Три уровня рассмотрения информационных машин

Для того чтобы подвести итоги нашего обсуждения, воспользуемся табл. 1.1, иллюстрирующей уровни понимания устройства, предназначенного для обра-

Таблица 1.1. Три уровня, необходимые для понимания любой машины, предназначенной для решения задач обработки информации

Информационная теория	Представление и алгоритм	Техническая реализация
Что является целью вычислительного процесса, почему именно этот процесс должен использоваться и в чем заключается логика стратегии, обеспечивающей его реализацию?	Каким образом можно реализовать существующую информационную теорию? В частности, как следует представлять входную и выходную информацию и что представляет собой алгоритм преобразования?	Каким образом можно физически реализовать выбранные представление и алгоритм?

ботки информации, необходимые для полного понимания сути такого устройства. Один крайний уровень (верхний) образует абстрактная информаци-

Tinkertoys.- Прим. перев.

40

онная теория устройства. На этом уровне работа устройства описывается как некоторое отображение информации одного вида в информацию другого вида, формальные свойства которого определяются точно: при этом демонстрируются как пригодность использования отображения для решения соответствующих задач, так и целесообразность. Центральный уровень связан с выбором представления для входной и выходной информации и выбором алгоритма, который должен быть использован для преобразования одной в другую. Другой же крайний уровень характеризует подробности физической реализации выбранных алгоритмов и представлений — детальную архитектуру вычислительной машины. Эти три уровня связаны между собой, но связи эти довольно свободны. Выбор некоторого алгоритма, например, проводится с учетом того, что он должен делать и с помощью каких технических средств может быть реализован. На каждом уровне, однако, имеются большие возможности выбора, и получение интерпретаций для каждого уровня связано с разрешением проблем, которые в достаточной степени независимы от проблем двух других уровней.

В конечном счете каждый из этих трех уровней описания займет должное место в понимании процессов обработки информации, обеспечивающих восприятие. Естественно, все они связаны и логически, и каузально. Отметим, однако, одно существенное обстоятельство: поскольку эти три уровня связаны между собой достаточно свободно, для объяснения некоторых явлений можно ограничиться лишь одним или двумя уровнями. Это значит, в частности, что корректно интерпретировать некоторые результаты психофизических наблюдений можно лишь на соответствующем уровне. Слишком часто при попытках связать психофизические проблемы с физиологическими представлениями возникают недоразумения, порожденные неправильным выбором уровня рассмотрения проблем. Некоторые проблемы, например, относятся главным образом к физическим механизмам зрения — скажем, те, которые возникают в связи с остаточными изображениями (типа тех, которые Вы видите после пристального взгляда на зажженную электрическую лампочку) или получением любого цвета при соответствующем смешивании трех основных цветов (непосредственное следствие того, что в сетчатке глаза человека имеются колбочки трех типов). С другой стороны, неоднозначность куба Некера (рис. 1.4), вероятно, требует другого объяснения. Несомненно, объяснение обратимости восприятия куба Некера в определенной степени должно быть связано с наличием в недрах мозга некоторой^бистабильной нервной сети (с двумя различными устойчивыми состояниями), но мало кто удовлетворится объяснением, в котором не обращается внимания на существование двух различных и абсолютно правдоподобных трехмерных интерпретаций этого плоского изображения. Совершенно очевидно, какое объяснение требуется для некоторых явлений. Анатомия нервной системы, например, явно связана главным образом с третьим уровнем, т. е. с физической реализацией обработки информации. То же самое относится и к синаптическим механизмам, потенциалам действия, тормозным воздействиям и подобным явлениям. Нейрофизиология также связана в основном с этим уровнем, но она может способствовать и пониманию характера использованных представлений,

41

Рис. 1.4. Так называемая иллюзия Некера, названная в честь швейцарского естествоиспытателя Л. А. Некера, предложившего ее в 1832 году. Двухмерное представление куба (а) уничтожает его глубину, и соответствующие свойства зрения человека должны обеспечивать ее восстановление. Действительно, глубина куба поддается восприятию, однако возможны две интерпретации (б и в). Восприятие человека специфически переключается с одной интерпретации на другую

особенно при условии, что Вы в определенной степени разделяете приводившиеся выше взгляды Барлоу. Следует, однако, проявлять чрезвычайную осмотрительность, делая на основе нейрофизиологических данных выводы относительно использованных алгоритмов и представлений, особенно до тех пор, пока не будет совершенно четкого понимания того, какая информация должна представляться и какой процесс должен быть реализован.

Психофизика же, с другой стороны, более тесно связана с уровнем алгоритмов и представлений. Различные алгоритмы обычно допускают совершенно разные ошибки при работе в предельных режимах или отсутствии существенной информации. Как можно будет убедиться ниже, преимущественно психофизические данные убедили Поджо и меня в том, что наш первый алгоритм установления соответствия между изображениями стереопары [153]от-личался от алгоритма, применяемого мозгом. Наилучшим же подтверждением того, что наш второй алгоритм [155] примерно соответствует применяемому мозгом алгоритму, явились также психофизические данные. Конечно, собственно информационная теория в обоих случаях оставалась одной и той же, различались лишь алгоритмы, построенные на ее основе.

Психофизика может быть, кроме того, полезной при определении природы представления. В работах Р. Шепарда [213], Э. Роек [205] и Э. Уоррингтон [242] содержатся полезные сведения по этому поводу. Более конкретные результаты получены Стивенсом [221]. На основании данных психофизических экспериментов он утверждает, что угол и направление наклона поверхности являются более подходящими координатами для представления ориентации поверхности, чем, например, более традиционные (р, g ) -координаты пространства градиентов (см. гл. 3). Кроме того, исходя из однородности величины ошибки, допускаемой испытуемыми при определении ориентации поверхности в обширном диапазоне ориентации, он сделал вывод о том, что угол и направление наклона поверхности представляются собственно значениями углов, а не, скажем, их косинусов, синусов и тангенсов.

42

В более общем смысле полное и отчетливое осознание концепции необходимости использования различных уровней для объяснения различных явлений часто помогает оценить справедливость различных контрдоводов, появляющихся время от времени. Допустим, некто утверждает, что мозг не имеет ничего общего с вычислительной машиной, поскольку первый работает параллельно, а вторая — последовательно. Ответ на этот довод, естественно, заключается в том, что различие между последовательным и параллельным устройствами на алгоритмическом уровне вовсе не является фундаментальным, поскольку любую процедуру, запрограммированную для параллельного выполнения, можно переписать в виде последовательно работающей программы (хотя обратное не обязательно верно). Следовательно, это не дает оснований утверждать, что работа мозга столь радикально отличается от работы вычислительной машины, которую невозможно запрограммировать для выполнения тех же функций, которые имеет мозг.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: