Решение задачи — поиск ответа

Поиск, по-видимому, является наиболее частотной метафорой, дополняющей и конкретизирующей метафору «психологического механизма». Один из наиболее ее запоминающихся вариантов был предложен Г. Саймоном и К. Капланом: решение задачи — поиск бриллианта в темноте [К. Kaplan, Н. A. Simon, 1990].

Очень известным и авторитетным вариантом реализации этой метафоры выступает так называемая теория заданного пространства (англ, problem-space theory) Г. Саймона и А. Ньюэлла [A. Newell, Н. A. Simon, 1972]. Причем она возникла много раньше, чем хлесткая формулировка про поиск бриллиантов. Набор ее основных положений можно сформулировать следующим образом:

• задача представляет собой два различающихся между собой состояния — исходное и целевое, переход между которыми неизвестен решателю. Оба состояния явным образом заданы условиями.

Аналогичное описание строения мыслительной задачи можно также найти в работах У. Рейтмана (1968) и Дж. Грино [J. G. Greeno, 1973];

Любой из путей связывает их между собой посредством множества промежуточных состояний. Каждое из состояний — репрезентация проблемной ситуации на каком-то этапе решения;

• • переход между состояниями обеспечивается специальными процедурами, именуемыми операторами (или, если они выполняются решателем во внутреннем плане, — ментальными операторами);
• • условия задачи несут в себе как разрешенные действия, так и набор запретов (ограничений), делающих какие-то шаги решателя и, следовательно, часть промежуточных состояний временно невозможными (подробнее см. ниже). Принципиально недостижимые состояния в заданное пространство вообще не включаются;
• • сам процесс решения заключается в поиске пути от исходного к целевому состоянию через ряд промежуточных. Правильный ответ предполагает демонстрацию последовательности шагов от первого состояния до второго, не нарушающей ограничений, которые содержатся в условии задачи;
• • исходное состояние, целевое состояние, операторы и ограничения могут быть лучше или хуже определены. Например, исходное состояние может быть определено хорошо, а целевое состояние и операторы — плохо (сделать что-нибудь привлекательное из данного материала); или плохо определено исходное состояние, и хорошо определено целевое (доказать математическую гипотезу). Однако максимально убедительно теория заданного пространства работает применительно к хорошо определенным задачам (в которых хорошо определено и исходное, и целевое состояния)^[1]. (Их мы описали в гл. 1);
• • вся совокупность возможных состояний, которую демонстрируют решатели, операторы, цели и ограничения носят название пространства задачи; процесс решения задачи, таким образом, оказывается поиском пути в его пределах.

Классической иллюстрацией данной теории является описание процесса решения простого варианта задачи «про орков и хоббитов» (она имеет множество модификаций как по составу, так и по количеству участвующих в ней существ). Ее условия таковы: необходимо перевезти с левого берега реки на правый трех орков и трех хоббитов с помощью одной лодки, в которой помещается не более двух существ. При этом если на каком-то берегу орков в какой-то момент окажется больше, чем хоббитов, они немедленно их съедят. Чтобы лодка могла пересечь реку, в ней должно быть хотя бы одно существо. Пространство этой задачи, т. е. последовательные репрезентации задачи и операторы, обеспечивающие переходы между ними, представлены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Пространство задачи про орков и хоббитов из исследования.

[J. С. Thomas, 1974]:

Исходное состояние — 331; целевое состояние — 000.

Условные обозначения: 331 — 3 орка, 3 хоббита и лодка на левом берегу реки;

• 220 — 2 орка и 2 хоббита на левом берегу реки без лодки и т. д.;
• 000 — на левом берегу реки никого; все существа и лодка — на правом берегу.

В описанном виде теория обладает очевидной неполнотой: она не объясняет, каким образом решатель ориентируется в пространстве задачи и может пошагово перемещаться по нему не хаотически, а приближаясь от исходного состояния к целевому. Ответом на этот вопрос выступают эвристики — специальные мыслительные средства, позволяющие вести поиск (в первую очередь сокращать количество перебираемых вариантов и (или) время решения) в условиях неполной информации о задаче. Их использование и позволяет целенаправленно приближаться к цели, сокращая различия между текущим и целевым состоянием. Таким образом, процесс решения задачи описывается здесь как эвристический поиск.

Наиболее часто в работах цитированных авторов (например: [A. Newell, Н. A. Simon, 1972; D. Klahr, Н. A. Simon, 1999]) обсуждаются следующие эвристики:

• 1. «Предложи и проверь». Этот метод состоит в том, чтобы приложить какие-то операторы к текущему состоянию задачи, а затем проверить, не достигнуто ли целевое состояние. Если нет, следует применить другой оператор.
• 2. «Карабканье в гору» (hill climbing). При использовании этого метода решатель делает пробные шаги в разных направлениях, после чего выбирает тот шаг, который обеспечивает наибольшее продвижение к цели («кратчайшее расстояние до вершины горы»); затем процесс повторяется.
• 3. «Анализ целей и средств» (means-ends analysis). Этот метод сравнивает текущее и целевое состояния и описывает разницу между ними. Затем выбирается оператор, который предназначен уменьшить наиболее важные или заметные различия. Если оператор применить нельзя, ставится подцель — уменьшить различия между наличным и тем состоянием, к которому может быть приложен выбранный оператор, т. е. метод используется для решения задачи рекурсивно.
• 4. «Планирование» включает выделение подцелей, достижение которых обеспечит и достижение целевого состояния.
• 5. «Аналогия» использует отображение новой целевой области на уже знакомую область-источник. Аналогия может трактоваться как эвристика, позволяющая заменить данное пространство задачи более продуктивным.

Авторитет теории заданного пространства настолько высок, что даже было высказано предложение считать ее нормативной теорией для процессов решения хорошо определенных задач по аналогии с нормативным характером формальной логики по отношению к процессам дедуктивного вывода [М. W. Eysenk, М. Т. Keane, 2002].

Существуют и иные модели, объясняющие процесс решения задачи по аналогии с обсуждаемой теорией. Так, Ж.-Ф. Ришар предложил способ описания процесса решения достаточно широкого круга задач в терминах управления запретами [J.-F. Richard, 1990; Ж.-Ф. Ришар, 1995]. Основные утверждения этой теории состоят в следующем: задача (описание несовпадающих исходной и целевой ситуаций) в ходе процесса решения представлена человеку как набор запретов, которые упорядочены по их значимости. Они возникают как на основании прошлого опыта, так и прямо по ходу решения. Можно обнаружить несколько типов ограничений. Например, запреты, налагаемые на возможные действия человека условиями задачи; запреты, связанные с целями, и т. д. При этом все они выступают в комплексе, поэтому решатель не может оценить их роль на основании своих действий.

Влияние запретов приводит к тому, что некоторые состояния в ходе решения оказываются тупиковыми: любое дальнейшее действие становится невозможным. Оно наталкивается на какой-либо запрет. Тупики обнаруживают себя длительными паузами, возвратами к более ранним этапам, репликами, что задача не имеет решения. Выход из такого состояния происходит путем нарушения запрета. Из всей их совокупности выделяется наименее значимый, который и оказывается отвергнутым.

Понятие запрета позволяет выразить на одном «языке» самые разные явления и переменные, включенные в процесс решения задачи: представление проблемной ситуации, эвристики, цели и их изменение по ходу дела, правила запоминания материала и т. п. Такое описание оказывается очень удобным для компьютерной имитации мыслительных процессов [Ж.-Ф. Ришар, 1995].

Помимо очевидных достоинств, описанных выше, имеет смысл указать и слабые стороны того варианта поиска решения, на котором настаивает теория заданного пространства. Анализ показывает, что он полноценно объясняет лишь процесс решения хорошо определенных задач (если целевое состояние в явном виде не задано или отсутствуют критерии проверки правильности ответа, описанные механизмы работают много хуже). Такой поиск опирается на ментальную репрезентацию задачи и обязательно предполагает последовательный пошаговый характер продвижения к ее решению. Это ставит под сомнение феномен инсайта, который связан с резкими глобальными изменениями репрезентации задачи в ходе решения. (Подробнее дискуссия о существовании инсайта обсуждается в подп. 3.2.1). И, наконец, теория заданного пространства испытывает определенные затруднения с описанием и объяснением развитых форм мышления, например мышления экспертов (о нем см. гл. 6).

Однако теория Ньюэлла и Саймона позволяет иначе взглянуть на принципиальные психологические механизмы решения задач. Используя метафору поиска, можно обнаружить, что они вводят в игру совсем разные регистры или варианты поиска решения.

Ассоциативные механизмы представляют собой классический пример ненаправленного поиска: решение задачи оказывается найденным в результате большого количества разнонаправленных попыток, в ходе которых постепенно уточняются зона поиска и (или) его содержание. В противовес этому телеологические и структурные механизмы описывают поиск совершенно иного рода, в ходе которого решатель продвигается в определенном направлении (или направлениях). В этих двух случаях структура задачи, предполагающая определенную связь между известным и неизвестным, помогает решателю не совершать хаотических проб. Однако сама природа этой связи весьма различна. В случае телеологических моделей она задается характеристиками цели, — семантические, пространственные, перцептивные и т. д., свойства которой ориентируют решателя в заданном пространстве. А эвристики придают поиску относительно управляемый характер. В случае структурных теорий связи понимаются гораздо уже: речь идет лишь о функциональных взаимоотношениях частей задачи, складывающихся в гештальт.

Также описанные психологические механизмы задают различный уровень управляемости процесса решения. В случае телеологических теорий решатель имеет возможность (но не обязанность!) произвольно направлять поиск, планируя свои действия, выбирая будущие шаги и обеспечивая таким образом поступательное продвижение к цели. Подробное описание такого поиска с использованием эвристических стратегий дает теория задачного пространства. В противовес этому механистические и структурные модели предполагают в значительной степени неуправляемый характер процесса решения задачи. Поиск регулируется не только сознательными намерениями решателя, но и структурой и содержанием его семантической памяти, уровнем активации определенных моторных программ и т. п. — в случае ассоциативных теорий, и организацией условий задачи, которая накладывает противоречивые (конфликтные) требования на ее ключевые элементы, — в случае структурных теорий.

Следующие метафоры менее популярны, чем метафора поиска, однако предлагают взглянуть на процесс решения задачи под совсем другим углом.

• [1] Именно в этом случае описанный здесь (ранний) вариант теории заданного пространства обладает некоторыми чертами, сближающими его с теориями вюрцбургскихпсихологов.