Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде

Рассмотрены некоторые философские аспекты, связанные с научным поиском, при разработке современной теории катастроф. Обсуждаются аналогии при интерпретации процессов в сложных динамических средах. Анализ ведется на основе достижений в области интеллектуальных технологий и высокопроизводительных с...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Искусственный интеллект
Дата:	2013
Автор:	Нечаев, Ю.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України 2013
Теми:	Концептуальные проблемы создания систем искусственного интеллекта
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84978
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде / Ю.И. Нечаев // Искусственный интеллект. — 2013. — № 3. — С. 6–18. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859708721625563136
author	Нечаев, Ю.И.
author_facet	Нечаев, Ю.И.
citation_txt	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде / Ю.И. Нечаев // Искусственный интеллект. — 2013. — № 3. — С. 6–18. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Искусственный интеллект
description	Рассмотрены некоторые философские аспекты, связанные с научным поиском, при разработке современной теории катастроф. Обсуждаются аналогии при интерпретации процессов в сложных динамических средах. Анализ ведется на основе достижений в области интеллектуальных технологий и высокопроизводительных средств в рамках парадигмы обработки информации в мультипроцессорной вычислительной среде. Статья представляет собой сокращенный вариант исследования, представленного автором на Международном Форуме «World Forum-2013» в США. Розглянуті деякі філософські аспекти, пов’язані з науковим пошуком, при розробці сучасної теорії катастроф. Обговорюються аналогії при інтерпретації процесів у складних динамічних середовищах. Аналіз проводиться на основі досягнень у сфері інтелектуальних технологій та високовиробничих засобів у рамках парадигми обробки інформації у мультипроцесорному обрахунковому середовищі. Стаття являє собою скорочений варіант дослідження, представленого автором на Міжнародному Форумі «World Forum-2013» у США. Consideration some philosophical aspects connected to scientific search by development of the modern catastrophe theory. The analogies are discussed at interpretation of processes in complex dynamic environments. The analysis is conducted on the basis of achievement in the field of intelligence technologies and highperformance means in frameworks paradigm of processing of the information in multiprocessor computing environment. Clause represents the reduced variant of research submitted by the author on the International Forum «World Forum-2013» in USA.
first_indexed	2025-12-01T03:59:29Z
format	Article
fulltext	ISSN 1561-5359 «Штучний інтелект» 2013 № 3 6 1Н УДК 004.942 Ю.И. Нечаев НИИ наукоемких компьютерных технологий Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, Россия Россия, 196128, Санкт-Петербург, а/я 13, nechaev@mail.ifmo.ru Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде Yu.I. Nechaev Research intensive computing St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Russia Russia, 196128, St. Petersburg, p / 13. nechaev@mail.ifmo.ru Philosophical Aspects of Realization of Problems of the Modern Theory of Accidents in Integrated Dynamic Environment (Wednesday) Ю.І. Нечаєв НДІ наукоємних комп’ютерних технологій Санкт-Петербурзького національного дослідницького університету інформаційних технологій, механіки та оптики, Росія Росія, 196128, Санкт-Петербург, а/с 13, nechaev@mail.ifmo.ru Філософські аспекти реалізації проблем сучасної теорії катастроф в інтегрованому динамічному середовищі Рассмотрены некоторые философские аспекты, связанные с научным поиском, при разработке современной теории катастроф. Обсуждаются аналогии при интерпретации процессов в сложных динамических средах. Анализ ведется на основе достижений в области интеллектуальных технологий и высокопроизводительных средств в рамках парадигмы обработки информации в мультипроцессорной вычислительной среде. Статья представляет собой сокращенный вариант исследования, представленного автором на Международном Форуме «World Forum-2013» в США. Ключевые слова: современная теория катастроф, мультипроцессорная вычислительная среда, концептуальный базис. Consideration some philosophical aspects connected to scientific search by development of the modern catastrophe theory. The analogies are discussed at interpretation of processes in complex dynamic environments. The analysis is conducted on the basis of achievement in the field of intelligence technologies and high- performance means in frameworks paradigm of processing of the information in multiprocessor computing environment. Clause represents the reduced variant of research submitted by the author on the International Forum «World Forum-2013» in USA. Key words: the modern theory of catastrophes, multiprocessor computing environment, the conceptual basis. Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф… «Штучний інтелект» 2013 № 3 7 1Н Розглянуті деякі філософські аспекти, пов’язані з науковим пошуком, при розробці сучасної теорії катастроф. Обговорюються аналогії при інтерпретації процесів у складних динамічних середовищах. Аналіз проводиться на основі досягнень у сфері інтелектуальних технологій та високовиробничих засобів у рамках парадигми обробки інформації у мультипроцесорному обрахунковому середовищі. Стаття являє собою скорочений варіант дослідження, представленого автором на Міжнародному Форумі «World Forum-2013» у США. Ключові слова: сучасна теорія катастроф, мультипроцесорне обрахункове середовище, концептуальний базис. 