Метод проб и ошибок
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2008 г. ) |
Метод проб и ошибок — фундаментальный метод решения проблем. [1] характеризуются повторяющимися, разнообразными попытками, которые продолжаются до успеха, [2] или пока практикующий не перестанет пытаться.
По словам У. Торпа , этот термин был К. придуман Ллойдом Морганом (1852–1936) после опробования подобных фраз «проба и неудача» и «испытание и практика». [3] Согласно канону Моргана , поведение животных следует объяснять как можно проще. Там, где поведение, по-видимому, подразумевает высшие психические процессы, это можно объяснить методом проб и ошибок. Примером может служить умелый способ, с помощью которого его терьер Тони открыл садовую калитку, что легко было бы ошибочно принять за проницательный поступок для того, кто видел окончательное поведение. Ллойд Морган, однако, наблюдал и записывал серию приближений, с помощью которых собака постепенно усвоила реакцию, и смог продемонстрировать, что для ее объяснения не требуется никакого понимания.
Эдвард Ли Торндайк был инициатором теории обучения методом проб и ошибок, основанной на результатах, которые он показал, как проводить эксперименты методом проб и ошибок в лаборатории. В его знаменитом эксперименте кошку поместили в несколько коробок-пазлов, чтобы изучить закон эффекта в обучении. [4] Он составил график, чтобы изучить кривые, фиксирующие время каждого испытания. Ключевое наблюдение Торндайка заключалось в том, что обучению способствуют положительные результаты, что позже было уточнено и расширено с помощью Б. Ф. Скиннера оперантного обусловливания .
Метод проб и ошибок также является методом решения проблем, ремонта , настройки или получения знаний . В области информатики этот метод называется генерировать и тестировать ( грубая сила ) . В элементарной алгебре при решении уравнений используется принцип «угадай и проверь» .
Этот подход можно рассматривать как один из двух основных подходов к решению проблем, в отличие от подхода, использующего понимание и теорию . Однако существуют промежуточные методы, которые, например, используют теорию для руководства методом, подход, известный как управляемый эмпиризм .
Этот образ мышления стал основой Карла Поппера критического рационализма .
Методология
[ редактировать ]Метод проб и ошибок наиболее успешно используется при решении простых задач и в играх, и часто это последнее средство, когда не применяются очевидные правила. Это не означает, что этот подход по своей сути небрежен, поскольку человек может методично манипулировать переменными, пытаясь разобраться в возможностях, которые могут привести к успеху. Тем не менее, этим методом часто пользуются люди, мало разбирающиеся в проблемной области. Метод проб и ошибок был изучен с его естественной вычислительной точки зрения. [5]
Простейшие приложения
[ редактировать ]Эшби (1960, раздел 11/5) предлагает три простые стратегии решения одной и той же основной задачи упражнений, которые имеют очень разную эффективность. Предположим, что набор из 1000 переключателей включения/выключения необходимо настроить на определенную комбинацию путем случайного тестирования, при этом ожидается, что каждый тест займет одну секунду. [Этот вопрос также обсуждается у Трэйла (1978–2006, раздел C1.2). Стратегии следующие:
- перфекционистский метод «все или ничего», без попыток добиться частичного успеха. Ожидается, что это займет более 10 ^ 301 секунды, [т. е. 2 ^ 1000 секунд или 3,5 × (10 ^ 291) столетий]
- последовательное тестирование коммутаторов с фиксацией частичных успехов (при условии, что они очевидны), что в среднем займет 500 секунд.
- параллельное, но индивидуальное тестирование всех коммутаторов одновременно, которое займет всего одну секунду
Обратите внимание на молчаливое предположение, что для решения этой проблемы не требуется никакого интеллекта или понимания. Однако существование различных доступных стратегий позволяет нам рассмотреть отдельную («высшую») область обработки — «метауровень» над механикой переключения, — где различные доступные стратегии могут выбираться случайным образом. Опять же это «проб и ошибок», но уже другого типа.
Иерархии
[ редактировать ]Книга Эшби развивает эту идею «метауровня» и расширяет ее до целой рекурсивной последовательности уровней, последовательно расположенных друг над другом в систематической иерархии. На этом основании он утверждает, что человеческий интеллект возникает из такой организации: во многом полагаясь на метод проб и ошибок (по крайней мере, первоначально на каждом новом этапе), но в конце всего этого появляясь с тем, что мы бы назвали «интеллектом». Таким образом, предположительно самый верхний уровень иерархии (на любой стадии) по-прежнему будет зависеть от простого метода проб и ошибок.
