Соблазнительный... это хорошо... А чем и кого он соблазняет? Поделись, не жадничай. Только эта. Не стесняйся в площадях и выражениях. Мы люди хоть и дремучие, но закаленные.
Ну, хорошо. Только чур потом не издеваться
.
Вот только с "теории" мне придется начать. Выдюжишь? Сложно не будет, но потребуется избыток внимания для вникания в суть. А суть в том, что все случаи, когда "добра от добра ищут" есть типичная задача на оптимизацию. Т.е. нахождения точки, в которой достигается максимальная степень "добра". Добро тут только к слову пришлось, т.к. в общем случае нам незачем ломать голову над вопросом "что такое хорошо и что такое плохо?", поскольку вместо добра в задаче оптимизации может стоять совершено любая целевая установка. Например, эволюция жизни (флоры+фауны) выглядит, как задача на поиск такого устройства организма, при котором достигается максимальная степень выживаемости вида.
Поэтому, прежде чем перейти к делу, мне придется обозначить "подводные камни", присущие задачам на оптимизацию в самом общем случае, понимая, что от этих трудностей нам никуда не деться, какую бы конкретную задачу мы не рассматривали. А самая большая проблема в задачах на оптимизацию - наличие в большинстве случаев не одного глобального оптимума (это там, где "добра" больше всего), а множество мелких оптимумов, которые называют локальными. Существование мелких оптимумов очень сильно мешает поиску глобального, т.к. не позволяет использовать наклон рельефа в качестве путеводной нити, а другой информации мы, как правило, не имеем.
Например, ищем мы самую глубокую яму. При этом рассуждаем так: пойду-ка я в том направлении, куда шарик катится, т.е. под уклон. Он-то меня и выведет в самое глубокое место. Однако нашим надеждам не суждено сбыться, если на местности много ям. Спустившись на дно первой попавшейся ямы (обычно той, что ближе всего расположена от стартовой точки поиска), наш шарик перестает работать. И не только шарик, а и сама надежда на то, что, оглядевшись вокруг можно найти что-то лучшее. В этом как раз причина того, что "созерцательные" методы поиска, когда мы тянемся за морковкой, в общем случае не срабатывают. А точнее, позволяют найти какой-то локальный оптимум, который скорее всего глобальным не является.
Совершенно то же самое происходит, когда люди проповедуют свои учения или образ жизни. Да, все эти люди методом проб и ошибок спустились в точку какого-то из локальных минимумов, а потом из нее вещают о том, что там глубоко
. И действительно, нашедший свой локальный оптимум, совершенно искренен в своей уверенности, что нашел самое глубокое место. И это не просто уверенность, но "экспериментально доказываемый" факт, т.к. в окрестности той ямы (локального минимума) все приборы и испытания засвидетельствуют правоту утверждений сидящего в яме
. И если, скажем, Шелтопорог, нашел свой локальный оптимум в лесу, то его уверенность с готовностью подтвердят все те, кого ему удалось заманить на края этой ямы
. Что, собственно, мы имеем возможность видеть на этом форуме. А поскольку локальных оптимумов много, то имеем множество иных мнений, учений и форумов, где собравшиеся разделяют совершенно иные позиции. Ясное дело, что там находятся другие локальные оптимумы со своими приверженцами, попавшими на край их воронок и "совершенствующимися" посредством скатывания по склону в направлении их дна.
Для лучшего понимания ситуации желательно отключить "ассоциативку", чтобы слова "яма", "спуск" и "глубина" вас не коробили. Тут надо понимать, что задача оттого и называется "на оптимум", что она совершенно симметрична в отношении минимума и максимума. Взяв целевую установку с обратным знаком, минимум можно легко поменять с максимумом. И тогда вместо унизительного "сел в лужу" будет звучать возвышенное "взошел на вершину". Так что будет полезно отложить в сторону подобные "животные" оценки, когда оценивается вкус слов.