1 Концептуальный базис современной теории катастроф В современных исследованиях и практических приложениях методов искусст- венного интеллекта (ИИ) особую актуальность приобретают системы поддержки при- нятия решений в чрезвычайных ситуациях на основе методов теории катастроф [1-23]. Поиск эффективных путей решения этой сложной проблемы привел к использо- ванию всего доступного арсенала методов и моделей, основанных на технологиях высокопроизводительных вычислений. Теоретическая база классических моделей катастроф совершенствуется в направлении изучения и применения для решения сложных проблем в науке, технике, образовании. С помощью моделей катастроф эффективно решаются задачи идентификации и прогноза, мониторинга и управления. Принципиальным достоинством применения методов теории катастроф в системах ИИ является возможность их реализации в мультипроцессорной вычислительной среде [9]. Это обеспечивает высокую производительность обработки информации в режиме реального времени. В отличие от традиционных вычислительных систем, методы теории катастроф открывают возможности формализации динамической базы знаний, обеспечивая при этом режим самонастройки вычислительной среды в зави- симости от полученных решений (рис. 1) [13]. Разработка и совершенствование концептуального базиса современной теории катастроф связаны с перестройкой научного знания в рамках своеобразного науч- ного полигона – это, прежде всего, эксперимент (математический и физический), возможность познать новые физические эффекты и закономерности. Рассматриваемые в настоящей статье методы и модели теории катастроф основаны на новых подходах к обработке и интерпретации информации, и представляют собой инструмент, допол- няющий современный арсенал средств моделирования сложных явлений на основе нетрадиционной вычислительной технологии [9-13]. ПАРАДИГМА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В МУЛЬТИПРОЦЕССОРНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ Принцип конкуренции Принцип формализации нечеткой информации Стандартные модели, построенные на основе методов классической математики Нестандартные модели, построенные на основе нейронечетких и эволюционных алгоритмов Логические модели, построенные на основе цепочек modus ponens и modus tollens. Логические модели, построенные на основе концепции нечетких систем Рисунок 1 – Парадигма обработки информации в мультипроцессорной вычислительной среде современной теории катастроф Нечаев Ю.И. «Искусственный интеллект» 2013 № 3 8 1Н Идея написания статьи такого необычного содержания была высказана в Ок- сфорде (Великобритания, 2012) в связи с вручением мне медали имени Альберта Эйнштейна за разработку современной теории катастроф и ордена как международ- ному эксперту – за вклад в развитие международного сотрудничества в области интел- лектуальных технологий ХХI века. При этом было подчеркнуто, что физические и математические аспекты проблемы автором, как математиком и инженером, разрабо- таны на высоком уровне. В то же время философские аспекты, по котором автор имеет третье образование – диплом философского факультета – оставлены без вни- мания. Предлагаемая статья – попытка связать физические эффекты в сложных дина- мических средах с общими фундаментальными проблемами развития современной компьютерной математики, интеллектуальных технологий и высокопроизводитель- ных вычислительных средств. Отдельные обобщения сделаны в рамках физико-фило- софских аспектов, связанных с формированием нового знания при построении моделей интерпретации чрезвычайных ситуаций. Значительная часть изложения посвящена практическим приложениям при контроле динамики нелинейных нестационарных объектов. Развитию исследований в этой области способствуют новые направления геометрической и аналитической интерпретации информации в сложных динами- ческих средах. 2 Новое знание и старый язык в постижении мира образов и понятий Разработка научных основ современной теории катастроф потребовала создания модели нового знания о сложных процессах и явлениях, описываемых в рамках такой интерпретации [13]. Старый язык исследования оказался мало пригодным для фор- мализации нового знания. Нужны новые фундаментальные представления о динамике сложных систем. Классическая механика И. Ньютона и электродинамика Д. Максвелла дошли до границы своей применимости: «Они запрещали существовать тому, что на- блюдалось в природе» [4], [18]. В задачах классической механики, рассматриваемых мир непрерывных процессов, не нашлось места для новой модели возникновения и развития «скачка» в поведении сложных систем. Наполненность мира всегда неоднознач- на, что требует новых знаний и новых подходов к интерпретации сложных явлений. С этой проблемой ранее столкнулись специалисты, занимающиеся исследованиями в области квантовой механики. В острых дискуссиях по этой проблеме принимали участие крупнейшие ученые, лауреаты Нобелевской премии: Нильс Бор, Альберт Эйнштейн, Э. Розерфорд, П.Л. Капица, Л.Д. Ландау и многие другие ученые, трудами которых заложен фундамент мировой науки [4]. Не менее острой была научная дискуссия по проблеме теории относительности, когда это новое знание не было воспринято в рамках старых представлений [4], [18]. Крылатая фраза, высказанная Э. Розенфордом во время этой дискуссии: «Верно, потому что это абсурдно», – до сих пор напоминает нам остроту мнений и должна явиться своеобразной «путеводной звездой» для тех, кто не может освободиться от старых представлений и воспринять новое знание, содержательность образа, факты и зако- номерности реальной действительности. При этом надо помнить, что стареет не проблема, а стареют ее решения [4]. На пути практических приложений методов современной теории катастроф в рамках общей проблемы развития научного знания, определяемого интеллектуаль- ными технологиями ХХI века, существует еще много фундаментальных вопросов, Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф… «Штучний інтелект» 2013 № 3 9 1Н ожидающих разрешения. Мы должны быть готовы к этим сюрпризам. При этом пусть каждый исследователь развивает собственные идеи, а полезные дискуссии и язык наших представлений, выработанный веками, помогут прояснить законномерности природы и постижимость мира образов и