы в 1951 г. поступил в Ленинградский институт точной механики и оптики (ныне Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики), который окончил в 1956 г. по специальности "Приборы управления стрельбой". С 1956 по 1959 гг. работал в должности инженера, а затем руководителя исследовательской группы ЦНИИ "Электроприбор" Министерства судостроительной промышленности. В конце 1959 г. был принят младшим научным сотрудником в Вычислительный центр Ленинградского отделения Математического института им. В.А.Стеклова АН СССР, где вскоре стал руководителем группы кибернетики. Позднее, в 1965 г., Вычислительный центр, в котором работал В.И.Варшавский, перешел в состав Ленинградского отделения Центрального экономико-математического института АН СССР (ЛО ЦЭМИ), а в начале 1970-х гг. – в состав Института социально-экономических проблем (ИСЭП).

Работе в системе Академии наук В.И.Варшавский отдал более 20 лет жизни, пройдя путь от младшего научного сотрудника до профессора, заведующего лабораторией. В 1962 г. в Ленинградском институте авиационного приборостроения он защитил кандидатскую диссертацию по специальности "Техническая кибернетика", а в 1970 г. – докторскую диссертацию по проблеме коллективного поведения автоматов.

В 1973 г. был избран профессором-совместителем по кафедре вычислительной техники Ленинградского электротехнического института (ЛЭТИ, ныне СПбГУЭТИ), где стал читать курсы по теории переключательных схем и теории автоматов. С этого года в течение 20 лет деятельность Виктора Ильича была связана с ЛЭТИ. В 1979 г. в ЛЭТИ была создана кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ, и с 1979 по 1993 г. В.И.Варшавский был профессором этой кафедры. С 1988 по 1993 г. Виктор Ильич Варшавский работал в должности научного руководителя, а также директора по научно-исследовательской работе Научно-исследовательского кооператива "Трасса", занимавшегося разработкой асинхронных систем по договорам с рядом институтов АН СССР и отраслевых НИИ.

В 1993 г. В.И.Варшавский вместе с группой своих учеников и соратников был приглашен на работу во вновь созданный международный университет города Айдзу-Вакамацу в Японии, где проработал до 2000 г. в должности профессора и заведующего лабораторией проектирования компьютерной логики. В 2002–2003 гг. В.И.Варшавский – заведующий отделом логического управления в фирме "Технологии нейронных сетей" (Тель-Авив, Израиль). Скончался 3 января 2005 г.

Виктор Ильич Варшавский сыграл заметную роль в становлении кибернетики и искусственного интеллекта в нашей стране. В начале 1960-х гг. он вместе с М.Л.Цетлиным начал проводить междисциплинарные зимние школы под Ленинградом, привлекшие представительную группу ученых, специализирующихся в математике, биологии, теории автоматов, коллективном поведении, распознавании образов, вычислительной технике, передаче информации и смежных областях. Тесную связь между этими проблемами М.Л.Цетлин и В.И.Варшавский почувствовали раньше других.

На заре своей научной карьеры он активно занимался исследованиями в области пороговой логики и искусственных нейронных сетей, где им были получены результаты, ставшие классическими. В начале 1970-х гг. В.И.Варшавский уже имел за плечами богатый опыт теоретических и прикладных исследований в таких областях, как пороговая и мажоритарная логика, однородные структуры, коллективное поведение автоматов. Последняя тема легла в основу докторской диссертации В.И.Варшавского.

Позднее интересы В.И.Варшавского сосредоточились на новой, мало исследованной тогда области – создании асинхронных электронных устройств и систем, в которых не используются "часы". Он явился одним из пионеров этого направления, что широко признано в "асинхронном сообществе" за рубежом.

В разные периоды своей научной деятельности он много работал над проблемами теории одного класса согласованных автоматов, известных как апериодические автоматы. Он был убежден, что развитие теории апериодических автоматов позволит реализовать новый подход к построению дискретных средств вычислительной техники и цифровой автоматики. В конце жизни он также вернулся к работам в области пороговой логики и искусственных нейронов.

С 1985 г. в течение ряда лет В.И.Варшавский был членом Научного совета по искусственному интеллекту Комитета по системному анализу при Президиуме АН СССР, а в 1990 г. он стал членом престижной международной ассоциации АСМ (Association For Computing Machinery).

В.И.Варшавский был блестящим схемотехником и изобретателем. У него было более 150 авторских свидетельств СССР, патентов Японии и США, заявок на патенты. Он был награжден Почетным знаком "Изобретатель СССР", а в 1988 г. – Золотой медалью ВДНХ за победу в соревновании на лучший проект по микроэлектронике.