То, о чем я только что рассказала, носит "научное" название - "фиаско стратегии градиентного спуска в задачах поиска глобального оптимума". А самая важная мысль в той проблеме состоит в том, что
самообучение методом проб и ошибок ведет нас именно в точку ближайшего к нам оптимума, поскольку слово "ошибка" мы понимаем, как "стало хуже". И этой особенностью обладают практически все методы поиска, в которых в качестве поводыря мы выбираем целевую оценку.
По той же причине мы имеем в природе всевозможные разнообразия, причина которых заключена в крайней пересеченности той местности, где ищется оптимум. Причем местность вовсе не географическая, а поверхность во многомерном пространстве параметров. Что означает, что вариабельных параметров настолько много, что надежд на простую форму зависимости "добра" от параметров практически не остается. Поэтому реальные задачи далеки от математических и похожи на настройку телевизора с ... миллиардами рукояток управления, на которых не написано их назначение. А если их подкручивать поочередно, руководствуясь четкостью изображения и качеством звука того телевизора, то мы лишь будем оптимизировать прием ТОЛЬКО того канала, с которого начали. Это и будет сползанием в точку ближайшего локального оптимума.
Эволюция живого тоже следует в форваторе этой стратегии. Там аналогами верчения ручек нашего телевизора являются мутации, а закрепление изменений на потомстве - фиксацией рукояток управления в новом положении, которое кажет изображение лучше прежнего. Эволюции на нашей планете миллиарды лет! И за это время она совершила просто немыслимую по громадности работу по подгонке параметров живых организмов под среду. И сейчас все ближайшие локальные оптимумы уже обнаружены и заселены (в экологии даже слово такое есть - "ниша").
На этом месте я попрошу представить себе грандиозность задачи на оптимум методом проб и ошибок, когда даже самая мельчайшая проба ценой в чью-то жизнь. Вот такова цена прогресса...
Мы же люди, прогрессируем в последнее время по-другому, "культурно" или, можно сказать, ментально. Ибо с появлением разума открылось и другое поле для оптимизации - человеческое сознание, которое на много порядков более подвижно, чем физическая структура организма. Поэтому и эволюция здесь идет много быстрее, зачастую даже за время жизни одного и того же поколения. К тому же здесь и разброс в параметрах допустим много больший, т.к. "ментальные мутации" менее опасны для жизни. Однако по этой же причине возрастают трудности с отбором.
"Культурная эволюция" является ныне для человечества основной, т.к. естественный отбор фактически прекратился. Поэтому термин "самосовершенствование" превратился на наших устах в оптимизацию именно ментального плана. Поэтому роль разума ныне как раз растет, а не падает. И это не потому, что кто-то так решил или все решили, а просто потому, что эволюция людей переместилась в ментальную сферу, т.к. с физической эволюцией возник затык. Да и сама стратегия эволюции, основанная на выживании организмов, пасует перед ситуацией, когда выживаемость стала более зависеть от социальных причин, нежели от особенностей строения организмов. А если вернуться к аналогии с многорукояточным телевизором, то можно сказать так: среди элементов управления обнаружилась группа рукояток, положение которые очень сильно влияет на изображение. Поэтому эволюция бросила подбирать положения остальных рукояток, а занялась только этой группой. А в терминах же задачи на оптимизацию это будет звучать так, что крутизну склона определяют в основном "ментальные параметры", а потому и скатывание к оптимуму происходит в вариации их направления.
То, что я только что сказала, крайне важно для понимания ситуации сегодняшнего дня. Нынешний прогресс носит ярко выраженный технологический характер, причем он же в основном определяет направление скатывания к оптимуму. Из-за этого в отношении остальных параметров может наблюдаться частичная дегенерация. Например, может страдать качество пищи, воздуха и прочих удобств. И здесь нужно не бесноваться от раздражения, а в первую очередь понимать, почему так происходит. А происходит оно вовсе не потому, что это "издержки технического прогресса", а главным образом потому, именно ТП вносит наибольший вклад оптимизационный функционал, тем самым, являясь главной действующей силой, определяющей движение. Побочные негативы в процессе движения под действием доминирующей силы могут нарастать до тех пор, пока их вклад не сравняется по порядку с этой силой и не начнет оказывать корректирующее влияние на движение. Это явление мы тоже можем наблюдать, глядя на то, как возрастает громкость экологического воя
. Понятно, что коррекция уже началась. Однако это лишь коррекция, но не барьер. Т.к. ТП вряд ли от этого прекратится, хотя в какой-то степени может замедлиться, приняв в сторону, а то и пустившись в объезд. Ради "кошерных" пищи и воздуха люди вряд ли откажутся от завоеваний ТП, уж тем более не остановят его поступательное движение. Тем не менее, на дне ямы "экологические" стимулы снова заработают в полную силу. А сейчас просто наклон слишком крутой, чтобы боковая составляющая могла бы сильно влиять на траекторию.
Нам выпало очень интересное время на крутом пике
, но это исключение из правила, т.к. в течение очень многих тысячелетий люди жили исключительно консервативно. И не потому, что были идейными консерваторами, а по причине полного эволюционного затишья. Впрочем, это по нашим меркам затишье, а эволюция и должна идти такими медленными шагами, когда жизнь целых поколений для нее ничто.
Теперь выскажусь о тех перспективах на будущее, которые в своем прошлом посте назвала заманчивыми. Заманчивость состоит тут в том, что существуют надежда резко изменить темпы эволюции в сторону возрастания, и (что самое главное) не сделать себя заложниками скольжения по склону. Ведь что естественная эволюция, что техпрогресс, но фундаментальная их суть одна и та же - это
движение в сторону локального оптимума посредством параллельной пошаговой процедуры, когда множество особей одного и того же вида "тестируют" отклонения от центра тяжести, в результате чего этот центр постепенно смещается в сторону особей, достигших в своих поисках успехов. При этом "тестирование" новых состояний происходит более или менее случайным образом, а выбор между ними делает естественный отбор.
Рекомендация вернуться к лесной жизни собирателя или к сельской жизни земледельца - не панацея, а лишь приглашение вернуться в одну из ям, в которых уже побывали наши предки. Но и техпрогресс тоже найдет свою собственную яму, которая будет лишь в чем-то лучше, а в чем хуже других ям (локальных оптимумов). По сути, разница между ними лишь в "погоде", которая царит на дне этих ям. И по этому поводу может быть расхождение во вкусах и споры о том, в какой из ям лучше живется
. А поскольку, как известно, на вкус и цвет товарища нет, то нет товарищей на то множество параметров, которыми различаются обстановки в точках разных локальных оптимумов. А потому и решение подобных вопросов звучит, как выбор, кем лучше быть - рыбой или птицей?
Нас же интересует совсем иной вопрос - имеется ли (хотя бы в принципе) альтернатива стратегии пошагового спуска к "добру", в условиях, когда "добров" много и все они разного сорта. И я полагаю, что такая альтернатива естественной эволюции есть! Более того, в своем зародыше существует она не только в теориях, но и на практике. И такой альтернативой случайному поиску может служить разумная деятельность! Что здесь имеется ввиду? - А имеется ввиду та стратегия созидательной деятельности человека, которая носит название "планирование сверху". Это когда в начале разрабатываются, так называемые, "спецификации", т.к. описание того, какой результат требуется получить, потом эти спецификации шаг за шагом детализируются, до тех пор, пока задумка не реализуется в готовом изделии. Я описала шаги крайне упрощенно, но важным здесь являются не детали, а сама суть того, что этот процесс альтернативен естественной эволюции. Альтернативен тем, что эволюция идет снизу, не зная что у нее получится. По крупицам накапливая жизнестойкость, с совершенно непредсказуемым результатом относительно того, в какие формы со временем это выльется. Другого от эволюции не стоило и ждать, т.к. разумом она не обладает. А вот человек, в большинстве случаев, начинает свои действия от обратного, т.к. сразу задается конечной формой результата, моделируя его мысленно, а затем уже ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННО (а не случайно!) ищет пути его реализации. Случайные шаги на этом пути тоже могут встретиться, тем не менее, не они определяют направление поиска. Отсюда и заманчивая перспектива разумного изменения физических тел посредством ... компьютерного моделирования. Смешно?
Звучит действительно смешно и как-то даже нереально.
Сейчас для нас не столь важно, как будет осуществляться вся эта процедура, а потому в фантазии на эту тему пока ударяться не станем. А тем более сочинять на эту тему шуточки. Лучше рассмотрим некий практический пример, чтобы стало ясно, к чему я клоню.
Вот положим, у нас ключ и замок, который тот открывает. Наша задача, создать замок более совершенный, например с секретом. И при этом у нас есть "естественный отбор" в лице команды взломщиков сейфов
. При этом оказывается, что, совершенствуя замок отдельно от ключа, возникает "смертельная" ситуация, когда ключ не подходит к замку. А если взяться сначала за ключ, оставив замок на потом, то снова они какое-то время подходить друг к другу не будут. Тут надо иметь ввиду, что мы не в слесарной мастерской, а вынуждены работать как эволюция на живом материале. Т.е. живые организмы в эволюционном процессе обязаны жить НЕПРЕРЫВНО! Вот она, главная трудность! Из-за этого эволюция идет мелкими шажочками по гладкой траектории, что делает возможным нахождение только тех локальных оптимумов, спуск в который пологий и без разрывов. А вот разумное "планирование сверху" сознательно идет на такой разрыв, поскольку условием непрерывности жестко не связано. Т.е. под управлением разума можно синхронно варьировать сразу много параметров, сохраняя между ними некое заданное соотношение.
Что же касается моделирования, то оно может быть не обязательно компьютерным, а любым другим. Взять хотя бы для примера испытание новых лекарственных препаратов. Их же не сразу на людях испытывают, а сначала на малоценных животных типа крыс. Просто компьютерное моделирование - это крайний случай неразрушающего моделирования, позволяющий "виртуально" (а потому исключительно быстро) проводить одновременно множество параллельных испытаний. Причем не путем обычного градиентного спуска в ближайший овраг, а строго методично: разбив всю поверхность на квадраты (наложив сетку), а затем, пытаясь спускаться из каждого узла этой сетки. Так можно выявить практически все локальные минимумы на исследуемой территории.
Теперь ближе к делу. Если понимать биологию не только как описание числа копыт и длину хвостов (т.е. ограничиваясь зримыми формами и поведением живых существ), а рассматривать всю внутреннюю биохимию организма, то можно заметить, большинство находок эволюции кроются именно там. Именно внутриклеточная фабрика есть основа жизни, а все остальное уже потом. Так вот обнаруживается, что удачные "изобретения" эволюции достаются не всем видам, а лишь передаются по наследству от предкам к потомкам. Например, у птиц имеется эффективная мышечная система, благодаря чему они мало устают. Но люди и птицы эволюционно разошлись очень давно, когда у них общего предка такого изобретения еще не было. А когда оно появилось, то пошло распространяться по птичьей линии. Или системы клеточного дыхания с экономным потреблением кислорода, как у некоторых рыб. Соответствующие ферментные системы были "изобретены" много позже, чем живые существа вышли на сушу. Поэтому люди и животные этой способностью не обладают. Ведь будучи сухопутными существами, живущими там, где воздуха навалом, такие механизмы вряд ли могли бы быть изобретены - не было острой актуальности.
Таким образом, даже еще не пытаясь изобретать что-то свое, человек мог бы воспользоваться плодами эволюции живого мира более полно, чем в отношении того, что ему досталось. Ну, а дальше можно было пытаться делать что-то свое. Причем, не на пустом месте, а как раз с учетом все того информационного материала, который нам поставляет живая природа.
Вот практический пример, участником которого мне довелось по случаю стать. Есть такая вещь, как иммунный ответ. Это когда организм в ответ на инфекцию продуцирует, так называемые, антитела, которые специфично (т.е. строго избирательно) связываются с возбудителем болезни и тем самым его подавляют. Образно говоря, антитело подобно магнитной торпеде, которая притягивается только к кораблям противника. Понятно, что основная сложность здесь не в начинке торпеды взрывчаткой, а именно в ее избирательности. Эта избирательность измеряется константой связывания, которая с возбудителем болезни должна на порядки превосходить связывание со всем остальным. Поэтому, борясь с инфекцией, организм выпускает в кровеносное русло антитела-торпепы, которые, пусть и в меньшей степени, но поражают и свои корабли. Из-за этого у нас возникает недомогание, повышается температура и т.п. Достичь же высокой избирательности очень сложно, т.к. все организмы "из одного теста", из одного и того же набора аминокислот состоят. А иммунная система действуют во многом трафаретно. Да тут и не до исследований, когда надо срочно бороться с инфекцией. Вот и срабатывают стандартные механизмы иммунного ответа.
Однако разум человека мог бы себе позволить задуматься над тем, как предельно повысить эту избирательность. Например, для вакцинации населения от птичьего гриппа
. Итак получаем задачу на оптимизацию: найти строение активной части антитела, чтобы имела максимальную специфичность к белку птичьего гриппа (название "птичий грипп" тут условно). Как подойти к решению этой задачи, когда до сих пор еще неясно, какие силы определяют эту специфичность? И тут возникла идея (правда не у меня
) - "прошерстить" архив кристаллографических данных (доступ к ним есть через интернет) на предмет нахождения наилучшего "ключа к замку". Дело в том, что существует множество белков, которые состоят из двух частей (так называемых "субъединиц)", которые сцеплены между собой того же рода силой специфичного сродства. Соответственно этому, они и кристаллизуются вместе в один кристалл и на пространственной рентгенограмме друг против дружки расположены. Вот и предлагалось поискать в базе данных таких пары, у которых бы она из частей была похожа (частично совпадала) с участками белка птичьего гриппа. При этом предполагалась, что связанная с ним другая субъединица как раз и будет тем искомым ключом.
Надо сказать, что такие парные белки, состоящие из двух отдельных субъединиц, - штука, прошедшая суровую эволюционную школу. Ведь их друг с другом никто не складывает, а они сами находят в среде друг друга. Поэтому специфичность в таких случаях бывает самая большая, т.к. за миллионы лет было время, чтобы им плотно притереться друг к другу. Короче говоря, ввязалась я им помогать в программной реализации идеи. Тем более что у меня есть опыт по созданию программ-шпионов
, которые сами лазают по интернету, а потом мне доносят о том, что обнаружили
. В общем науськала я такую программу на тот генный банк, заставив производить исключительно тупую работу - добывать "комплиментарные" (напротив друг друга стоящие) части альфа- и бета- белковых субъединиц. Для этого программа извлекала из базы рентгенограмму, вычисляла расстояние между атомами субъединиц (увы, по каждой паре атомов приходится считать, а таких пар составить можно много) и выбирает из них те, которые находятся ближе всего. Вот их и на заметочку. Где-то через три недели работающего днем и ночью компа (комп не мой) дали в остатке ту самую статистику, по которой была рекомендована структура активной части антитела. И здесь тоже без каких-либо теорий и предположений, а чисто как голосование. Что чаще всего в базе данных встречалось, так залудили
. Потом эту часть по описанию синтезировали химики (уже в другом институте), а затем измерили константу связывания (уже в третьем институте). Я всех тех людей не знаю, но знаю результат - константа связывания возросла примерно в 50 раз (!) по отношению к естественному антителу, производимого в крови донора. Т.е. почти на полтора порядка. Это очень много, принимая во внимание те темпы, которыми шагает (лучше было бы сказать "ползет") эволюция. Причем ни одно животное в результате эксперимента не пострадало
, хотя по эволюционным меркам это шаг на несколько тысячелетий и ценой в миллионы жизней.
Это выпуклый пример того, как находки эволюции могут оказаться куда ценнее, чем кажутся на первый взгляд. Ведь видимая сторона жизни в том, как каждая букашка сидит в своей нише, а скрытая сторона в том, что находки всех тех, кто ныне сидит в разных ямках, могут быть объединены под руководством РАЗУМНОГО НАЧАЛА. Особенно если смотреть на биологию не с позиции "как какая пташка живет", а с технологической позиции "каким образом разные организмы осуществляют те или иные биохимические процессы".
