А Вы знали, что физика это наука об алгоритмах? Нет? Тогда в стране чудес с соответствующим названием нас ждёт вдвойне неожиданное знакомство с физическим зазеркальем Алгоритма. По дороге мы выберемся из лабиринта "мыслей" физика. И всё это с помощью наших знакомых из предыдущей статьи: Алисы и близнецов Переноса и Трансляции. Под катом опять много слов и несколько детских картинок...
Задача
В прочитанных статьях серии мы с Вами прошли бльшую половину намеченного пути по тернистой дороге изучения "Алгоритма". Мы уже переступили самую "чудесатую" статью, посвященную математике. И все равно каждая дополнительная статья серии еще будет немного странной. Текущая статья не исключение, а скорее самое сложное подтверждение этого факта. Поэтому настроенным на взрослый скепсис по-прежнему вместо чтения этой статьи стоит заняться более серьезными делами. Далее собрание слов для тех, кто снова готов развлечься и поиграть Рад Вас приветствовать...
К своему огорчению отметил, что обсуждения предыдущей статьи почти не было. От этого возникает очень странное состояние. Есть попытка с помощью статей вести разговор, в статье формулируется большое количества вопросов. И совсем нет ответов. По этому поводу есть предложение. В комментариях можно не только размещать критику и ответы, но и вместе с тем задавать новые вопросы. Что было самым странным? Где непонятно? Приветствуются совершенно любые вопросы. Очень их жду.
Любое обсуждение темы, поднятой в статье, будет полезно. Потому что позволяет ускорить движение к цели.
Наша цель по-прежнему найти способы синтеза алгоритмов без участия человека (формализовать и автоматизировать этот процесс).
И давайте обсуждать вместе. Ведь достижение цели, под флагом которой разные слова собираются с заголовком "Что такое алгоритм ?!", будет полезным нам всем?
Конечно, для достижения обозначенной цели необходимо не только обсуждение. Прежде всего и самое главное необходимо найти подсказки, как работать с алгоритмом. И необходимо дать определение слова "Алгоритм".
В предыдущей статье состоялась попытка на примере с "Молотком" выяснить почему существующие определения Алгоритма недостаточно "прекрасны" для нашей цели. Основа критики собрана в следующем утверждении: чтобы "научить" машину изменять и создавать алгоритм необходимо его формальное определение. Вся работа и статьи этой серии опираются на констатацию факта, что формального определения алгоритма еще нет. Но для поставленных задач это определение необходимо сформулировать.
В теоретической части работы эта задача уже выполнена, то есть формальное определение Алгоритма уже сформировано. Но в этом определении есть недостаток. Это определение математика. Для того чтобы им начали пользоваться, необходимо предоставить способы применения этой математики к практическим задачам. И таких способов много, и только самые важные появляются в статьях этой серии.
Способ, которым является Физика, будет рассмотрен в статье текущей. Да, мы будем с помощью Алгоритма объединять в единую науку Физику и Математику, при этом придется описать природу их "внутренней" работы. Надеюсь, и это приключение понравится нашей знакомой Алисе. Вы уже верно догадались: страна чудес, в которую мы направляемся, называется "Физика". Как же нам туда попасть? Ах, да...
Следуй за белым кроликом. Тук-тук...
Физика
Располагаемся удобнее, провожающих просьба покинуть вагоны, наш поезд отправляется из пункта "А" в пункт "Б". Пункт "А" в нашей дороге Математика. Пункт назначения, конечно, страна "Физика".
Сразу скажем, что продвижение по обозначенному маршруту не будет тривиальным, ведь у древнего математика и древнего физика совсем разные прикладные области интересов. Но нам поможет то, что они используют один инструмент. И этот инструмент Алгоритм.
Давайте рассмотрим историю движения "физической мысли" по железнодорожному лабиринту путей, составленных из полезных человеку алгоритмов.