понятий. Глубинные философские разно- гласия отделяют обычно старшее поколение от более молодого, для которого проще освободиться от бремени доказательств и необходимости оглядываться назад. А когда философия становится психологией, через нее очень трудно переступить. Особен- но заметно такая тенденция проявляется в наше время, когда существует большой разрыв поколений исследователей в науке и образовании. Молодое поколение ока- залось в более счастливом положении, потому что охотно отказалось от предвзятых схем и, используя достижения компьютерной математики, легко освобождается от пу- таницы и беспорядка, возникающих при интерпретации сложных физических явлений на базе старого языка описания мира образов и понятий реальной действительности. Что же представляет современная теория катастроф? Возможны различные интерпретации этой теории в зависимости от рассматриваемой проблемы. Исходным является понятие множества, позволяющего определить все основные понятия новой интерпретации теории катастроф. В общем виде динамическую модель катастрофы можно представить в виде отображения [13]: Cat(D) = <Cat(B), Cat(E,DO), Cat(F,DO>, (1) где Cat(B) – бифyркационное множество, Cat(E,DO) – множество, определяю- щее взаимодействие динамического объекта (DO) с внешней средой (Е); Cat(F,DO) – множество, определяющее особенности ДО. Компоненты модели (1) должны быть предварительно изучены на базе матема- тического и физического моделирования. При этом определяющую роль при интер- претации сложных физических явлений и процессов играют наблюдения и накоплен- ный опыт. Учет сложности осуществляется в рамках теории сложности, требующей одновременного учета структуры модели и ее адекватности [13]. Для избежания затруднений выбора динамической модели в рамках отображения (1) используется принцип конкуренции: Сom(PR) = <ST, FLM, ANN>, (2) где ST – стандартная модель, описывающая ситуацию на основе достижений классической математики; FLM – модель, реализованная в рамках нечеткого логи- ческого базиса; ANN – нейросетевая модель. Выбор модели осуществляется на основе анализа альтернатив. Предпочтение отдается модели, удовлетворяющей принципу сложности [13] и позволяющей полу- чить искомое решение за выделенный интервал времени. Реализация принципа кон- куренции тесно связана с концепцией мягких вычислений (Soft Computing), находя- щей широкое применение при разработке современных технических приложений на основе интеллектуальных технологий [23]. 3 Проблемы и парадоксы реализации методов современной теории катастроф Пробиться в мир проблем, определяющих современную теорию катастроф, воз- можно только путем преодоления «непролазной трясины» математических описаний на базе данных наблюдений физических явлений. Основная причина – неопределен- Нечаев Ю.И. «Искусственный интеллект» 2013 № 3 10 1Н ность, которая должна быть уменьшена и оценена. Громоздкие и неразрешимые математические модели в условиях неопределенности представляют собой трудно- формализуемые задачи, исследование которых часто возможно только на базе гипотез и упрощающих предположений. В рамках физической интерпретации неопределенность нельзя полностью устранить, ее можно уменьшить и довести до нужного ограничения. Попытки поколебать принцип неопределенности принимались неоднократно, в том числе и во время острых дискуссий по проблеме квантовой механики [4]. Практика решения сложных научных проблем показывает, что классический взгляд на при- чинность не всегда одерживал победы из-за неуступчивости внутренних голосов, участвующих в дискуссии, и не было даже ни одной ничьей – законы природы неуступ- чивы. А когда философия становится психологией и сокровеннейшей искренностью, ее не переступить. Феномен причинности особенно остро проявился при создании кван- товой механики как эпохи бури и натиска по образному выражению участников дискуссии [4]. Проблемы и парадоксы всегда сопутствовали научному поиску и формиро- ванию научного знания. Не является исключением и современная теория катастроф [13]. Интерпретация сложного взаимодействия во многих моделях катастроф ведется в рамках гипотезы квазистационарности на основе фрактального анализа, энтропий- ного и вероятностного подходов. Введение гипотезы квазистационарности не является самоцелью, а стремлением сохранить достижения классической теории в рамках но- вой интерпретации. В то же время такой подход порождает проблемы прерывности и дискретности в сложных физических явлениях, требующих теоретических обобщений механизма взаимодействия. Формирование структур, раскрывающих не всегда выводимые связи и закономерности, вызывает много вопросов вследствие физического своеобразия и аналитического упрощения исследуемых явлений. При этом фрактальный анализ усиливает роль геометрической компоненты динамической модели катастроф, а энтропийный подход обеспечивает аналитическое отображение текущей ситуации в условиях значительной неопределенности. Наибольшие трудности вызывает вероятностный подход. В работе [21] подробно рассмотрены типичные парадоксы, связанные с реализацией вероятностного подхода при нормировании динамических характеристик морских объектов. В частности, возникающий при такой интерпретации парадокс «идеальных» норм свидетельст- вует о том, что гарантия безопасности любых, даже самых примитивных, критериев может быть сделана как угодно близкой к единице (идеальные нормы), но ценой ужесточения норм. Другим парадоксом вероятностного нормирования является парадокс нулевой вероятности. Действительно, вероятность потери остойчивости (опрокидывания) практически равна нулю (по данным мировой аварийной статистики вероятность опрокидывания составляет приблизительно 10 – 4 , т.е. соответствует диапазону риска при посадке вертолетов, скачках с препятствиями и спортивных автогонках), но это событие не является невозможным. Возникает парадокс, можно ли сравнивать «шансы» событий, имеющих нулевую вероятность. А также правомерно ли объединение собы- тий, имеющих нулевую вероятность, приводящее в конечном счете к вероятности, близкой к единице, т.