Текст книги "Инженерная эвристика"

С. Ёлкин. Я согласен с Ж. Жубером… интуитивно. Но ни разу не проверял истинность его утверждения! Давайте разделимся на два лагеря: защитников его утверждения и противников. И возьмем, какую-нибудь аксиому, ну например: «Через две точки можно провести только одну прямую». И теперь попробуем понять, как эта аксиома может исчезнуть, как мы её можем лишиться? Итак, высказывание Ж. Жубера – это факт или только поэтическое утверждение?

Д. Гаврилов. Этой аксиомы мы лишимся с утратой понятия прямой. Это идеальное понятие для гипотетического однородного неискривлённого пространства. Но прямых в реальности не существует. А раз нет прямых, нет и аксиомы о них.

С. Ёлкин. Речь не о том, что существует реально, а об однозначности понятий. «Лишите слова всякой неточности – и вы лишитесь даже аксиом». Что значит «лишите всякой неточности»? То есть сделайте точными! Однозначными! Точность и однозначность в данном случае синонимы. Что значит быть однозначным, то есть имеющим одно значение!

А. Трушечкин. Интересно! Иначе говоря, мы должны проверить, исчезает ли эта аксиома при исчезновении неточности в понятиях? А есть ли неточности в определении понятий «прямая» и «точка»? Обратимся к оригинальным определениям Евклида. Евклид определяет точку как «то, что не имеет частей», а прямую – как «длину без ширины». Действительно очень нечёткие понятия. В современной математике, например, не принято работать с такими нечёткими понятиями. Согласно более современной аксиоматике Гильберта и другим современным аксиоматикам геометрии, прямая и точка – это неопределяемые понятия.

Подход современной математики следующий: мы вводим понятия прямой и точки, но не определяем их, то есть не говорим, что есть точка и что есть прямая. Зато мы говорим, в какие отношения они могут вступать: точка может принадлежать прямой (соответственно, прямая – проходить через точку). Всё! Мы полностью абстрагировались от смысла понятий, мы просто указали формальные отношения между ними! Можно сказать, что математика занимается не столько самими объектами, сколько отношениями между ними!

Таким образом, в современной математике даже нельзя поставить вопрос, чётко или нечётко определены понятия прямой и точки – они вообще не определены! Кстати, и понятие «принадлежать» тоже не определено. Просто говорится, что прямая и точка могут вступать в такое отношение друг с другом. Полное абстрагирование от смысла, только работа с формальными отношениями.

С другой стороны, неопределяемые понятия не должны нас удивлять. К выводу об их существовании пришёл ещё Аристотель. Мы определяем одни понятия через другие, те понятия – через третьи и т. д. Рано или поздно цепочка должна закончиться. Она закончится на таких понятиях, которые мы уже не можем определить, а познаём интуитивно. Такие понятия Аристотель назвал «категориями».

Точка и прямая – безусловно, одни из подобных понятий. Мы их можем выразить немного другими словами, но это не есть определение в логическом смысле. Евклидово определение прямой как «длины без ширины» – это, видимо, именно дополнительное пояснение для нашей интуиции, а не логическое определение. Тогда сразу возникают вопросы, что такое «длина» и «ширина». Эти понятия уже сами связаны с геометрией, то есть с тем, что мы как раз и собираемся строить. Возникает замкнутый круг. Поэтому «длина без ширины» – это не логическое определение, а просто пояснение для нашей интуиции. Наверное, Евклид это понимал, особенно, если был знаком с трудами Аристотеля[102]102
  Аристотель (род. 384 до н. э.), а Евклид или Эвклид (род. ок. 300 г. до н. э.). Как видим, Евклид родился много позже и наверняка знал о трудах Аристотеля.


[Закрыть].

Неопределимы также и такие философские категории как «время», «пространство», «материя» и т. д. Это такие «первопонятия», кирпичики, которые мы познаём интуитивно, из опыта и на основе которых начинаем строить другие, более сложные понятия.

Евклид предпочёл дать какие-то пояснения понятиям «точка» и «прямая», а современная математика честно признаётся, что эти понятия неопределимы.

С. Ёлкин. Ну, давайте уж идти до конца! Это значит, и понятие «проходить» тоже не определено. То есть не определены все слова, из которых состоит аксиома! Вы утверждаете, что математика занимается отношениями, а понятие «отношение» определено? Нельзя слепо доверять классикам, хотя бы потому, что сами классики не доверяли своим предшественникам, тоже классикам. Кстати мне тоже можете не доверять, хотя я пока не классик!