Профессор В.И.Варшавский – автор, соавтор и редактор восьми книг, из которых пять посвящены асинхронике (три из них на английском языке), им написано более 150 статей. Одна из первых его известных работ "Некоторые вопросы теории логических сетей, построенных из пороговых элементов" была опубликована в книге "Вопросы теории математических машин" / Под ред. Ю.Я.Базилевского. М.: Физматгиз, 1962. К числу его основных книг относятся:

Варшавский В.И. Коллективное поведение автоматов. М.: Наука, 1973.

Варшавский В.И., Мараховский В.Б., Песчанский В.А., Розенблюм Л.Я. Однородные структуры. Анализ. Синтез. Поведение. М.: Энергия, 1973.

Апериодические автоматы / Под ред. В.И.Варшавского. М.: Наука, 1976.

Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах / Под ред. В.И.Варшавского. М.: Наука, 1986. Имеется английский перевод: Self-Timed Control of Concurrent Processes: The Design of Aperiodic Logical Circuits in Computers and Discrete Systems / Ed. by V.I.Varshavsky. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1990.

Kishinevsky M., Kondratyev A., Taubin A., Varshavsky V. Concurrent Hardware // The Theory and Practice of Self-Timed Design. N.Y.: J.Wiley, 1994.

Дмитрий Александрович Поспелов – крупнейший отечественный специалист в области информатики, основоположник исследований по искусственному интеллекту в СССР, доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, лауреат международной премии Дж.фон Неймана. Родился 19 декабря 1932 г. в Москве. Окончил в 1956 г. механико-математический факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. В 1964 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему "Решение некоторых проблем, возникающих при создании вычислительной системы с машиной-директор", а в 1977 г. – докторскую диссертацию, посвященную распределенным вычислительным системам. Им был создан аппарат ярусно-параллельных форм, позволивший ставить и решать многие проблемы, связанные с организацией параллельных вычислений в компьютерных сетях. На его основе в 1970-е гг. были решены такие проблемы, как синхронное и асинхронное распределение программ по машинам компьютерной системы, оптимальная сегментация программ, оптимизация информационных обменов. Развитие методов этой группы привело к формированию концепций новых спецпроцессоров баз знаний и логического вывода, использующих в качестве моделей представления знаний семантические сети, или фреймы. Эти концепции были успешно апробированы в международных проектах создания прототипов ЭВМ новых поколений ЛИВС (Логическая Информационно-Вычислительная Система) и ПАМИР (Параллельная Архитектура, Микроэлектроника, Интеллектуальный Решатель).

С 1956 по 1968 г. Дмитрий Александрович работал в Московском энергетическом университете, где помимо преподавательской деятельности активно занимался научными исследованиями в области теории вычислительных систем, многозначных логик, теории автоматов и теории игр.

В 1968 г. Д.А.Поспелов перешел в Вычислительный центр АН СССР (ныне ВЦ РАН), с которым оказалась связанной практически вся его дальнейшая научная деятельность. В 1972–1990 гг. работал также в должности профессора МФТИ, а в 1991–1993 гг. – профессора МИЭМ. В 1996–1998 гг. находился в командировке в Японии, где был приглашенным профессором Университета Айзу.

Спектр интересов и достижений Д.А.Поспелова в современной науке чрезвычайно широк. Наряду с И.Пригожиным, Г.Хакеном, А.Тьюрингом, М.Минским, Т.Виноградом, Л.Заде и несколькими другими всемирно известными учеными, он внес крупный вклад в становление современного научного мировоззрения, характеризуемого термином "постнеклассическая наука", и в развитие междисциплинарного движения, получившего с легкой руки Г.Саймона название "науки об искусственном". Блестящий ум и энциклопедическая память, широкая эрудиция и дух новаторства, присущие Дмитрию Александровичу, позволили ему успешно развивать ряд новых научных направлений. К их числу относятся ситуационное управление и прикладная семиотика (семиотическое моделирование), психоника (психология искусственных систем) и эвристика (наука о творческом мышлении), теория гиромата (предвосхитившая многие идеи и положения современной теории агентов) и теория распределенных систем. В частности, Д.А.Поспеловым был впервые в мире разработан подход к принятию решений, опирающийся на семиотические (логико-лингвистические) модели, который послужил теоретической основой ситуационного управления большими системами.

