Введение

Существующие ... возможности позволяют хранить, обрабатывать и классифицировать такие объёмы данных, которые ни один человек единолично не в силах даже осмотреть за всю свою жизнь ... при всех технологических успехах ... человек может обработать информацию так, что это преобразование не получается свести только к вычислительной производительности и способности сохранения большого объёма данных. И ... это изменение информации не сводится и к трансформации данных в натренированной нейронной сети ...

Вопрос структуры обработки информации человеком ... на текущий момент существует несколько детально проработанных подходов формализации этой возможности человека. Приведем некоторые наиболее значимые с указанием базового предположения, послужившего для них основой:

• представимость данных и алгоритмов в едином структурном текстовом виде для совместной их обработки (LISP и наследники),
• представимость информации в виде совокупности высказываний исчисления предикатов с процедурой логического вывода требуемого высказывания (Prolog и наследники),
• представимость информации в виде семантической сети с процедурами анализа, выборки и синтеза новых знаний на её основе (экспертные системы знаний),
• возможность получения требуемого преобразования информации аппроксимацией на основе множества образцов правильных примеров преобразования, предоставляемых человеком (нейронные сети и подобные им технологии).

... ни один из них не поясняет особенность, так явно выделяющую человека в процессах обработки информации. Эта проблема порождает цель нашей работы. Цель — формализация способов работы человека с информацией.

Для достижения поставленной цели в нашей работе вводится новое базовое предположение... Базовое предположение состоит в том, что любая информация является алгоритмом или его частью, а преобразование информации является преобразованием алгоритма.

Поясняя это утверждение, стоит указать, что слово "алгоритм" в нём имеет специализацию значения. Эта специализация появляется при смене акцентов в рассмотрении общепринятого значения, в котором мало внимания уделяется структуре субъекта выполняющего алгоритм и способам работы этого субъекта с описанием алгоритма. Алгоритм в этой работе задаётся как способ возможного и повторимого преобразования структуры и параметров объектов среды. В зависимости от специализации таких преобразований в алгоритме можно выделить различные функциональные компоненты: работник, материал и идентификатор - и тогда алгоритм сводится к выполнению работником фиксированного преобразования структуры и параметров близко расположенных объектов (материала) в ситуации, когда близко располагается его идентификатор. Нетрудно убедиться, что данные функциональные компоненты и предлагаемое далее определение алгоритма не противоречат существующему значению слова "алгоритм" ...

... каким образом человек создаёт новый алгоритм из уже имеющихся в наличии алгоритмов, что в общепринятой терминологии тождественно процессу создания новой информации на основе ранее известных сведений. Конечно, эта тождественность ограничена значением слова "информация". Для описания применимости этого тождества далее в главе, посвящённой формальному определению термина сознание, будет приведены существующие способы использования слова "информация" и описание для каждого способа возможности перехода к термину алгоритм.

... способы познания в нахождении аналогии. Этой аналогией стало сходство процессов развития архитектуры программных проектов и процессов эволюционного развития живых организмов ... припоминая элементарные био-преобразования, например с участием ферментов, получилось сформировать приведённую выше структуру определения алгоритма.

... необходимо было зафиксировать важные признаки среды, которые требовались для абстрагирования этого определения. Первыми такими признаками-абстракциями стали следующие понятия: "близко", "объект", "структура", "преобразование". Они для каждой прикладной области, будь то биопроцессы или процессы в вычислительной технике, имеют свою конкретную реализацию. Из всех найденных признаков и процессов отобрана минимальная совокупность, сформировавшая алгоритмическое пространство, на основе которого возможны функционально полный анализ и синтез в рамках алгоритмической модели. Наличие возможности трансляции между алгоритмическим пространством и некоторой прикладной областью является необходимым и достаточным для обеспечения возможности использования разработанной модели в этой области.

С использованием алгоритмической модели описание многих процессов становится нагляднее. Для нашей работы из всех процессов мы выбрали те, в которых происходит синтез (преобразование, развитие и создание) и сохранение (создание копий) алгоритма. В биологическом варианте на уровне эволюционных процессов эти преобразования происходят, например, при размножении. Закономерности, выявленные при рассмотрении этого уровня, сгруппированы в главе, посвящённой медленному синтезу алгоритмов. В других биологических процессах на уровне развития организма и во взаимодействии особей одного вида в их жизненном цикле так же происходит синтез алгоритмов, и особенности этого уровня сгруппированы в главах, посвящённых быстрому синтезу алгоритмов. Наиболее развитые способы работы с алгоритмами встречаются на уровне процессов человеческого сознания и работы с Языком. Приемы, используемые на этом уровне, раскрыты в главах, посвящённых виртуальному синтезу алгоритмов в пространстве языка.