А. Трушечкин. Да, совершенно верно, я об этом выше написал, что и сами отношения не определены. Просто постулируется, что они имеются. Не определены все слова, из которых состоит аксиома!

В аксиомах понятия не определяются, а вводятся. В аксиомах геометрии вводится, что есть такие понятия, как «точка» и «прямая», и между ними существует отношение принадлежности. Далее аксиомы фиксируют правила работы с этими понятиями, утверждения, связанные с ними. И дальше математик работает.

А наполнение всей этой абстрактной конструкции конкретным смыслом (из физики, из жизни) – это уже другой вопрос.

В современной математике принято различать язык и метаязык (язык над языком). Как сказано выше, аксиомы вводят определённый язык, с которым дальше можно работать, составлять на этом языке какие-то фразы, предложения. Но чтобы сформулировать эти аксиомы, мы уже должны на каком-то языке разговаривать. В данном случае это естественный язык – русский (мы), немецкий (Гильберт), древнегреческий (Евклид) и т. д.

Метаязык – это язык, с помощью которого вводится интересующий нас язык (язык геометрии). В дальнейшем понятия из языка и из метаязыка не должны смешиваться. Сформулировали по-русски аксиомы геометрии – а дальше, работая с геометрией, мы используем только понятия и правила языка геометрии. Именно в этом смысле математика – наука строгая и однозначная.

Так вот «отношение» в данном контексте – это слово из метаязыка. Иначе говоря, в данном случае оно не принадлежит самой математике (геометрии), а принадлежит русскому языку.

Хотя известно, что есть раздел математики «исчисление отношений». Здесь отношение становится уже математическим объектом. Если можно так выразиться, исчисление отношений занимается отношениями между отношениями!

С. Ёлкин. Скажите, если я начну вводить понятия геометрии на таукитянском языке, то вы поймёте и сможете развивать геометрию? Не будем затягивать, ответ очевиден… Нет!

То есть вам для формулировки строгой и однозначной математики нужен хоть какой-то, но язык, а он не может быть точным и строгим по своей природе. Отсюда считаю, что доказал утверждение Жубера об исчезновении аксиом. Либо аксиомы неоднозначны и нестроги, либо они лишены содержания. А вещь без содержания ничто.

Очень похоже на теорему К. Гёделя: «Либо математика не полна, либо противоречива». Для доказательства очевидной вещи Курт Гёдель написал том страниц на триста, а в конце концов всё равно использовал парадоксальное утверждение: «я (теорема) недоказуема».

А. Трушечкин. Метод математики: отгородиться от нестрогого естественного языка, создав (на этом языке) специфический узкий язык со строгими правилами и запретив дальнейшее примешивание нашего языка к математическим рассуждениям.

Жубер, с которого начался диспут, в сущности, сказал не то, что наш язык неоднозначен (это очевидно), а то, что если бы он был однозначным, мы бы лишились не только поэзии и эстетики, но даже и аксиом. Вопрос, как я понимаю, в том, смогли ли бы мы сформулировать аксиомы, если бы наш язык был однозначным? Например, писать стихи точно не смогли бы. Моё предположение: если б наш язык был однозначным, в аксиомах бы, возможно, не было нужды. Поэтому бы их и не было.

Гёделю как раз и потребовалось триста страниц, чтобы математически сформулировать теорему, утверждающую о собственной недоказуемости, доказать, что такая теорема в самом деле существует.

Пока мы пришли к выводу, что для формулировки аксиом, мы уже должны обладать нашим языком, который по своей природе неточный (иначе не было бы нужды в математическом подходе). И есть разница в утверждениях: «аксиомы неоднозначны и нестроги» и «аксиомы сформулированы на языке, который в принципе (!) допускает неоднозначность и нестрогость».

Если русский язык допускает нестрогость в принципе, это не значит, что она присутствует в любой фразе. Когда я говорю: «Я иду обедать», то здесь всё однозначно (по крайней мере, если есть соглашение о контексте). Также и с аксиомами: они вводят понятия, с которыми мы будем работать, и правила работы с ними. Сформулированы они однозначно, несмотря на то, что в других ситуациях язык может быть неоднозначным. Скажем так, русский (и любой другой естественный) язык – очень богатый, он обычно работает в «неоднозначном режиме», но допускает и специальный «однозначный режим». Математика – это и есть этот «однозначный режим».

С. Ёлкин. Что такое «специальный режим для русского языка»? Ни в одной книжке по лингвистике я не обнаружил какого-то особенного специального режима для русского или иного языков.