После прихода Д.А.Поспелова в ВЦ АН СССР главной областью его научной деятельности стал искусственный интеллект (ИИ), где исследования ученого быстро получили международную известность. Им разработана теория "наивных" псевдофизических логик, моделирующих рассуждения "здравого смысла" о времени, пространстве, действиях, каузальных цепочках и т.д., которая обеспечивает реализацию в интеллектуальных системах рассуждений о закономерностях физического мира и действиях в нем. Предложены варианты формализации нечетких квантификаторов, лежащих в основе человеческих рассуждений. Построены оригинальные модели диалога и понимания естественного языка искусственными системами. Введена формальная модель поступков, определяющих нормативное поведение. Развита теория оппозиционных шкал, являющихся образующими для моделей мира в различных предметных областях (в частности, разработаны основы нетрадиционной теории кольцевых шкал).

Дмитрием Александровичем Поспеловым была создана одна из самых сильных в нашей стране школ по ИИ. Так, к числу его непосредственных учеников из МЭИ и ВЦ РАН относятся крупные специалисты в этой области – доктора наук В.Н.Вагин, Г.С.Осипов, В.Ф.Хорошевский, кандидаты наук А.Н.Аверкин, А.Ф.Блишун, И.В.Ежкова, Л.В.Литвинцева и другие. Многие ученые не только из России, но и из других стран СНГ и дальнего зарубежья с гордостью считают себя выходцами из школы Д.А.Поспелова.

Вместе со своим однофамильцем академиком Гермогеном Сергеевичем Поспеловым, Дмитрий Александрович стоял у истоков официального признания ИИ как научного направления в нашей стране. Он вел большую научно-организационную работу в этой области, будучи заместителем председателя Научного совета по искусственному интеллекту Комитета по системному анализу при Президиуме АН СССР, заместителем председателя Секции "Искусственный интеллект" Научного совета по комплексной проблеме "Кибернетика" при Президиуме АН СССР, заведующим международной лабораторией ЮНЕСКО по искусственному интеллекту при ИПС РАН. Велика его роль в организации и осуществлении международного сотрудничества в области ИИ в рамках рабочих групп РГ-18 и РГ-22. Позже, уже в 1990-е гг., он внес решающий вклад в реализацию двустороннего российско-американского проекта в области прикладной семиотики.

Одним из главных достижений Д.А.Поспелова как организатора науки стало создание открытой, междисциплинарной научной среды, связанной с интенсивным формированием и свободным обменом идеями в процессе взаимодействия между различными научными школами, учебными и промышленными структурами. В мае 1989 г. Д.А.Поспелов стал инициатором объединения отечественных ученых и специалистов по ИИ в официальное сообщество, названное Ассоциацией искусственного интеллекта. Свыше семи лет он был ее Президентом, а в настоящее время является членом Научного совета Ассоциации.

С 1991 г. регулярно выходит в свет журнал "Новости искусственного интеллекта", основанный Д.А.Поспеловым.

Перу Дмитрия Александровича Поспелова принадлежит целая серия великолепных монографий по теории и истории ИИ, информатике, теории управления, а также ряду смежных дисциплин. Большинство из них появились в 1980-е гг., были переведены на иностранные языки и опубликованы за рубежом. Это "Мышление и автоматы" (1972) (совместно с В.Н.Пушкиным), "Большие системы. Ситуационное управление" (1975), "Логико-лингвистические модели в системах управления" (1981), "Фантазия или наука: на пути к искусственному интеллекту" (1982), "Ситуационное управление: теория и практика" (1986), "От амебы до робота: модели поведения" (совместно с М.Г.Гаазе-Рапопортом) (1987), "Представление знаний о времени и пространстве в интеллектуальных системах" (совместно с Е.Ю.Кандрашиной и Л.В.Литвинцевой) (1988), "Моделирование рассуждений" (1989), "Нормативное поведение в мире людей и машин" (совместно с В.А.Шустер) (1990). Конечно, надо упомянуть и ряд ранних монографий Д.А.Поспелова: "Логические методы анализа и синтеза схем" (1964), "Игры и автоматы" (1965), "Вероятностные автоматы" (1970).

В целом можно отметить, что многие идеи и модели, описанные в данной книге, оказываются сегодня вновь востребованными в контексте становления таких бурно развивающихся областей информатики и искусственного интеллекта, как распределенные и многоагентные системы, децентрализованный ИИ и искусственная жизнь, адаптивное поведение и теория коллективных решений, эволюционные стратегии и эволюционное проектирование. Наконец, совсем недавно появилась наука об интеллектуальных средах (английский термин Ambient Intelligence) – прямая наследница концепции искусственных сред и техноценозов. Эволюция продолжается!