Первой работой "древнего физика" было наблюдение за окружающим миром и поиск процессов, которые будут полезны для выживания. И для каждого обнаруживаемого повторимого процесса оценивалась возможность его использования, а потом и возможность его переноса в иную прикладную область. Кинуть камень рукой, и кинуть ядро катапультой для алгоритма нанесения повреждения. Детская игра с качелями и плечевые весы для алгоритмов взвешивания. Дети разного веса, качающиеся на качелях, и рычаг для алгоритма подъема тяжелых грузов. Погружение в ванну с её переполнением и погружение короны для алгоритма измерения объема. Много, много повторимых процессов и их переносов...
В предыдущей статье во время знакомства с близнецом "Переносом" мы узнали, что это один из способов работы с алгоритмом, заключающийся в подмене некоторых участвующих в этом алгоритме объектов. Чуть ранее мы с Вами заметили, что "древние физики" переносили в новые области выявленные "повторяющиеся физические процессы". Не будем долго тянуть и по примеру, который нам демонстрирует Алиса, придумаем какой-нибудь странный термин для этих "повторяющихся процессов". Отчего бы нам не назвать их "физическими алгоритмами". Да, в этих процессах почти нет последовательности действий, и задача просматривается с трудом. Но мы же в сказочной стране? Алиса не останавливает себя в размышлениях и придумывает "Антиподов"? И мы тоже позволим нашему названию появиться и немного с ним поиграем.
Давайте вернемся к "древнему физику". У него со временем простые переносы "физических алгоритмов" эволюционно дополнялись и усложнялись почти так же как у математика. Но было и отличие: перенос выявленных физиком процессов изменения среды в пространство символов по своей природе должен иметь иную реализацию. Этот перенос сопоставляет с символами не объекты окружающей среды (как это делает математика), а процессы изменения некоторых параметров этих объектов. Первым шагом к такому переносу в символы (то есть к формализации физики) стало "комплементарное" сопоставление и нахождение единиц изменения выявляемых параметров.
У "древнего физика" была сложность: параметры объектов действительно тяжело перенести и сопоставить напрямую с объектами (в конечном итоге с символами пространства математики). И для этого чаще всего необходимы сложные алгоритмы, использующие несколько трансляций. Но, к счастью, это не стало непреодолимым препятствием в зарождении физики. Потому что вместо моментального появления такого "сложного" сопоставления была возможность эволюционного развития на основе использования и накопления гораздо более простых алгоритмов. Например, переносов параметров методом сопоставления их с другими параметрами.
Началом формализации для "древнего физика" стало формирование образцов значений обнаруженных в природе параметров. Это формирование подкреплялось необходимостью сопоставления и оценки этих параметров в алгоритмах, используемых для выживания. Странным примером можно привести алгоритм "Приготовления торта", что был рассмотрен в одной из предыдущих статей. В описании процесса создания этого алгоритма нам, конечно, не хватало только взвешивания для верного соотношения компонентов. А взвешивание это ведь оценка одного из главных физических параметров.
Думается, примерно так (и, конечно, не с изобретения "Торта") начала формироваться система единиц измерения. И формирование это шло со сложностями и иногда ошибками. О проблемах в ходе этого развития можно судить по обилию разнообразных устаревших единиц измерения, уже не используемых человеком, а еще по наличию даже в текущий момент нескольких отличающихся национальных систем единиц измерения. Тут Алиса бы подумала: "Ах, обнаружена масса примеров единиц и одна из единиц масса". Да, довольно сложно ребенку не запутаться в этих "взрослых" словах.