Уменьшение количества толкований слова или предложения или фразы задаётся, как вы сказали, контекстом. Контекст[103]103
  Здесь нашего читателя следует вернуть к разделу «Различение и неразличённость контекста».


[Закрыть] – штука плохо формализуемая, в противном случае задача машинного перевода была бы решена.

Например, фраза, которая долго висела на рекламных баннерах: «Время есть». Что это? «Время идти принимать пищу» или «ещё осталось немного времени»? Я задал контекст, уточняя в вопросе эту фразу. Но как я это сделал? Если изменить фразу: «Время поесть», то ясно, что пора покушать. Казалось бы, неоднозначность исчезла! Как бы не так! Кому пора, где пора, почему пора и т д. поесть? Ответа нет. Нет и однозначности. Теперь к аксиоме. Через одну точку можно провести бесконечное множество прямых. Где эта точка? Что за прямые? Кто может осуществить эту возможность и провести бесконечное множество прямых? Да и про какую геометрию вы вообще говорите? У одного Гильберта аксиом геометрии, если мне не изменяет память, двенадцать! Значит, эта аксиома допустима в очень большом числе возможных геометрий!

А. Трушечкин. Когда мы формулируем аксиомы, мы не интересуемся этими вопросами. Вот есть точка, а есть прямая, между ними существует определённое отношение, при обращении с этими тремя объектами надо соблюдать определённые правила. Сами правила сформулированы чётко. В этом смысле аксиомы чёткие и однозначные.

А откуда они взялись, что они означают, кто их может осуществить, где это всё находится и т. д. и т. п. – от этих вопросов мы абстрагируемся. От вопроса, какие ещё могут быть аксиомы, мы пока тоже абстрагировались. Сформулировали правила, с ними и работаем, а что можно было ещё массу разных правил придумать – это понятно. Но мы работаем с данными правилами.

Ещё пара замечаний. Можно провести аналогию между аксиоматическими системами и правилами, например, шахмат или шашек. Правила сформулированы на естественном языке, но тем не менее, правила однозначны.

Спрашивать: «Где эта точка? Что за прямые? Кто может осуществить эту возможность и провести бесконечное множество прямых?» – это всё равно, что в шахматах спрашивать: «Как мы прокормим коня?» А ещё лучше – целого слона! Мы не имеем права задавать вопросы, выходящие за пределы тех объектов и отношений между ними, которые зафиксированы в правилах.

В доказательство того, что шахматные правила сформулированы однозначно – я ни разу не слышал, чтоб на шахматных соревнованиях возникали вопросы, как можно ходить, а как нельзя! Да, обсуждаема неоднозначность, связанная с необходимостью записывать партию. Но это неоднозначность не шахматных правил, а правил проведения шахматных турниров, эти правила относятся уже к людям, а не к фигурам. По самим же шахматным правилам, то есть по вопросам, какие ходы на доске делать можно, а какие нет, как определяется победитель, исходя из позиции на доске, двузначностей никогда не возникало.

Так же и в математике: никогда не слышал, чтобы кто-то интерпретировал ту или иную аксиому двояко! Математики выясняют, является ли та или иная аксиоматика полной, непротиворечивой, независимой, разрешимой, но никогда не слышал, чтобы они обсуждали, как надо понимать какую-то отдельную аксиому! Так что аксиомы сформулированы однозначно.

А то, что существует множество геометрий – это аналог тому, что существует множество вариантов игры в шашки (включая «чапаевцев», когда шашки сбиваются с поля щелчком). Шашки и доска одни и те же (если не считать стоклеточных шашек), а правила могут быть разные. Но если мы зафиксировали правила, по которым мы играем, то всё однозначно.

С. Ёлкин. Это глубоко неверное представление! Именно глубоко! Такого рода заблуждения превращаются в препятствия на пути развития и техники и науки.

Сначала о шахматах. Как бы вы ни формулировали правила, если вы их дадите человеку который никогда в шахматы не играл, как это мы наблюдаем у детей, впервые севшими за доску, он будет натыкаться на всякие не описанные случаи. И тогда мы ему говорим: «Так не ходят». То же происходит, когда вводят новые правила, как в случае с блицтурнирами.

Итак. Что же определяет однозначность? Отвечаю.

Во-первых, наличие вполне конкретного в каждом конкретном случае объекта: шахматной доски и фигур (среди них нет живого слона, поэтому вопрос о его кормлении не обсуждается).

Во-вторых, конечно, наличие правил игры.

В-третьих, это практика игры, то есть практика применения правил очень многими игроками и судьями.