Трэйл (1978–2006) предполагает, что эта иерархия Эшби, вероятно, совпадает с . известной теорией стадий развития Пиаже [В этой работе также обсуждается пример Эшби с 1000 переключателями; см. §C1.2]. В конце концов, частью доктрины Пиаже является то, что дети сначала учатся, активно действуя более или менее случайным образом, а затем, надеюсь, учатся на последствиях — и все это имеет определенное сходство со случайным «методом проб и ошибок» Эшби. .
Приложение
[ редактировать ]Трэйл (2008, особенно таблица «S» на стр. 31 ) вслед за Джерном и Поппером рассматривает эту стратегию как, вероятно, лежащую в основе всех систем сбора знаний — по крайней мере, на их начальном этапе .
Выделено четыре таких системы:
- Естественный отбор , который «обучает» ДНК вида,
- Мозг человека (только что обсуждавшийся);
- «Мозг» общества как такового (включая общедоступную науку); и
- Адаптивная иммунная система .
Функции
[ редактировать ]Метод проб и ошибок имеет ряд особенностей:
- ориентированность на решение: метод проб и ошибок не пытается выяснить, почему решение работает, а просто понять, что это решение .
- специфичность для конкретной проблемы: методом проб и ошибок не предпринимаются попытки обобщить решение других проблем.
- неоптимальный: метод проб и ошибок – это, как правило, попытка найти решение , а не все решения и не лучшее решение.
- требует мало знаний: метод проб и ошибок может продолжаться там, где знание предмета мало или вообще отсутствует.
Можно использовать метод проб и ошибок, чтобы найти все решения или лучшее решение, когда существует проверяемое конечное число возможных решений. Чтобы найти все решения, нужно просто сделать заметку и продолжать, а не завершать процесс, когда решение найдено, пока все решения не будут опробованы. Чтобы найти лучшее решение, нужно найти все решения только что описанным методом, а затем провести их сравнительную оценку на основе некоторого заранее определенного набора критериев, наличие которых является условием возможности найти лучшее решение. (Кроме того, когда может существовать только одно решение, как при сборке головоломки, тогда любое найденное решение является единственным решением и, следовательно, обязательно является лучшим.)
Примеры
[ редактировать ]Метод проб и ошибок традиционно был основным методом поиска новых лекарств, например антибиотиков . Химики просто пробуют химические вещества наугад, пока не найдут одно с желаемым эффектом. В более сложной версии химики выбирают узкий диапазон химических веществ, которые, как считается, могут оказать определенный эффект, используя метод, называемый взаимосвязью структура-активность . (Последний случай можно альтернативно рассматривать как изменение проблемы, а не стратегии решения: вместо «Какое химическое вещество будет хорошо работать в качестве антибиотика?» проблема в сложном подходе звучит так: «Какое из химических веществ, если таковое имеется, будет лучше действовать в качестве антибиотика?» в этом узком диапазоне будет хорошо работать как антибиотик?») Этот метод широко используется во многих дисциплинах, таких как технология полимеров, для поиска новых типов или семейств полимеров.
Метод проб и ошибок также часто наблюдается в реакциях игроков на видеоигры : столкнувшись с препятствием или боссом , игроки часто формируют ряд стратегий, чтобы преодолеть препятствие или победить босса, причем каждая стратегия выполняется до того, как игрок либо добьется успеха, либо добьется успеха. выходит из игры.
Спортивные команды также используют метод проб и ошибок, чтобы выйти в плей-офф и/или пройти через него и выиграть чемпионат , пробуя различные стратегии, игры, составы и расстановки в надежде победить каждого противника на пути к победе. Это особенно важно в серии плей-офф, в которой для продвижения требуется несколько побед , где команда, проигравшая игру, будет иметь возможность опробовать новую тактику, чтобы найти способ победить, если она еще не вылетела.
Научный метод можно рассматривать как содержащий элемент проб и ошибок при формулировании и проверке гипотез. Также сравните генетические алгоритмы , имитацию отжига и обучение с подкреплением — все разновидности поиска, в которых применяется основная идея метода проб и ошибок.