Отельное внимание в работе было уделено принципам общим для всех перечисленных уровней синтеза алгоритма. Они участвуют в процессах создания структурно сложного алгоритма на основе ранее существующих простых алгоритмов. Такими принципами являются использование специализации и организации, применение универсальности и комплементарности. Эти способы имеют свою основу в совокупности признаков алгоритмической модели, которые детально раскрыты в главе, посвящённой введению формализации алгоритмического пространства.

... обозначенные уровни синтеза алгоритмов в основе своего разделения имеют различие в опорной структуре, сохраняющей описание макро-алгоритма. И в наблюдаемом примере биологического варианта развития алгоритмического пространства эти уровни выстроились в последовательность эпох в порядке появления этих структур.

Первой биологической эпохой стала эпоха Генов, и используемая в ней структура описания и хранения алгоритмов своими качествами обеспечила "зарождение жизни" и планомерное накопление множества алгоритмов методами, использующими ненаправленный статистический медленный синтез, для реализации которого в алгоритмическом пространстве достаточно статистически большого количества опорных объектов и неравномерности среды, задающей критерий естественного отбора.

В этой и каждой последующей эпохе развития алгоритмического пространства выполняется решение трех задач:

• формирование структуры, содержащей описание (последовательность элементов) алгоритма;
• создание способов синтеза новых алгоритмов на основе изменения опорной структуры;
• создание способов сохранения опорной структуры синтезированного алгоритма (её копирование, противодействующее разрушениям в ходе соревнований с другими алгоритмами).

Интересно, что последовательность решения этих задач в разных эпохах различна, иногда они очень переплетены, а иногда независимы. Так для эпохи Генов формирование структуры и обеспечение её самокопируемости (то есть сохранения) вынуждено происходили совместно. А развитие способов синтеза завершало эту эпоху.

Для следующей эпохи — эпохи Памяти — опорной структурой стала память. Способы синтеза развивались совместно с формированием этой структуры и привели к зарождению абстрактного переноса, который обеспечил накопление множества универсальных алгоритмов. В завершении эпохи появились способы копирования алгоритмов, опирающихся на память, в основе которых было формирование коммуникации и опорных элементов для структуры следующей эпохи.

Этой следующей эпохой стала эпоха Языка. В ней развитие способов синтеза алгоритмов так же происходило совместно с формированием опорной структуры (основой ей стал Язык). Способы синтеза этой эпохи самые разнородные:

• от изначального обслуживания процессов копирования опорной структуры памяти от организма к организму;
• к процедурам обозначения и подмены процессов среды (виртуализации) для копирования алгоритмов памяти вне ситуации их исполнения;
• далее к закреплению опорной языковой структуры для трансляции последовательности признаков и действий алгоритма памяти в последовательность символов (звуковых, графических и иных) и обратной трансляции в структуру памяти;
• формирование способов трансляции языковой структуры (последовательности символов) в эквивалентную с точки зрения восстановленного по ней алгоритма памяти (обслуживание синонимичных символов);
• формирование способов синтеза на основе трансляции языковой структуры (последовательности символов) в новую не эквивалентную языковую структуру.
• развитие способов синтеза на основе трансляции языковой структуры введением ограничений на возможные символы, их последовательности и методы их преобразований (формализация языка);
• разработка трансляционного способа синтеза на основе зарождающегося вспомогательного инструмента, которым стало еще примитивная, но уже полноценная система моделирования, использующая символьную систему формального языка с правилами само-трансляции и способами трансляции из алгоритмов памяти в прикладную область и обратно в алгоритмы памяти.

Параллельно с этими процессами развития был сформирован способ сохранения языковой структуры — трансляция структуры последовательности символов языка в устойчивую структуру объектов среды (строку). И вместе с этим способом появился способ копирования языковой структуры вне процессов коммуникации (комплементарное копирование строки).