е. сложение многих «ничего» дает в итоге «нечто». Много пара- доксов связано с применением законов распределения. Одна из особенностей обуслов- лена асимптотическими свойствами этих законов и заключается в нечувствитель- ности вероятностного критерия к большим изменениям аппликаты центра масс в области вероятности Р0→1. Другие особенности связаны с трансформацией законов Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф… «Штучний інтелект» 2013 № 3 11 1Н распределения на выходе динамической системы в зависимости от характера нелиней- ности и уровня действующих возмущений. Принципиальное значение имеет парадокс выбора пороговых значений Критериальных соотношений. Использование нечетких границ критериев приобретает важное значение в связи со случайным характером и неопределенностью исходной информации, на основании которой строится расчетная схема оценки поведения ДО. Немало парадоксов связано c компьютерной реализацией задач динамики сложного объекта. Любое статистическое решение, которое можно реализовать на компьютере, стало доступным для исследователей. В результате «устой- чивые» и многомерные методы с огромным числом операций вошли в повседневную практику без достаточного теоретического обоснования. Между тем, многие эмпири- ческие коллизии, используемые в статистической практике, можно обосновать с помо- щью робастных статистик, что в практике моделирования используется крайне редко. При разработке современной теории катастроф большое внимание уделяется проблеме неопределенности на примере приложения к морским исследованиям. В задачах математического описания и при разработке критериального базиса нор- мирования динамических характеристик судов используется классификация неопреде- ленностей [13]. По образному выражению Л.Д. Ландау «ввиду краткости нашей жизни мы не можем позволить себе роскошь заниматься вопросами, не обещающими новых результатов». Именно поэтому автор ограничился неопределенностями в рамках то- лько одного класса, оставив эту проблему, полную непреодолимых трудностей в других приложениях, на рассмотрение новых поколений исследователей. Приходят новые ученики, навсегда уходят старые учителя. Однако научный мир развивается по своим законам и все повторяется сначала. Бурное развитие науки в наши дни, использо- вание нетрадиционных методов вычислительной математики [5] и формального анализа в рамках концепции мягких вычислений [23] вызывают неоднозначное отноше- ние к этим направлениям развития вычислительной математики. В этих условиях не менее остро проявляется всевозрастающая трудность приспособления к новым идеям, когда способности специалистов критически осмысливать действительность опере- жают способности к конструктивным решениям. 4 Проблема «скачка» в динамической модели катастроф Взаимодействие ДО с внешней средой в моделях теории катастроф реализуется в пространстве и времени, с помощью которых отображается эволюция сложной сис- темы. В современной математике пространство определяют как множество объектов (геометрические фигуры, функции, состояния физической системы). Рассмотрение про- странства как общей онтологической категории связано с выбором базовой концепции пространства. Построение онтологии пространства предполагает определение мно- жеств пространственных примитивов и базовых отношений, а также задание струк- туры пространства – в виде аксиом, исходя из требований предметной области [13]. Важную роль в геометрической интерпретации текущих ситуаций методами теории катастроф играет пространство событий. Каждое событие характеризуется поло- жением – координатами х, у, z и временем t. Поэтому множество всевозможных событий оказывается четырехмерным пространством, где точка – «событие» – опре- деляется координатами х, у, z, t. Фазовое пространство при аналитической интер- претации событий – это совокупность всех возможных состояний динамической системы. Теоретическая база систем, реализующих концепцию современной теории ката- строф, формируется на основе эффективного сочетания накопленной системы знаний с Нечаев Ю.И. «Искусственный интеллект» 2013 № 3 12 1Н новыми подходами и парадигмами ИИ. Среди них важная роль принадлежит методам и моделям, обеспечивающим формализацию и интеграцию знаний, механизм логического вывода, поиск решений и выдачу практических рекомендаций в условиях неопределен- ности и неполноты исходной информации. Научное описание задачи должно быть непротиворечивым. Но как может удов- летвориться это научное требование, если в описании главное исходило из противо- речия. В философии это называется борьба противоположностей. Нелинейный мир так необычен, что в классическом описании этой необычности противоречивые образы и операции предстают как несовместимые. Язык познания сохраняет могущество от того, что классически несовместимые черты действительности не исключают, а сохра- няют, дополняя друг друга [4], [11]. Принцип дополнительности широко используется в научном поиске. Когда сознание ищет полноты отражения реальности, оно выводит на оценку взаимоисключающие картины явления и рассматривает их как дополни- тельные. Искусство способно напоминать нам о гармониях, лежащих за пределами систематического анализа. Этому в значительной степени способствуют современные компьютерные средства визуализации, особенно виртуальной реальности [17]. Именно поэтому в системах «жесткого» реального времени оператору предоставляются когни- тивные структуры, обеспечивающие быстрое и сжатое представление экстремальной ситуации в виде простых и легко интерпретируемых геометрических образов [2], [13]. Особенно сложными представляются задачи, где «господствуют скачки» (рис. 2). Пробиться в мир математического описания путем частных предположений и гипотез при формализации явления «скачка» в динамических средах совсем непросто и тре- бует привлечения достижений всего имеющегося арсенала средств и методов научных