Биологическую эволюцию можно рассматривать как форму проб и ошибок. [6] Случайные мутации и половые генетические вариации можно рассматривать как испытания, а плохую репродуктивную приспособленность или отсутствие улучшенной приспособленности — как ошибку. Таким образом, по прошествии длительного времени «знания» о хорошо адаптированных геномах накапливаются просто благодаря их способности воспроизводиться .
Bogosort , концептуальный алгоритм сортировки (крайне неэффективный и непрактичный), можно рассматривать как метод проб и ошибок при сортировке списка. Однако типичные простые примеры богосорта не отслеживают, какие порядки списка были опробованы, и могут пробовать один и тот же порядок любое количество раз, что нарушает один из основных принципов метода проб и ошибок. Метод проб и ошибок на самом деле более эффективен и практичен, чем богосорт; в отличие от bogosort, она гарантированно останавливается за конечное время на конечном списке и может даже быть разумным способом сортировки очень коротких списков при некоторых условиях.
Пауки-скакуны рода . Portia методом проб и ошибок находят новую тактику против незнакомой добычи или в необычных ситуациях и запоминают новую тактику [7] Испытания показывают, что Portia fimbriata и Portia labiata могут использовать метод проб и ошибок в искусственной среде, где цель паука — пересечь миниатюрную лагуну , слишком широкую для простого прыжка, и он должен либо прыгнуть, затем плыть, либо только плыть. [8] [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кэмпбелл, Дональд Т. (ноябрь 1960 г.). «Слепое изменение и избирательное сохранение творческих мыслей, как и других процессов познания». Психологический обзор . 67 (6): 380–400. дои : 10.1037/h0040373 . ПМИД 13690223 .
- ^ Краткий Оксфордский словарь, стр. 1489.
- ^ Торп WH Истоки и возникновение этологии. Хатчинсон, Лондон и Прегер, Нью-Йорк. стр26. ISBN 978-0-03-053251-1
- ^ Торндайк Э.Л. 1898. Интеллект животных: экспериментальное исследование ассоциативных процессов у животных. Психологические монографии №8.
- ^ X. Бэй, Н. Чен, С. Чжан, О сложности проб и ошибок, STOC 2013
- ^ Райт, Сервалл (1932). «Роль мутации, инбридинга, скрещивания и отбора в эволюции» (PDF) . Материалы Шестого международного конгресса по генетике . Том 1 (6): 365 . Проверено 17 марта 2014 г.
- ^ Харланд, Д. П. и Джексон, Р. Р. (2000). « «Восьминогие кошки» и как они видят — обзор недавних исследований пауков-прыгунов (Araneae: Salticidae)» (PDF) . Цимбебазия . 16 : 231–240. Архивировано из оригинала (PDF) 28 сентября 2006 года . Проверено 5 мая 2011 г.
- ^ Джексон, Роберт Р.; Фиона Р. Кросс; Крис М. Картер (2006). «Географические различия в способности паука решать проблему содержания методом проб и ошибок» . Международный журнал сравнительной психологии . 19 (3): 282–296. дои : 10.46867/IJCP.2006.19.03.06 . Проверено 8 июня 2011 г.
- ^ Джексон, Роберт Р.; Крис М. Картер; Майкл С. Тарситано (2001). «Решение методом проб и ошибок проблемы удержания паука-прыгуна Portia fimbriata ». Поведение . 138 (10). Лейден: Конинклийке Брилл: 1215–1234. дои : 10.1163/15685390152822184 . ISSN 0005-7959 . JSTOR 4535886 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Эшби, WR (1960: второе издание). Дизайн для мозга . Чепмен и Холл : Лондон.
- Трэйл, Р.Р. (1978–2006). Молекулярное объяснение интеллекта… , Диссертация Университета Брюнеля , HDL.handle.net
- Трейл, Р.Р. (2008). Думаете посредством молекулы, синапса или того и другого? — От схемы Пиаже к отбору/редактированию нкРНК . Ондвелле: Мельбурн. Ondwelle.com — или французская версия Ondwelle.com.
- Зиппелиус, Р. (1991). Экспериментальный метод в праве (метод проб и ошибок в юриспруденции), Академия наук, Майнц, ISBN 3-515-05901-6