Нариньяни: конец эпохи алгоритма и «загоризонтный» прорыв

 

Но это, так сказать, философия. А как быть с таким важным направлением технологии, как информационно-компьютерные? Ведь без них немыслимо создание людена. И тут, вопреки расхожему мнению, русские способны совершить чудо…

«…За последнее десятилетие развитие информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) вступило в фазу перехода к «электронному обществу», т. е. к включению этих технологий во все основные виды деятельности и жизнь каждого человека.

Закончившийся этап прогресса ИКТ можно назвать «вегетативным», поскольку он охватывал в основном формирование технической базы за счет ее удешевления и миниатюризации. Сегодня возможности развития в рамках текущего поколения ИКТ практически исчерпаны. Ближайшая перспектива требует качественной революции, которая касается, по крайней мере, двух ключевых составляющих…

Смена базовой концепции. Эпоха алгоритма закачивается навсегда, – он отработал свое как базовая доктрина начального периода формирования ИКТ. Детерминированный императивный характер вычислительного процесса и фон-неймановская архитектура компьютера становятся основной помехой развития, которое на следующем этапе будет базироваться – как и все в окружающем нас мире – на естественной децентрализованной самоорганизации. В ближайшем будущем качественно новые ИКТ радикально изменят архитектуру компьютера и технологию программирования, организацию данных и информационных потоков.

Интеллектуализация. От формирующейся «электронной среды обитания» требуется все более высокий уровень интеллекта: она должна научиться понимать массового пользователя «на лету», часто даже лучше, чем он понимает себя сам. Школьник, администратор, солдат, домашняя хозяйка смогут пользоваться ИКТ ровно настолько, насколько эти технологии станут для них не только полезными, но и понятными составляющими их нового образа жизни. Необходимым условием этого является простота и естественность взаимодействия человека со все усложняющимся пространством ИКТ, то есть интеллектуализация всех основных компонентов его контекста.

Четверть века назад Япония объявила миру о запуске национального проекта компьютеров пятого поколения. И хотя тогда компьютеров пятого поколения Японии создать не удалось, в результате национальной мобилизации она смогла совершить за десятилетие технологический рывок из ИКТ-аутсайдеров на второе место в мире, которое сохраняет и сегодня.

В начале 21-го века необходимость и возможность смены поколений в развитии ИКТ стала реальностью, поскольку соответствующие концепции и ноу-хау появились.

В ближайшее время мы станем свидетелями потрясения «незыблемых основ» ИКТ, при котором алгоритм и фон-неймановская архитектура компьютера навсегда уйдут в историю, уступая место самоорганизующемуся вычислительному процессу. Эта смена парадигмы даст необходимый импульс и развитию средств интеллектуализации, разработчики которых так много обещали и пока так мало выполнили за последние десятилетия.

Сегодня лидером в предстоящей революции ИКТ может стать Россия. Завтра будет поздно: прорыв осуществят другие…»

Эти строки принадлежат перу А.С.Нариньяни. Выпускнику знаменитого МИФИ 1963 года. Генеральному директору отечественного НИИ искусственного интеллекта. Вице-президенту консорциума «Российские речевые технологии». Члену Экспертного совета по проблемам инновационной политики при Совете Федерации. А, в общем, порождению советских «ревущих 60-х». Великой космической эпохи.

Нариньяни замахнулся на святая святых: на принципы знаменитого фон Неймана в компьютерной архитектуре. Ведь мы уже более полувека работам на машинах, созданных по канонам знаменитого математика, участника Манхэттенского проекта и основоположника современного компьютеростроения.

Кто такой Нариньяни? В начале 1960-х годов первый советский ученый-программист Андрей Ершов (почитаемый как гуру и на Западе) заинтересовался проблемой прямого общения между человеком и электронно-вычислительной машиной с помощью обычной речи. Человек должен прямо разговаривать с компьютером! Для разработки этого направления и была создана группа, в 1973 году развернувшаяся в Лабораторию искусственного интеллекта под водительством Нариньяни. Она быстро завоевала заметные, а в ряде случаев и ведущие позиции в бурно развивающейся отечественной и международной проблематике искусственного интеллекта. Широкий фронт исследований был основан на оригинальных подходах к ключевым механизмам логико-вычислительного вывода и фундаментальных школах программной технологии и асинхронных вычислений.

К началу 80-х годов Нариньяни разработал основы технологии недоопределенных моделей (ныне трактуемой как разновидность появившегося позднее программирования в ограничениях), которая вместе с семантически-ориентированным анализом естественного языка, методами обработки знаний на основе логического вывода и технологией построения интеллектуальных систем до сегодняшнего дня плодотворно питает тематику его группы по развитию искусственного интеллекта (ИИ). В особый институт лаборатория ученого стала разворачиваться в 1988 году – во время второго возможного (но так и не состоявшегося) рывка СССР в развитии.

(ПРИМЕЧАНИЕ. В числе первых проектов лаборатории Нариньяни в 70-80-е годы были:

* МИША: шагающий автомат с недетерминированным управлением, основанном на значительно опередившем свое время методе удовлетворения интервальных ограничений,

* РИТА: экспериментальная система перевода словесного описания в рисунок,

* ВОСТОК: конструктор экспертных систем со встроенным специальным программным процессором для обработки информации, связанной со временем,

* BUMP: система продукционного программирования с возможностью многовариантного анализа,

* ЗАПСИБ и InterBase: конструкторы эффективных лингвистических процессоров, основанные на семантически-ориентированном анализе в рамках тематически замкнутой предметной области,

* СЕТЛ: система программирования на основе теоретико-множественного языка, которая развивалась в рамках советско-американского проекта,

* СТЕНД: программная обстановка для конструирования интеллектуальных систем на основе интеграции виртуальных процессоров.

К началу работ по проекту СТАРТ и в ходе его выполнения указанные направления и системы получили дальнейшее развитие и воплотились в системы нового поколения. Сегодня их потомки – УНИКАЛЬК, НЕМО+, СЕМП, ТАО и др. – являются основными проектами Лаборатории ИИ ИСИ и Российского научно-исследовательского института искусственного интеллекта (РосНИИ ИИ), организованного А.С.Нариньяни.

Технологический комплекс конструирования расчетно-логических систем на основе недоопределенных моделей НеМо-ТеК (ТХК НеМо-ТеК) создан В.Е.Дмитриевым и Д.М.Ушаковым под руководством В.В.Телермана.

Система НеМо-ТеК предназначена для технологической поддержки создания проблемно-ориентированных расчетных систем (вычислителей) на основе недоопределенных моделей.

Наследник НеМо-ТеК – объектно-ориентированная система программирования НеМо+ – в 1998 году была отмечена Российской ассоциацией искусственного интеллекта как лучшая система года.

DI*GEN – оболочка для конструирования диагностических экспертных систем – создана группой разработчиков под руководством Т.М.Яхно. Она предназначена для создания диагностических экспертных систем. В DI*GEN используется комбинация продукционного и объектно-ориентированного способов представления знаний.

Технологический комплекс для создания развитых систем обработки знаний – Semp-Tec разработан под руководством Ю.А.Загорулько. Он предназначен для создания семантических процессоров – программных систем, обеспечивающих эффективное представление и обработку знаний на основе семантических сетей и систем продукций. Поддерживаемая Semp-Tec технология позволяет разрабатывать семантические процессоры, которые могут быть использованы в качестве интеллектуального ядра экспертных систем, логических баз данных и знаний, развитых САПР, систем управления технологическими процессами, тренажеров и др.

В настоящее время комплекс Semp-Tec получил свое развитие в виде объектно-ориентированной программной среды Semp-TAO, модель представления знаний которой, кроме классических средств представления и обработки знаний, включает методы программирования в ограничениях.)

Нариньяни уверен: в информационных тенологиях сегодня нарастает кризис. С одной стороны, машины уменьшаются и ежегодно наращивают свою мощность. Но все это наталкивается на устаревшие принципы комьютерного дела. Со времен фон Неймана все вертится вокруг Великого Алгоритма. Точнее, вокруг четыре «незыблемых опор». Вот они:

* Последовательный детерминированный процесс,

* Современная объектно-ориентированная технология программирования,

* Фон-нейманова архитектура компьютера,

* Традиционная вычислительная математика.

«…Реальный мир устроен совершенно иначе. Каждый его компонент – элементарная частица, клетка организма, человек в социальной структуре, планета или галактика – это автономный активный объект, участвующий в параллельном, асинхронном, децентрализованном процессе взаимодействия с другими активными объектами своего уровня.

Современная организация информационных технологий (ИТ) полностью противоположна этому естественному порядку: она пытается контролировать любую систему из единого центра, последовательно и жестко указывая каждому элементу что и когда ему делать.

Эта тупиковая парадигма блокирует развитие всех основных составляющих ИТ: архитектуру компьютера и технологию программирования, организацию данных и их потоков в сетях, системы менеджмента и управление сложными системами. Многочисленные попытки ее перестройки не связаны пока с радикальной сменой фарватера. Мы постоянно слышим, что развитие ИТ достигло этапа, на котором не предвидится новых больших скачков (кроме технологий аппаратных элементов) и задача которого ограничивается развитием имеющегося опыта и расширением сферы его практического применения…» – пишет сам ученый:

«…Эта тупиковая парадигма блокирует развитие всех основных составляющих ИТ: архитектуру компьютера и технологию программирования, организацию данных и их потоков в сетях, системы менеджмента и управление сложными системами. Многочисленные попытки ее перестройки не связаны пока с радикальной сменой фарватера. Мы постоянно слышим, что развитие ИТ достигло этапа, на котором не предвидится новых больших скачков (кроме технологий аппаратных элементов) и задача которого ограничивается развитием имеющегося опыта и расширением сферы его практического применения.

Однако это отнюдь не соответствует истине. Ощущение вечности устоев довольно характерно для окрестностей точек бифуркации («точке катастрофы», пункте, где поведение сложной системы становится малопредсказуемым): достаточно вспомнить начало 60-х годов, когда программирование в кодах казалось основной формой ИТ на необозримую перспективу. И навсегда ушло в историю всего через несколько лет.

На этот раз мы близки к точке бифуркации, глобальной для всего комплекса ИТ. Уже сформировались и активно развиваются качественно новые технологии, базирующиеся на неалгоритмическом процессе управления по данным (data-driven), обладающим естественной параллельностью и недетерминизмом. Революция, на пороге которой мы стоим, обещает полностью сменить сегодняшнюю парадигму, вплоть до радикальной перестройки аппарата вычислительной математики, сравнимой по своей незыблемости разве что с географией…»

В восьмидесятые годы Нариньяни с товарищами подошли к порогу создания нового принципа работы компьютеров, основанного не на алгоритме, а на НЕ-факторах (неопределенных, некорректных, недостаточно формализованных комплексах свойств знаний о реальном мире). На основании этого затем Нариньяни создал технологию так называемых Н-моделей. «В то же время, остальные НЕ-факторы, тесно связанные между собой и играющие не менее важную роль в приложениях, остаются практически не разработанными (меньшинство) или вообще не известными. Представляется, что изучение НЕ-факторов, создание адекватных формальных средств и организация их в единый комплекс сыграют для ИТ не менее революционную роль, чем переход от алхимии к современной химии…» – пишет наш выдающийся исследователь.

Именно эта технология позволяет преодолеть накладываемые принципом алгоритма ограничения. Причем с наименьшими затратами! По мнению Нариньяни, обеспечиваются совершенно естественная децентрализация, разновременность и параллельность процесса вычислений. Можно развивать управление сложными объектами (управление по данным, а затем управление на основе событий). Открывается путь к созданию информтехнологий любой сложности. Математический аппарат Н-моделей дает возможность работы с неопределенностью! Модель занимает место алгоритма. Новая организация вычислительного процесса в форме сжатия пространства модели на основе управления по данным выступает внутренне децентрализованной, параллельной, недерминированной, асинхронной. Следовательно, она естественным образом переносится на параллельные ЭВМ.

Новые тенденции радикально меняют технологический фундамент практически во всех областях приложений. Прежде всего в таких, как экономика и финансы, системы автоматического проектирования, инженерные и научные расчеты, двойные технологии, менеджмент, управление сложными технологическими процессами, потоками в распределенных сетях и многих других. Все это невиданно наращивает могущество человека, позволяет ему управлять тем, что еще сегодня считается слишком сложным и стихийным. Мы сможем управлять потоками! Ведь сегодня алгоритмические методы не в состоянии справиться с гигантскими логико-комбинаторными задачами управления потоками, динамика которых в ряде случаев (как, например, управление потоками данных в современных сетях связи в режиме реального времени) сравнима со скоростью передачи и обработки данных для самой системы маршрутизации. Управление по данным, аппарат активных объектов и Н-модели формируют качественно новую основу для разработки систем этого типа во всех секторах приложений. И прежде всего – в такой базовой для современных ИТ области, как сети связи: от локальных технологических до Интернета.

Метод Нариньяни позволит человеку разговаривать с компьютером. Ведь теперь можно совместить принцип распознавания звуков с анализом содержания речи. Преодолевается тридцатилетний тупик в этом направлении разработок.

«…Еще до середины прошлого десятилетия (до 1985 г. – прим. авт.) наша страна занимала второе место в мире по уровню развития вычислительной техники. Одновременно с этим, отставание основных отечественных линий массовых ЭВМ достигло масштаба 10–15 лет по отношению к технике США из-за непоправимого урона, нанесенного переходом в начале 70-х годов на слепое копирование наиболее коммерчески успешных семейств компьютеров западных фирм.

Несмотря на это, интеллектуальный потенциал и оригинальность перспективных разработок ведущих отечественных коллективов по многим параметрам не уступали аналогичным американским проектам, особенно в области мощных компьютеров параллельной архитектуры. При этом ахиллесовой пятой отечественной техники стала элементная база, которая и определила в конечном счете окончательное крушение российской индустрии ЭВМ в конце 80-х начале 90-х годов.

Результаты этой катастрофы достаточно очевидны и в первую очередь они касаются безопасности страны по всем основным ее составляющим – оборона, экономика, наука, передовые технологии, экология.

В силу особого стечения обстоятельств у нашей страны есть уникальная возможность возглавить эту революцию и вернуть себе место среди лидеров этой ключевой для ее будущего отрасли, казалось бы, навсегда утраченное ею на крутых поворотах последних пятнадцати лет нашей истории.

Эта перспектива достаточно ясно ставит перед нами вопрос: или эту революцию СМОЖЕМ ОРГАНИЗОВАТЬ МЫ – как стратегически планируемый, детально проработанный и последовательно выполняемый процесс – или он будет развиваться БЕЗ НАС в традиционном стиле слепой глобальной вегетативной эволюции, растянутой во времени и формирующей далекие от оптимальных эклектичные контуры новой эпохи ИТ двадцать первого века, которые мы, как вечные двоечники, будем тупо срисовывать у навсегда ставших для нас недосягаемыми отличников!» – заявил Нариньяни в одном из своих докладов.

Он говорит: русские могут порваться на ведущие мировые позиции в информационно-компьютерных технологиях в кратчайшие сроки. Нужно лишь сделать ставку на стратегические инновации, на прорывы, еще скрытые «за горизонтом» (http://scmai.miem.edu.ru/S/s3.htm). Всего направлений порыва – три. Во-первых, уже формируется качественно новая парадигма, базирующаяся на концепции неалгоритмического самоорганизующегося асинхронного управления (САУ), обладающего естественной параллельностью и недетерминизмом. В ближайшем будущем парадигма САУ сделает самоорганизацию и параллельность естественным свойством любой ИКТ следующего поколения.

Во-вторых, новая парадигма неалгоритмических вычислений.

В-третьих – общение с компьютером при помощи обычной речи и обычных текстов, открывающая путь к пользованию ими всеми людьми, даже неискушенными в программировании и математике.

И что в итоге? «Комплекс стратегических инноваций по трем выделенным направлениям прорыва должен лечь в основу развития и продвижения лучших российских технологий, расширение отечественного ИКТ-рынка и успешного выхода на мировой. Только это может в ближайшие годы обеспечить России доход, намного превышающий поступления от ее сырьевых ресурсов и поддержать как остальные секторы ИКТ, так и другие отрасли высоких технологий. Для реализации этих мегапроектов и перехода ИКТ в ведущую национальную отрасль необходима интеграция трех ключевых составляющих: эффективный механизм привлечения крупных инвестиций, организация отечественных профессиональных ресурсов «снизу – вверх» и поддержка государства сверху», – убежден наш советский гений.

Более того, Нариньяни выступает ярым сторонником экспансии русского языка в Интернете. Он предложил программу «ТезауРУС» – создание электронного словаря всего богатства нашего древнего арийского языка. Он убежден, что «язык и культура – «близнецы-братья», а индивидуальный словарь – одна из основных составляющих владения языком. С наступлением «эры Интернет» язык, текст, словарь становятся базовым элементом борьбы за сохранение русскоязычной территории Интернет и – шире – русскоязычной диаспоры. А текстовые технологии – доминантой интеллектуализации и массовости Интернета…»