Умозаключения для конструирования подцелей

Ньюэлл и Саймон (Newell, Simon, 1972) представили общую модель решения проблем (GPS: General Problem Solver, Общий «Решатель» Задач), которая основывается на одной эвристике, позволяющей конструировать подцели. Этот метод состоит в том, что надо сделать перечень различий между исходной ситуацией и ситуацией-целью. Эти различия упорядочиваются и для каждого отыскивается оператор, действие которого позволяет ликвидировать это различие. Если имеется только один оператор, то нужно посмотреть, удовлетворены ли предварительные требования: если это так, надо приложить этот оператор, в противном случае, нужно сначала реализовать действия, позволяющие удовлетворить предварительные требования (см. Hoc, Nguyen-Huan, 1987; более детальное описание).

Именно эта эвристика является самой известной в искусственном интеллекте. В какой мере используется она испытуемым в ситуации решения проблем? В такой проблеме, как Ханойская башня, эта эвристика позволяет дедуцировать минимальный ряд перемещений.

Бирнес и Шпитц (Bymes, Spitz, 1979) показали, что если проблема с двумя дисками решается большинством детей, начиная с 8 лет, то проблема с 3 дисками не получает успешного решения в минимум ходов в 79% случаев у подростков в возрасте 14 лет (среди тех, кто решал ее впервые). Мы констатировали тот факт, что даже взрослые далеко не всегда решают эту проблему немедленно в минимум шагов. Это можно объяснить тем, что испытуемые не конструировали предварительные требования оператора (см. параграф по конструированию предварительных требований). Представляется, что эта эвристика используется взрослыми, имевшими опыт в данной ситуации: этот случай описан у Энзея и Саймона (Anzai, Simon, l979).

Является ли общей эта стратегия? Грино (Greeno, 1974) сравнил способ переработки с помощью GPS и поведение взрослых испытуемых при решении проблемы миссионеров и каннибалов (см. условия в Приложении). Состояния, наиболее сложные для испытуемых (там, где они делают наибольшее число ошибок и тратят больше всего времени для принятия решения), это:

1) где слева имеется 3 миссионера, 2 каннибала и одна лодка (правильное решение состоит в транспортировке двух каннибалов направо, с тем, чтобы иметь всех каннибалов справа);

2) где справа имеется 2 миссионера, 2 каннибала, а также лодка (правильное движение состоит в том, чтобы забрать 1 миссионера и одного каннибала на левый берег).

Эти два состояния оказались простыми для GPS (в терминах количества операций, которые надо реализовать с помощью программы). Трудность этих состояний для испытуемых объясняется тем, что они имеют неадекватную репрезентацию проблемы (Richard, 1989). Напротив, два состояния, образующие самую большую трудность для GPS (состояние с 2 миссионерами, 2 каннибалами и лодкой слева и состояние, где нет ни одного миссионера, два каннибала и лодка слева) оказываются очень простыми для испытуемых.

Представляется, что обратное конструирование подцелей, исходя из крайней цели, не является генерализованной эвристикой выполнения у испытуемых, за исключением тех ситуаций манипулирования, где предварительные требования действий известны. Оказалось, что в конкретном случае приложения базового механизма программирования действия (при наличие подцели, предполагающей предварительные требования), он порождает в качестве подцелей действия, позволяющие реализовать эти предварительные требования.

Когда предварительное требование действия еще не сконструировано (и если ситуация незнакома), то умозаключения, состоящие в определении подцелей, исходя из цели, продуцируются очень редко.

Дедуктивное конструирование подцелей, исходя из крайней цели, представляется исключительным случаем, который встречается только лишь, когда испытуемый имеет опыт в данной ситуации и предварительные требования действий ему знакомы. Конструирование подцелей чаще всего происходит индуктивно, исходя из опыта ситуации. Мы это покажем в той ситуации, где испытуемый с самого начала обладает всей информацией (необходимой для того, чтобы сделать эту дедукцию) и для того, чтобы сделать эту дедукцию, нужно предварительно получить опыт.

Это ситуация игры, которая обыкновенно называется «погоня за двадцаткой» (Grumbach et al., 1984; Grumbach et Nguyen—Xuan, 1985;

Richard, 1987; см. формулировку данной проблемы в Приложении).

Если сделать анализ проблемы, то можно заметить, что решение может быть получено чисто дедуктивным путем, не прибегая к игре. Рассуждение следующее:

- сначала надо спросить себя, при каких условиях можно сыграть 20. Дано, что это можно сделать только лишь прибавив 1 или 2, — для этого необходимо и достаточно, чтобы противник сыграл 18 или 19;

- затем надо спросить себя, можно ли заставить противника сыграть 18 или 19. Дано, что противник по правилам игры обязан прибавлять 1 или 2; нужно найти такое число, что если к нему прибавить 1 или 2, то получится 18 или 19. Это число, очевидно, равно 17;

- таким образом, можно заключить, что если играешь 17, то необходимо получишь 20; и если повторить в отношении 17 рассуждение, сделанное относительно 20, то обнаружится, что надо играть 2, 5, 8, 14, 17, 20.

Однако, только в исключительных случаях такое рассуждение наблюдается у взрослых испытуемых, не знакомых с этой игрой. Если бы это было так, то данная ситуация не была бы игрой. Какими путями испытуемые открывают, что для того, чтобы уверенно получить 20, надо сыграть 17?

Можно обнаружить следующие этапы:

- испытуемый играет 18 (или 19), он констатирует, что проигрывает и заключает, что надо избегать играть 18 или 19;

- испытуемый играет 19, чтобы избежать хода 18; он констатирует, что он проигрывает и заключает, что надо избегать ходов 18 и 19;

- в поисках, как же избежать ходов 18 или 19, испытуемый вынужденно играет 17 и констатирует, что он выиграл: он выдвигает гипотезу, что надо играть 17;

- на этом этапе он, в общем-то, еще не знает, что делая ход 17, он гарантирует себе ход 20. Для этого нужно сделать рассуждение, типа: если я играю 17, мой противник в силу необходимости должен играть 18 или 19, если он играет 18, я прибавляю 2, если он играет 19, я прибавляю 1.

Это рассуждение, предполагающее исчерпывающее сканирование возможностей, далеко не всегда делается непосредственно. Думается, что опыт является важным элементом в этом исполнении: для этого надо оказаться в состоянии игры, когда противник играет 17. В этом случае испытуемый ищет, как бы избежать 18 и 19: он обязан также, в силу необходимости действия, исследовать все возможности; он осознает, что нет иной возможности, кроме как играть 18 или 19 и заключает, что в таком случае он обязательно проигрывает. Ему достаточно затем, когда он оказался в ситуации, где должен играть 17, репродуцировать это рассуждение и применить к противнику то, что он констатировал в отношении самого себя.

Вовсе не обязательно этот путь очерчивает каждый из этапов решения, сделанных испытуемым (или этапы, о которых он сказал вслух): два этапа могут быть слиты в один, потому что дедукция может наступить без опоры на наблюдение. Но эта последовательность описывает процесс обнаружения решения, которым следуют многие испытуемые — дети, подростки и даже некоторые взрослые.