Всё вместе и есть тот самый контекст. Только бесконечный (или практически очень большой) контекст даёт нам однозначность, он позволяет отбросить варианты, все, кроме одного – правильного. Только всё вместе даёт однозначность поведения в игре и однозначность правоприменения.

Теперь о математике. Всё то же самое. Одна аксиома не обладает однозначностью. Что бы она стала однозначной, необходимы:

1. Все остальные аксиомы данной системы (именно поэтому у Евклида их пять, а у Гильберта двенадцать);

2. Общее понимание (трактовка, образы) исходных понятий;

3. Практика работы с образами, понятиями, аксиомами.

Всё это и есть математический контекст, снимающий неоднозначность и неточность аксиом. Эта логика может быть распространена и на любой иной контекст.

А. Трушечкин. Позвольте всё-таки с вами не согласиться! Я считаю, что в шахматах нет неописанных в правилах случаев. Ребёнок или новичок сразу все правила в голове не удержит, поэтому будет постоянно их нарушать, а мы со ссылкой на однозначные правила (!) будем ему говорить: «Так не ходят». Не вижу здесь проблемы. Если не согласны, то приведите, пожалуйста, пример какой-нибудь «неописанной ситуации».

С. Ёлкин. Пришлите мне канонические правила, и я найду в них дырки. Будет ли этим исчерпан вопрос? Но даже если бы представить, что я нашёл «дыру в правилах», а вы её заткнули и продолжили так поступать далее, пока я не исчерпался в своей фантазии, это не отвергает моих остальных утверждений, так как исчерпание моей фантазии только факт ограниченности моего ума.

Не думаю, что нужно привлекать и мастеров шахматной игры. Вот, особенно не напрягаясь:

«Правило 3.8. (а) Король может перемещаться двумя различными путями:

(i) ходить на любое примыкающее поле, которое не атаковано одной или более фигурами партнера. Считается, что фигуры партнера атакуют поле, даже в том случае, когда они не могут ходить…»

Не игравшему в шахматы человеку точно будет непонятно это правило в той части, где сказано: «Считается, что фигуры партнера атакуют поле, даже в том случае, когда они не могут ходить».

Мне, когда-то давно игравшему в шахматы человеку, пришлось поломать голову над этим правилом, чтобы понять. Предложите это правило новичку и убедитесь, что оно плохо сформулировано.

А. Трушечкин. Какая у нас задача? Сформулировать правила так, чтобы научить кого-то играть в шахматы, или сформулировать их максимально однозначно?

Я полагаю, вторая. Разумеется, если мы учим человека шахматам, то начинать надо не с официального текста ФИДЕ! Геометрии тоже начинают учить не с аксиом Гильберта. Это что, как-то доказывает неоднозначность аксиом? Просто методика обучения такая, не более.

Вы согласны, что правило, которое вы процитировали, сформулировано однозначно, не допускает двоякого толкования? Пусть и поломав голову, даже начинающий может однозначно понять, о чём оно говорит? Поломать голову надо не потому, что правило неоднозначное, а потому, что сложно сразу столько понятий удержать в голове.

А критерий, почему шахматные правила однозначны – мы можем запрограммировать их на компьютере (как это правило, «что фигуры партнера атакуют поле, даже в том случае, когда они не могут ходить»). Причём запрограммировать стандартными средствами (без всяких там нейронных сетей), которыми никакое «невербальное», «неформализуемое» знание не передашь. Если мы можем превратить эти правила в алгоритм для компьютера (не алгоритм игры в шахматы, а просто алгоритм проверки корректности каждого хода), то это и есть доказательство однозначности этих правил.

Мы начинаем учиться не с формальных правил – мы не компьютеры. Чтобы вы не сказали: «Вот именно тот факт, что нельзя начинать учиться с формальных правил, и доказывает неоднозначность и недостаточность этих правил, необходимость какого-то начального опыта», я привёл пример с компьютером: в компьютер вбиваются именно эти самые формальные правила, больше ничего. И он однозначно решает, можно ли так ходить или нет.

С. Ёлкин. Вы в своём предыдущем утверждении фактически льёте воду на мою мельницу: «Сначала мы учимся играть, а затем формулируем однозначно правила после того как:

1. Изучили конкретный объект доску и фигуры;

2. Научились играть (практика применения)

3. Сформулировали все – ВСЕ – правила».