исследований, а часто большого ума и фантазии. Особенно сложно это при интерпрета- ции мало изученных и трудно прогнозируемых явлений и физических закономернос- тей, описывающих чрезвычайные ситуации. О возможных «прыжках» свидетельствуют модели потери устойчивости и прочности, рассмотренные в фундаментальных тру- дах по теории катастроф [3], [15], [22]. ПРОБЛЕМА "СКАЧКА" В ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Пространство и время Непрерывность и дискретность Иррациональность Транзитивность Детерминизм и стохастичность Рисунок 2 – Проблема «скачка» в динамических системах современной теории катастроф Явление «скачка» должно быть доступно при математическом описании. Однако в трудноформализуемых средах необходимо разработать физический механизм, часто соединяющий несоединимое – картину мира и абстрактный образ «скачка». Реали- зация этой парадигмы в современной теории катастроф достигается в виде адаптив- ной модели [13]. В процессе адаптации рассматриваются два типичных сценария раз- вития текущей ситуации динамики взаимодействия с помощью фрактальной геометрии: Frac(S,t) → Ω(Stab,t), Frac(S,t) →Ω(Cap,t), (3) Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф… «Штучний інтелект» 2013 № 3 13 1Н характеризующие устойчивое и неустойчивое состояния динамической системы (возникновение скачка в поведении системы за счет резкого изменения структуры внешнего возмущения). Первый сценарий соответствует случаю стабилизации ситуа- ции в процессе движения ДО к целевому аттрактору (стабильное состояние системы Ω (Stab,t)), второй – потере устойчивости (возникновение катастрофы Ω(Cap,t)). Вводя идею скачков в современную теорию катастроф, надо попытаться опи- сать их во времени и пространстве. Определяя вероятности фазовых переходов, следует разработать единую систему представлений этого необычного явления. Однако такого представления в динамике нелинейных нестационарных систем пока не сформули- ровано. Изучая динамику сложных систем, где господствуют «скачки», исследователи были вынуждены создавать равноправные механизмы взаимодействия, но каждый отдавал предпочтение только своей схеме. В результате сравниваемые алгоритмы, построенные на разных математических языках, представляли ситуацию, в которой слабо согласуется расчет и эксперимент. Ярким примером «скачка» служит экспериментально установленный факт по- падания динамической системы в «потенциальную яму» при определенной частоте взаимодействия и уровне внешних возмущений. Однако такие сравнительно простые явления достаточно хорошо изучены в прикладных исследованиях и могут быть описаны с помощью математических моделей теории нелинейных систем. Другое дело, когда приходится сталкиваться с чрезвычайной сложностью и ненаблюдаемостью скачкообразных феноменов, требующих изменения традиционных представлений о изучаемом явлении. Как в единой модели отобразить все возможные варианты «скачков»? Еще мыслители древности указывали на необходимость величайшей осторожности в присвоении атрибутов, выраженных на языке повседневной жизни. Это означает, что мы должны разговаривать о самых глубинных явлениях природы на языке научного опыта с предельной и мудрой осмотрительностью, всегда пом- нить о диалектическом единстве несовместимых представлений. Никакими общими соображениями нельзя привести к согласию расходящиеся точки зрения на природу «скачка» и порождающих его внутренних механизмов. Проблема иррациональности подразумевает невыразимость с помощью обычной логики. Так уж устроен мир научного поиска, в котором выделяют цепочки событий (поиск новых форм): Search(Q,N,F) = <C, R, U, J>, (4) определяющие причинность C, случайность R, непрерывность U, «скачок» J. В результате физика превращалась в философию и необходимо было навсегда прощаться с подходами вековой философии – классическим детерминизмом. Непрео- долимость «скачков» не оставляла надежд на плавно-причинное описание физических явлений в сложных задачах, когда ситуации реализуются под девизом: или сразу все (переход системы в устойчивое состояние), или вообще ничего (сохранение прежней устойчивости). В соответствии с законом эволюционного «скачка» в процессе развития нашей цивилизации в рамках интеллектуальных технологий ХХI века обеспечивается фазовый переход к искусственному разуму, что потребует кардинальных изменений по всем направлениям человеческой деятельности. В этих условиях человек получит мощное увеличение его эволюционного потенциала, ибо следуя Норберту Винеру: «Настоящей наукой можно заниматься в обществе, построенном на иных принципах, чем купля – продажа…». 5 Физические эффекты и проблемы математического описания Выявление физических закономерностей изучаемых явлений при разработке совре- менной теории катастроф осуществляется на базе концепции Data Mining [17]. В рамках Нечаев Ю.И. «Искусственный интеллект» 2013 № 3 14 1Н такой интерпретации выделяются «скрытые» знания, определяющие события, в наиболь- шей степени, определяющие поведение исследуемого ДО (рис. 3). В практике научных исследований нередко отмечались теоретически необоснованные, но наблюдаемые факты и закономерности. ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ Дифракция и интерференция Динамика взаимодействия Начальные условия Проблема сложности и неопределенность Проблема реального времени Рисунок 3 – Физические эффекты и проблемы математического описания задач современной теории катастроф С этими парадоксами автор столкнулся при исследовании поведения судна на попутном волнении. Математические модели и критериальный базис нормирования этой экстремальной ситуации разрабатывались в рамках гипотезы А.Н.