Следует подчеркнуть, что монография "Оркестр играет без дирижера" написана замечательным языком и не требует от читателя специальной математической подготовки. Она может быть полезной специалистам в области информатики и искусственного интеллекта, системного анализа и теории управления, бионики и менеджмента, экономики и социологии. Ее можно смело рекомендовать всем, кто интересуется историей пионерских отечественных исследований в области коллективного взаимодействия, децентрализованного управления и эволюции сложных систем, их связями с современными подходами системного анализа, теориями агентов и МАС, методами эволюционного и генетического моделирования, возможными путями развития передовых интеллектуальных технологий.

Вместо предисловия

13 февраля 1922 года в Москве состоялось первое публичное выступление Персимфанса – Первого симфонического ансамбля Моссовета. Это выступление стало настоящей сенсацией для всех профессионалов и любителей музыки.

Дело в том, что Персимфанс исполнял музыку без дирижера. И не какие-нибудь легкие для коллективного исполнения сочинения. В его первой программе прозвучали такие серьезные музыкальные вещи, как Третья (Героическая) симфония Бетховена или концерт для скрипки с оркестром того же автора. И звучали они настолько слаженно и артистично, что профессионалы уходили после концерта в полном недоумении. Им казалось, что в игре Персимфанса есть какой-то трюк, фокус, кто-то скрытно дирижирует оркестром, создает то неповторимое исполнение, которое может обеспечить лишь воля дирижера. Ибо лишь дирижер способен дать свою, глубоко индивидуальную интерпретацию музыкального произведения, навязать динамику исполнения, синхронизировать партии различных инструментов, заставить огромный оркестр звучать слаженно. Именно поэтому обычно музыканты сидят на сцене так, чтобы видеть дирижера и следовать его указаниям.

А музыканты Персимфанса сидели совсем иначе. Струнные сидели, образуя полный круг (частично спиной к зрителям!), а духовые располагались в середине этого круга. Каждый музыкант видел каждого, ибо в Персимфансе каждый слушал каждого и всех, а все слушали каждого. Не было никакого трюка. Взаимодействуя непосредственно друг с другом, прекрасные музыканты, входившие в Персимфанс, легко обходились без дирижера.

Десять лет продолжались с неослабевающим успехом выступления Персимфанса, и все это время загадка этого оркестра интересовала и широкую публику, и специалистов. В рамках общей цели – достижения артистичного исполнения того или иного произведения, каждый музыкант реализовал наилучшим образом свою локальную цель, демонстрируя в полной мере свои профессиональные возможности. (Другим примером, возможно более близким некоторым читателям, может служить джазовый ансамбль, играющий в стиле диксиленд.) Таким образом, вместо централизованного управления, реализуемого дирижером, в Персимфансе восторжествовал децентрализованный способ управления. Этот способ реализовался за счет коллективного взаимодействия музыкантов, которое "порождало" процесс управления. Но как это происходило, оставалось непонятным, не укладывалось в четкие и формальные правила.

Подобная ситуация, когда сложные процессы развиваются не за счет централизованных воздействий, а за счет локальных взаимодействий их элементов, широко распространена в природе и в человеческом обществе. Она встречается гораздо чаще, чем это может показаться на первый взгляд. А, значит, вопрос о том, как рождается децентрализованное управление в результате коллективного взаимодействия элементов – куда глубже того, который возник у тех, кто стремился понять загадку Персимфанса, Ответ на него – одна из целей этой книги.

Авторы ее поставили перед собой задачу рассказать на популярном уровне о проблемах управления в сложных системах, которые в теории управления принято называть большими. В подобных системах часто приходится переходить от централизованного управления к децентрализованному. Это представляет собой как бы плату за сложность, присущую большим системам. Централизованное управление в них, как правило, неэффективно, а в ряде случаев просто невозможно. Но откуда берутся столь сложные системы? Не есть ли категория больших систем надуманной? Как мы постарались показать в книге, мир больших систем, окружающих человека, все время обогащается. Рост сложности искусственных систем, создаваемых человеком, происходит постоянно. Идет эволюционное развитие созданных ранее искусственных систем, в какой-то степени напоминающее эволюцию в мире живых организмов. Децентрализованное управление – закономерное порождение этой эволюции. И наша задача – убедить читателей в справедливости этих утверждений.

Об авторах

Известный ученый в области кибернетики, крупный специалист по теории автоматов, логическим сетям и асинхронным электронным устройствам, блестящий схемотехник и изобретатель. Доктор технических наук, профессор, автор более 150 статей, автор, соавтор и редактор восьми книг.

Дмитрий Александрович ПОСПЕЛОВ (род. в 1932 г.)

Крупнейший отечественный специалист в области информатики, основоположник исследований по искусственному интеллекту в СССР. Доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, лауреат международной премии Дж. фон Неймана. Автор серии монографий по теории и истории искусственного интеллекта, информатике, теории управления, а также ряду смежных дисциплин.