Для достижения главной цели работы в рассмотрении эпохи Языка было необходимо ввести определение термина сознание. Примечательным стал факт, что формализация этого термина появилась в предшествующей эпохе Памяти при рассмотрении процессов коммуникации с использованием формирующейся алгоритмической модели. Но в процессе анализа методов работы с алгоритмами стало ясно, что варианты работы человека с информацией не ограничиваются способами синтеза алгоритмов с участием сознания. По структуре процессов от этих способов обособлена работа человека с системой моделирования памяти, в которой на основе:

• признаковой комплементарной виртуализации объектов прикладной области в виде эффективных в обработке элементов таких, например, как узлы памяти;
• и трансляции алгоритмов с участием исходных объектов среды в алгоритмы трансформации соответствующих элементов

— производится модельная трансляция в пространство, характеризующееся более эффективным синтезом макро-алгоритмов. Для практического использования успешных результатов такого синтеза они должны быть транслированы обратно в алгоритмы прикладной области, где необходима их экспериментальная проверка. С использованием сознания и виртуальных символов используемая система моделирования получила развитие в виде второго этапа трансляции в пространство языковой модели с символами в качестве элементов.

Для разбора методов работы человека с системами моделирования в главе, посвященной синтезу алгоритмов трансляцией, с использованием алгоритмического пространства рассмотрены примеры и особенности моделирования в разных областях знаний человека и в основных научных направлениях. Интересно, что в рамках выполнения текущей работы формализованы процессы моделирования (дано определение модели), но при этом вся работа в целом является построением и использованием конкретной модели (алгоритмической), которая сама согласуется со введенным внутри себя определением. Из-за этой рекурсивности в работе у терминов, относящихся к модели, появляется неоднозначность, для устранения которой вводится разделение форматированием:

• полужирное начертание используется для обозначения главного инструмента, используемого в этой работе, и его основных частей (алгоритмическая модель, пространство, признаки);
• курсивное начертание используется для определяемых в работе терминов (модель, пространство, признак).

Особенностью эпохи Языка стало обособление структуры, описывающей алгоритм, от организма и от его частного случая — человека. Такая обособленность дала возможность эффективного копирования этой структуры, но разделила процесс сохранения алгоритма, на две независимые составляющие: копирование структуры алгоритма (текста описания) и копирование исполнителя этого алгоритма (человека, способного исполнить это описание). Что привело, например, к таким явлениям как отсутствие возможности понять смысл (исполнимость) в найденных языковых строках "вымерших языков".

Заключительным шагом эпохи Языка стало формирование систем, имеющих возможность исполнять структуру формального языка без участия организма (без трансляции в структуру памяти организма), путем формирования работников для специализированных текстов формального Языка (кода). Эти работники своим появлением обозначают переход к новой эпохе развития.

В этой новой эпохе Кода мы сейчас пребываем. Способы копирования кода тривиальны (они тождественны копированию строки). А вот синтез с опорой на структуру кода без участия памяти организма пока не самый эффективный. Одной из важных подзадач этой работы стало преодоление барьера низкой эффективности развития в алгоритмической системе, опирающейся на код без участия организма. Как одно из решений этой подзадачи предлагается использование вне организма кодовой реализации модели памяти, построенной в главе эпоха Памяти.

Развитие синтеза с опорой на структуру кода связано с развитием программных языков и введением в них специализаций и ограничений, повышающих эффективность. Рассмотрение основных этапов этого развития приведено в главе посвященной программному синтезу алгоритмов.

В эпоху Кода закрепилось разделение алгоритма на исполнителя (компьютер) и структуры кода и данных. Это привело к тому, что слово "алгоритм", используемое в компьютерных науках текущего времени, полностью соответствует лишь части предложенного в текущей работе термина алгоритм (а именно его структуре кода). При этом исполнитель как универсальный и одинаковый объект для разных структур, описывающих алгоритмы эпохи Языка и эпохи Кода, не выделяется в определении "алгоритма". Данное разделение структуры и исполнителя нецелесообразно для алгоритмов эпохи Генов и очень сложно для эпохи Памяти. Поэтому в текущей работе с целью получения универсального определения была предложена измененная версия термина алгоритм.

Отдельно для каждой эпохи стоит вопрос сохранения алгоритма. Для эпохи Кода решение этого вопроса отличается от способов предшествующих эпох. Особенность вызвана иной природой реализации её исполнителя (компьютера), у которого в отличие от исполнителей предыдущей эпохи отсутствует процесс самокопирования, а копирование обеспечивается внешним процессом с использованием активности биологических организмов.

В заключении работы отдельная глава выделена для тем интересных, но стоящих несколько в стороне от решения основной задачи работы. Перечислим основные рассматриваемые направления:

• польза применения алгоритмической модели к психическим и социальным процессам в человеке и человеческом сообществе;
• попытка встроить разработанную алгоритмическую модель в философскую картину мира и "побаловаться" предсказаниями направлений её развития;
• поиск ограничений применимости и возможностей существования аналогов алгоритмического мира.

https://telegra.ph/Obshchaya-teoriya-algoritmov-01-20