Крылова, сформулированной в конце 19 столетия и положенной в основу теории качки судов на волнении. Справедливость этой гипотезы более 50 лет неоднократно проверялась на практике, а используемые модели были адекватны реальным ситуациям, наблю- даемым при эксплуатации судов. Однако прошли годы, появились новые типы судов, режимы движения которых характеризовались значительно более высокими числами Фруда. Оказалось, что влияние неучтенных факторов – дифракции и интерференции корабельных и набегающих волн – может приводить к существенным расхождениям теории и практики [17], [21]. Физические эксперименты, проведенные автором, показали настолько большое расхождение теории и эксперимента (100% и более), что большинство специалистов не поверили в этот результат. Дискуссия, в которой участвовали практически все ведущие специалисты и научно-исследовательские лаборатории развитых стран, продолжалась в течение нескольких лет. В результате был экспериментально подтвержден установленный факт интер- ференции, разработанная модель взаимодействия давно используется в научных исследованиях и практике проектирования, а в настоящее время принята в качестве эталонной модели при тестировании программных систем оценки динамики судна на волнении, в том числе и при реализации модифицированного уравнения Матье в теории катастроф [13]. Этот пример красноречиво подтверждает известное утверждение о том, что «никаким количеством математических экспериментов нельзя доказать теорию, но достаточно одного физического эксперимента, чтобы ее опровергнуть». Никакими общими соображениями нельзя привести к согласию расходящиеся точки зрения. Парадокс заключается в том, что в принципе возможна ситуация, когда точки зрения расходятся до полной несовместимости, тогда и может оказаться, что только вместе они дают истинную картину знания. Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф… «Штучний інтелект» 2013 № 3 15 1Н Примером такого парадокса является создание квантовой механики в эпоху «бури и натиска», как ее называли участники дискуссии [4]. Дискуссия показала, что развязка кризиса не проходит до тех пор, пока лежащие в основе противоречия не достигают предельно возможной для них остроты. В теории катастроф также возможны подобные ситуации, когда приходится вести научный поиск в условиях полной неопределенности, физический механизм которого может соединять несоединимое – картины сложного и малоизученного взаимо- действия. Ищущий экспериментатор – творческая душа, всегда понимает, что новым идеям гораздо труднее родиться, чем потом повзрослеть. История науки насчитывает слишком мало примеров, когда теоретическая мысль «смелыми набегами» добива- лась скрупулезной законченности в пионерской работе [4]. При построении математического описания задачи методами современной теории катастроф возникает проблема начальных условий. В прикладных задачах динамики корабля эта проблема имеет принципиальное значение, особенно в условиях неопределенности внешнего возмущения. В такой ситуации гораздо проще организовать вычислительный процесс в рамках обратной задачи. Действительно, на обратном конце задачи мы имеем более определенные усло- вия потери устойчивости движения системы. Адаптивный алгоритм, обеспечивающий решение этой задачи на основе метода функционала действия [10], позволяет осуществлять оценку потери устойчивости движения и строить соответствующие диаграммы оперативного контроля ситуации в динамической модели катастроф [13]. Проблема математического описания задачи в современной теории катастроф снижается за счет новых интерпретаций поведения динамических систем в рамках принципа конкуренции [9]. Ярким примером новых вычислительных технологий обработки информации является использование искусственных нейронных сетей (ИНС). Нелинейное преобразование информации и массовый параллелизм позволили с помощью ИНС решать сложные задачи анализа и прогноза поведения динамических систем при различном уровне внешних возмущений, а реализации интегрированных ИНС и ансамблей ИНС можно рассматривать как «Музыкальный аккорд» при решении задач идентификации экстремальных ситуаций в бортовых ИС. Многим до сих пор кажется, что это «игра в математику». Но эта игра уже дает реальные практические результаты при управлении по- садкой летательных аппаратов корабельного базирования и в задачах мониторинга катастрофических явлений [2], [17]. 6 Проблемы измерений и высокопроизводительных вычислений при физическом эксперименте Проблемы и парадоксы современной теории катастроф могут возникать при ин- терпретации данных динамических измерений. Во многих случаях именно эти данные определяют функционирование сложных систем мониторинга катастрофических яв- лений. Сложность проблемы, неполнота и неопределенность исходной информации о поведении системы «внешняя среда – ДО» приводят к необходимости разработки вычислительной технологии, обеспечивающей обработку данных в режиме реального Нечаев Ю.И. «Искусственный интеллект» 2013 № 3 16 1Н времени с помощью высокопроизводительных вычислительных средств. Основная роль в этой технологии принадлежит данным динамических измерений, поступаю- щим от датчиков бортовой измерительной системы [2], [8], [17]. В бортовых ИС реализуется принципиально новый тип измерительного процесса. На каждом его этапе осуществляется выработка оптимальной стратегии измере- ний и интерпретация результатов на основе функциональной и метрологической обработки измерительной и априорной информации. Этот подход особенно важен в задачах идентификации ситуации и оперативной оценки динамических характеристик исследуемого объекта [2], [8], [17]. Примером парадокса при обработке измерительной информации служит прос- тая формула алгебры квадратных матриц [4], в которой не всегда действителен закон А•В=В•А (перестановка умножения): А•В ≠ В•А. (5) Очевидно, что А и В не могут быть числами, а некоторыми символами. Так, если рассматривать А и В как результат операции измерения, то указанная последовательность будет существенно зависеть от того, как эксперимент со своими погрешностями и техникой измерений реализуется в исследуемой физической системе. Но эти измеренные величины существуют до измерения. И если при двух операциях А и В эксперимент по-разному вторгается в сис- тему – совсем не безразличен порядок этих величин. Если результат зависит от порядка двух операций, возникает парадокс их одновременной проверки. Неравенство (5) определяет закон соотношения неопределенностей и клас- сической причинности: если однозначно доказано, что неопределенности неустра- нимы, то однозначного хода событий в глубинах материи действительно нет [4]. Многие коллизии при обработке экспериментального материала в рамках клас- сической математики связаны с проблемой транзитивности в условиях неопределенности. Эта проблема определяет свойство величин, состоящее в том, что если первая величина сравнима со второй, а вторая с третьей, то первая сравнима с третьей, т.