Подчеркиваю, чтобы одно правило стало однозначным, нужно сформулировать все правила (все аксиомы, все продукции языка программирования), то есть замкнуть систему!!! Но и этого недостаточно. Нужно понимание объектов и практика применения. Фактически очень большое, практически бесконечное количество условий для снятия неопределённости <…>

Я хочу уточнить свою позицию. Это уточнение не противоречит тому, что я говорил, а, скорее, вытекает из него.

Я не утверждаю, что однозначность и точность вообще недостижимы.

Я утверждаю лишь, что всякое слово, словосочетание без контекста имеет бесконечное количество смыслов, или, что то же самое, не имеет ни одного.

Дальше средствами языка и методов познания мы можем снять неоднозначность.

При этом количество остающихся смыслов у выражения может сильно варьироваться.

Однако, наш язык и мышление столь совершенны, что могут локально свести число смыслов до одного единственного. Это и есть однозначность.

Для однозначности аксиомы необходим полный набор аксиом данной системы плюс общие для всех субъектов занимающихся этой системой набор образов, пусть даже и размытых, плюс опыт оперирования этими образами и аксиомами. Тогда гарантированно получим однозначность понимания для всех участников этого процесса сразу или после нескольких итераций уточнения. Но, как только появляется кто-то, у кого имеется несоответствие с общепринятым пониманием, так сразу возникают варианты трактовки. Однако коммуникация с другими участниками снимает эту неоднозначность.

Если бы однозначность не существовала вообще, то во-первых мы не смогли бы друг друга понимать, а во-вторых, это нарушает диалектический принцип: у каждого должна быть противоположность. У неоднозначности противоположность однозначность.

Казалось бы, всё ясно. Но вот тут-то и вылезает теорема Гёделя. Ибо выше было сказано, что нужна полная система аксиом. А как узнать, что она полная? А это значит, что про каждое утверждение в этой системе можно сказать, что оно либо истинно, вытекает из истинных по умолчанию аксиом, либо ложно, не вытекает из них.

А теорема Гёделя доказывает, что достаточно сложная система аксиом либо противоречива, либо не полна. Поскольку математике проще отказаться от полноты, чем от непротиворечивости, то признаётся факт неполноты. Отсюда следует, что с таким трудом достигнутая однозначность относительна и локальна, что совершенно не мешает также локально заниматься математикой, программировать и переводить сложные юридические документы на разные языки. Ибо всегда, что-то можно дополнить и исправить. И чем дольше и больше мы дополняем, тем меньше вероятность в ближайшее время столкнуться с новой проблемой.

Таким образом, смысл (однозначность) и «бесконечносмыслица» (неоднозначность) не абсолютны, а переходят друг в друга, не давая нам шанса закоснеть в наших догмах.

В том числе закоснеть в догме об однозначности аксиом и великом Гильберте, который создал нам временный рай, пока какой-нибудь новый Рассел не придёт и не выгонит из него всех поганой метлой.

А. Трушечкин. <…> Арифметика неполна (теорема Гёделя так и называется: «О неполноте формальной арифметики»), но это не мешает нам однозначно выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения и т. д.! Аксиомы арифметики – аксиомы Пеано – однозначны.

Ну а что не всю истину можно ими охватить – что ж, ну, значит, так. Но истина, которую мы можем охватить, – однозначна! Математические теоремы истинны для всех людей всех времён! Теоремы Евклида по-прежнему истинны и понимаются точно так же, хотя им уже более две тысячи лет, за прошедшие века не раз сменялась цивилизация.

То, что вы говорите про контекст и всё такое – в принципе, конечно, правильно, придраться не к чему, но пока нет конкретного примера какой-то неоднозначной ситуации (в каждом своём ответе я повторяю это пожелание), это для меня не очень убедительно.

Я привожу конкретные образы: я однозначно понимаю правила шахматных ходов, арифметического счёта, геометрических построений и т. д., не могу себе представить ситуации, чтобы что-то здесь было неоднозначно. Однозначные алгоритмы я умею воплощать на вычислительных машинах, которые тоже однозначно исполняют заданные им команды. Если вы утверждаете, что это просто следствие моего опыта, понимания контекста, так хорошо – приведите пример ситуации, неоднозначной для новичка, у которого никакого опыта нет. Но который, конечно, обладает логическим мышлением. Не математической логикой даже, а именно простым бытовым логическим мышлением.

Вот я и прошу пример ситуации: «Как только появляется кто-то, у кого имеется несоответствие с общепринятым пониманием, так сразу возникают варианты трактовки».

А что предложил бы наш читатель? Неужели он не сдавал коллоквиум по математическому анализу уже в первом семестре!?