Кажется, нет необходимости перечислять в статье результат обозначенного формирования, которым стала всем известная СИ. В качестве иллюстрации сложности пройденной эволюции приведем здесь только несколько приметных и странных единиц измерения:
- образец массы в каратах;
- образец времени в кучке пересыпаемого песка или в растаявшей свече;
- образец расстояния в футах, локтях, дюймах;
- так и не ставшая научной шкала измерения боли dol;
- шкала измерения остроты перцев Сковиль (SHU)
Постепенно необходимые единицы измерения параметров оказались в нашем инструментарии. И с ними появилась возможность идти дальше. Но для эффективного их использования, стало необходимо изучить как эти параметры могут закономерно (повторяемо = алгоритмично) изменяться в ходе протекания полезных физических процессов. То есть перед "древним физиком" встала та же задача, что и перед "древним математиком". Необходимо было анализировать способы изменения окружающего мира посредством наблюдаемых "физических алгоритмов". С появлением инструмента измерения параметров в таком наблюдении за "физическими алгоритмами" появилась возможность пойти от обратного, то есть от параметров. Ведь если изменение некоторых контролируемых параметров повторяется раз от раза, то очень вероятно, что мы обнаружили влияние некоторого "физического алгоритма". И далее стоит попробовать обнаружить физический процесс, который послужил ему основой. Если "физический алгоритм" обнаружен, то дальше почти как в программировании: его можно присоединить к уже существующим и сделать с его использованием другие полезные "физические алгоритмы".
Значит найденный физиком особенный повторяющийся процесс не так уж далек от привычного нам алгоритма.
Но в чём же отличие алгоритмов, развиваемых математиками, и алгоритмов, основывающихся на физике? Ответ уже просматривается. Ключевое отличие этих алгоритмов в изменениях среды, производимых и используемых в ходе их исполнения.
Основные процессы и трансформации в алгоритмах математика структурные. В них меняется группировка объектов или структура сложных объектов (недаром в математике есть конструктивное направление). Алгоритмы и преобразования в основе математического пространства дискретны. Сами объекты в основном не имеют процесса развития, вместо этого изменяются структура связей этих объектов. Алгоритмы, работающие с ними, являются чисто-конструкционными и чаще связными (термины из теоретической части работы). Это и есть алгоритмическая особенность (специализация) математики.
Основа эффективности математики состоит в трансляции процессов, изменяющих структуру окружающей среды, в пространство символов и их трансформаций. В пространстве символов, как было показано в предыдущей статье на примере камешков, человеку удобное выполнять некоторые полезные ему алгоритмы, направленные на выживание и не только на него.
Процессы же окружающего мира, которые привлекают внимание физика, имеют совсем другую природу. Физикам интересен процесс изменения параметров объектов, автономно существующих и взаимодействующих друг с другом, и всё это с минимизацией влияний, оказываемых изменениями структуры связей этих объектов. Такой процесс изменения параметров гораздо сложнее перенести из среды в удобное пространство, чем это было с подменой стада коров на "кучку камешков".
Поэтому, пока математика развивалась и постигала множество действительных чисел, алгоритмы поведения человека, использующие физические явления, тоже развивались, но иначе. И перенос, как мы уже убелились, там тоже присутствовал. Вспомним пример алгоритма падения Яблока, которого мы чуть коснулись в первой статье серии. Почему "Падение яблока" это алгоритм, уже немного понятно. Это же "физический алгоритм"!
Определение алгоритма
И здесь стоит еще раз обратить внимание на существующее определение алгоритма. Согласно этому определению "Падение яблока" алгоритмом не является. В нём же нет "последовательности действий"? Вроде бы нет. Но все же не будем сразу совсем категоричны. Давайте пока проигнорируем это несоответствие, и обратим внимание на другую часть существующего определения алгоритма. Подумаем, какая "задача" может быть у падения яблока? И тут ответ прост. Самое интересное, что в этом ответе искомая задача совсем не "человеческая". Ведь это просто замечательно! Нам как раз необходимо избавиться от присутствия человека при работе с алгоритмом? Итак, одна из самых важных задач алгоритма "Падение яблока" это выживание вида яблони, на которой это яблоко росло.
А что же касается части определения алгоритма, указывающей на необходимость наличия в нём именно последовательности действий. То всегда можно сказать, что последовательность состоит из одного действия. Эта "последовательность" только сбивает нас с мысли, когда мы рассматриваем "физические алгоритмы". Если обобщать, то эта часть является очень "вредным" ограничением при изучении возможностей работы с алгоритмом. Потому что совсем не все алгоритмы состоят из такой последовательности. Эта "последовательность" пришла к нам от математиков, рассказывающих о своих сложных алгоритмах. Вот если бы об определении алгоритма раньше математиков задумались физики. Тогда у нас было бы гораздо меньше проблем с поиском способов создать машину синтеза новых алгоритмов. Но история не любит сослагательного наклонения. Поэтому не будем мучить Алису, объясняя что такое наклонение существует.