е, если а=b и b=c, то а=с. Использование теории нечетких систем позволяет в значительной степени упрос- тить интерпретацию экспериментальных данных и снизить эффект неопределенности, вызванный погрешностями измерений [17]. В отличие от бортовых ИС, стационарные системы, обеспечивающие Мони- торинг чрезвычайных ситуаций, являются более громоздкими и требуют новых под- ходов к организации вычислительного процесса (рис. 4). ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Кластерные системы Суперкомпьютерные системы ГРИД-системы "Облачные" вычисления Рисунок 4 – Высокопроизводительные вычисления при реализации современной теории катастроф Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф… «Штучний інтелект» 2013 № 3 17 1Н Перспективные решения этой проблемы могут быть достигнуты на базе клас- терных и суперкомпьютерных систем, а также грид-технологий [12] и сред «облачных» вычислений [6], [19], [20]. Последние конфигурации обеспечивают вычислительный процесс в рамках сер- висной архитектуры. При этом «облачная» среда реализует сложное преобразование информации на уровне информационной, функциональной и аппаратной конфи- гурации [6], [19], [20]. Заключение Настоящая статья – первый шаг физико-философского осмысления проблемы современной теории катастроф в задачах прикладных исследований. На базе теоретических результатов, сформулированных с целью интеграции геометрической и аналитической компонент при интерпретации текущих ситуаций в сложных динамических средах, сформулирована динамическая модель катастроф, принципиально отличная от моделей катастроф, развитых в работах Р. Тома [22] и его последователей. При изложении материала основное внимание обращается на формулировку основных принципов, методов и моделей, определяющих это новое научное знание. Акцент сделан на интерпретацию наиболее сложных физических явлений и задач в области динамики корабля – нелинейных нестационарных систем, описывающих пове- дение исследуемого объекта при взаимодействии с внешней средой. Именно в этих явлениях в наибольшей степени проявляются проблемы и парадоксы описания ма- тематических моделей и явления «скачка». В заключение хотелось высказать пожелание, чтобы в процессе дискуссии по проблеме современной теории катастроф в различных научно-технических прило- жениях было достигнуто единомыслие по основным принципиальным вопросам ее развития. В противном случае возникнет та же ситуация, что и в квантовой механике, когда для противоборствующих сторон достижение единомыслия было возможно только ценой «философской капитуляции», а философия – это последнее, что ка- питулирует в мыслящем человеке. Ограниченная причинность образов и понятий, рожденных повседневным опытом человечества, не уменьшала могущества разума в познании глубин природы, а новое знание нельзя выражать на старом языке наших представлений. Литература 1. Арнольд В.И. Теория катастроф / Арнольд В.И – М. : Наука, 1990. 2. Бортовые интеллектуальные системы. – Часть 1 : Авиационные системы ; Часть 2 : Корабельные системы. – М. : Радиотехника, 2006 ; Часть 3 : Системы корабельной посадки летательных аппаратов. – М. : Радиотехника, 2008. 3. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф : в 2-х кн. / Гилмор Р. – М. : Мир, 1984. 4. Данин Д. Нильс Бор / Данин Д. – М. : Молодая гвардия, 1978. 5. Клайн М. Математика. Утрата определенности / Клайн М. – М. : Мир, 1985. 6. Коваленко О.С. Обзор проблем и состояний облачных вычислений / О.С. Коваленко // Ин- форматика, вычислительная техника и инженерное образование. – 2011. – № 1 (3). – С. 48-57. 7. Лазарев В.Л. Эволюция систем контроля и управления с позиций информационно-энтропийной теории / В.Л. Лазарев // Сборник докладов Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям : SCM’2005. – Т. 1. – Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – С. 33-41. 8. Нейрокомьютеры в интеллектуальных технологиях ХХI века. – М. : Радиотехника, 2012. Нечаев Ю.И. «Искусственный интеллект» 2013 № 3 18 1Н 9. Нечаев Ю.И. Математическое моделирование в бортовых интеллектуальных системах реального времени / Ю.И. Нечаев // Труды 5-й всероссийской научно-технической конференции : «Ней- роинформатика – 2003». – М. : МИФИ, 2003. – Часть 2 : Лекции по нейроинформатике. – С. 119-179. 10. Нечаев Ю.И. Высокопроизводительные вычисления на основе принципа конкуренции с ис- пользованием вероятностно-асимптотических методов структурирования данных / Ю.И. Нечаев, Дубовик С.А. // Морской вестник. – 2003. – № 2 (6). – С. 95-100. 11. Нечаев Ю.И. Нелинейная динамикa и парадигмы вычислений при анализе экстремальных ситуаций // Материалы международной конференции «Леонард Эйлер и современная наука» / Ю.И. Нечаев. – Российская академия наук. Санкт-Петербург, 2007. – С. 385-390. 12. Нечаев Ю.И. Концепция и методологические основы создания интеллектуального базиса грид- систем / Нечаев Ю.И., Бухановский А.В., Васильев В.Н. // Научно-технический вестник Санкт- Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. – 2008. – № 54. – С. 13-28. 13. Нечаев Ю.И. Теория катастроф: современный подход при принятии решений / Нечаев Ю.И. – Санкт-Петербург : Арт-Экспресс, 2011. 14. Пайтген Х.-О. Красота фракталов / Х.-О. Пайтген, П.Х. Рихтер. – М. : Мир, 1993. 15. Постон Т. Теория катастроф / Т. Постон, И. Стюарт. – М. : Мир.1980. 16. Синергетическая парадигма. Многообразие поисков и подходов. – М. : Прогресс – Традиция, 2000. 17. Системы искусственного интеллекта в интеллектуальных технологиях ХХI века. – Санкт-Пе- тербург : Арт- Экспресс, 2011. 18. Эйнштейн и современная физика : сборник. – М. : ГИТЛ, 1956. 19. Defining the Cloud Computing Framework // Cloud Computing Jornal [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://cloudcomputing,sys-con.com/node/811519 20. GTSI Cloud Computing Maturity Model [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http:// www.gtsi.com/sms/documents/White-Papers/Cloud-Computing.pdf 21. Nechaev Yu.I. Standardization of stability Problems and perspectives / Yu.I. Nechaev // Proc. of 6 th international conference on stability of ships and ocean vehicles STAB-97. – Varna, Bulgaria. – 1997. – Vol. 2. – Р. 39-45. 22. Thom R. Catastrophe theory: Its present state snd future perspectives / Thom R. // Dynamical systems. – Warwick. 1974. – Berlin – Heidelberg – New York Springer Verlag. Lecture Notes Math. V. – P. 366-372. 23. Zadeh L. Fuzzy logic, neural networks and soft computing / L. Zadeh //Соmmutation on the ASM- 1994. – 1994. – Vol. 37, № 3. – Р. 77-84. RESUME Yu.I. Nechaev Philosophical Aspects of Realization of Problems of the Modern Theory of Accidents in Integrated Dynamic Environment(Wednesday) Consideration some philosophical aspects connected to scientific search by development of the modern catastrophe theory. The analogies are discussed at interpretation of processes in complex dynamic environments. The analysis is conducted on the basis of achievement in the field of intelligence technologies and high-performance means in frameworks paradigm of processing of the information in multiprocessor computing environment. Clause represents the reduced variant of research submitted by the author on the International Forum «World Forum-2013» in USA. Статья поступила в редакцию 03.04.2013.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84978
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1561-5359
language	Russian
last_indexed	2025-12-01T03:59:29Z
publishDate	2013
publisher	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
record_format	dspace
spelling	Нечаев, Ю.И. 2015-07-17T18:59:22Z 2015-07-17T18:59:22Z 2013 Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде / Ю.И. Нечаев // Искусственный интеллект. — 2013. — № 3. — С. 6–18. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84978 004.942 Рассмотрены некоторые философские аспекты, связанные с научным поиском, при разработке современной теории катастроф. Обсуждаются аналогии при интерпретации процессов в сложных динамических средах. Анализ ведется на основе достижений в области интеллектуальных технологий и высокопроизводительных средств в рамках парадигмы обработки информации в мультипроцессорной вычислительной среде. Статья представляет собой сокращенный вариант исследования, представленного автором на Международном Форуме «World Forum-2013» в США. Розглянуті деякі філософські аспекти, пов’язані з науковим пошуком, при розробці сучасної теорії катастроф. Обговорюються аналогії при інтерпретації процесів у складних динамічних середовищах. Аналіз проводиться на основі досягнень у сфері інтелектуальних технологій та високовиробничих засобів у рамках парадигми обробки інформації у мультипроцесорному обрахунковому середовищі. Стаття являє собою скорочений варіант дослідження, представленого автором на Міжнародному Форумі «World Forum-2013» у США. Consideration some philosophical aspects connected to scientific search by development of the modern catastrophe theory. The analogies are discussed at interpretation of processes in complex dynamic environments. The analysis is conducted on the basis of achievement in the field of intelligence technologies and highperformance means in frameworks paradigm of processing of the information in multiprocessor computing environment. Clause represents the reduced variant of research submitted by the author on the International Forum «World Forum-2013» in USA. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Искусственный интеллект Концептуальные проблемы создания систем искусственного интеллекта Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде Філософські аспекти реалізації проблем сучасної теорії катастроф в інтегрованому динамічному середовищі Philosophical aspects of realization of problems of the modern theory of accidents in integrated dynamic environment Article published earlier
spellingShingle	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде Нечаев, Ю.И. Концептуальные проблемы создания систем искусственного интеллекта
title	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде
title_alt	Філософські аспекти реалізації проблем сучасної теорії катастроф в інтегрованому динамічному середовищі Philosophical aspects of realization of problems of the modern theory of accidents in integrated dynamic environment
title_full	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде
title_fullStr	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде
title_full_unstemmed	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде
title_short	Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде
title_sort	философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде
topic	Концептуальные проблемы создания систем искусственного интеллекта
topic_facet	Концептуальные проблемы создания систем искусственного интеллекта
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84978
work_keys_str_mv	AT nečaevûi filosofskieaspektyrealizaciiproblemsovremennoiteoriikatastrofvintegrirovannoidinamičeskoisrede AT nečaevûi fílosofsʹkíaspektirealízacííproblemsučasnoíteorííkatastrofvíntegrovanomudinamíčnomuseredoviŝí AT nečaevûi philosophicalaspectsofrealizationofproblemsofthemoderntheoryofaccidentsinintegrateddynamicenvironment

Философские аспекты реализации проблем современной теории катастроф в интегрированной динамической среде

Репозитарії

Схожі ресурси