Для полноты картины недостатков существующего определения слова "Алгоритм" здесь отметим, что и наличие "задачи" тоже "вредит" определению. Это требование очень "очеловечивает" исследуемый термин и мешает докопаться до сути простого физического процесса, которым на самом деле является Алгоритм. Ведь падение простого камня тоже является "физическим алгоритмом"? А какая задача у камня, если рядом нет человека? Да. Её там совершенно нет. А у падения маятника?
Мы совсем забыли про Трансляцию, напоминает Алиса.
Да, статья уже слишком многословна, а трансляция в физике уж очень "заковыриста". О ней нам необходимо обязательно поговорить, но видимо уже в последующих статьях. А здесь лишь обозначим важные и простые примеры трансляции в физике, чтобы не обидеть этого важного алгоритмического близнеца.
Самым важным примером трансляции в физике является возможность получить помощь со стороны математики с использованием её способов работы с алгоритмами и символами (например, в пространстве чисел). Это дополнение пространством математики очень полезно для синтеза новых расчетных "физических алгоритмов". В свою очередь и прикладная область физического применения алгоритмов обогащает пространство математики. Примеров такого симбиоза много: производные, интегралы, векторные поля и многие другие физико-математические формальности. В дополнение к ним нельзя не упомянуть физическое моделирование. Примером такой трансляции является использование модели самолетика для изучения процессов, возникающих при взаимодействии корпуса настоящего самолета с потоками воздуха. Ведь этот физический перенос (совсем как у математика с отрицательными числами) имеет ограничения. А где есть ограничения там вместо Переноса и приходит на помощь его алгоритмический близнец с именем "Трансляция".
И пожалуй стоит остановиться. Вот и Алиса уже не выдержала и спит. Добрых и сказочных ей снов.
Выводы
Хорошенько мы поиграли с выдуманными терминами? Игра это всегда хорошее подспорье в изучении. Поэтому в этой серии статей спрятано несколько таких игр. И игра с номером в заголовке статьи продолжается. Указанный номер это совсем не частица русского языка "не". Он созвучие между нумерацией и особенной единицей измерения, используемой в физике. Какая это единица, и почему с номерами нужно играть, можно обсудить в комментариях.
И опять вознаградим себя за проделанную в чтении текущей статьи работу. Пусть даже наградой будет лишь похвала и перечисление значимых свершений.
В этой статье мы познакомились с "физическим алгоритмом" и его способами Переноса и Трансляции.
Думаю, окончательно "растерзали" существующее определение алгоритма. И подготовили основу для термина, который можно предложить ему на смену.
И помогли нашей маленькой Алисе заснуть.
Вроде бы еще раз развлеклись?
Спасибо Вам за внимание.
Отзывы
Буду очень благодарен за отзывы, пожелания и предложения, так как они помогают мне скорректировать направление развития работы в этой области.
Отдельное волнение у меня есть по стилю повествования и форматированию, используемым в статье (кавычки, абзацы, курсив...). Напишите, пожалуйста, если у Вас есть замечания к ним. Можно личным сообщением.
Ссылки
- Главная страница и теория работы (GitLab GPL): Проект "Общая теория алгоритмов"
- Вводная статья работы "Разрабатываем теорию алгоритмов как проект с открытым исходным кодом". Пожалуйста, не судите строго эту наивную публикацию "сверх-идеи" устаревшей версии 2019 года.
- Статьи серии "Что такое алгоритм?!"
- Статьи в хабе "Программирование":
- Иллюстрации к сказкам Льюиса Кэрролла (Приключения Алисы в Стране чудес и Алиса в Зазеркалье) взяты из одноименных мультфильмов киностудии Киевнаучфильм: Алиса в Стране чудес (мультфильм, 1981) и Алиса в Зазеркалье (мультфильм, 1982)
- Рисунок яблока в статье сформирован сообществом Wikipedia. Лицензия (Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International)
