5. Процессы как алгоритмы

Размышляя об алгоритмах, теоретики часто подразумевают виды алгоритмов, обладающих свойствами, которых лишены алгоритмы, интересующие нас. Например, когда об алгоритмах размышляют математики, они обычно имеют в виду алгоритмы, относительно которых можно доказать, что они полезны при вычислении конкретных интересующих их математических функций. (Простой пример тому – деление в столбик. В причудливом мире криптографии внимание привлекает разложение большого числа на простые множители.) Но алгоритмы, которые будут интересовать нас, не имеют ничего особенно общего с системой счисления или иными математическими объектами; это алгоритмы классификации, отсева и созидания⁶².

Поскольку большинство математических обсуждений алгоритмов сосредоточено на их гарантированной или математически доказанной эффективности, люди иногда допускают простейшую ошибку, считая, что процесс, эксплуатирующий случайность или беспорядочность, алгоритмом не является. Но даже при делении в столбик есть место случайности!

Помещается ли делитель в делимом шесть, семь или восемь раз? Как знать! Да и кому это интересно? Этого и не нужно знать: для того чтобы делить в столбик, большого ума не надо. Алгоритм просто требует, чтобы вы выбрали число – любое, если вам угодно, – и проверили результат. Если избранное число слишком мало, увеличьте его на единицу и начните заново; если оно слишком велико – уменьшите. Относительно деления в столбик можно быть уверенным в одном: оно всегда в конечном счете получается, даже если ваш первоначальный выбор максимально неудачен (в этом случае процесс просто займет немного больше времени). Компьютеры успешно решают сложные задачи несмотря на крайнюю глупость – и именно потому кажутся волшебным изобретением: как что-то настолько безмозглое, как машина, может делать что-то настолько толковое? Итак, не вызывает удивления то, сколь часто интересные алгоритмы используют тактику уточнения выбора, механически проверяя каждого взятого наугад кандидата. Это не только не влияет на их доказуемую эффективность – зачастую именно в этом секрет их эффективности⁶³.

Для начала можно сосредоточиться на группе эволюционных алгоритмов, рассмотрев повседневные алгоритмы, обладающие теми же важными особенностями. Дарвин привлекает наше внимание к повторяющимся волнам соперничества и отбора, так что возьмем обычный алгоритм организации турнира с выбыванием (например, теннисного), который неизбежно венчается четвертьфиналами, полуфиналами и, наконец, финалом, в ходе которого определяется единственный победитель.

Заметим, что такая процедура удовлетворяет трем условиям. Процедура не изменится, ведем ли мы счет мелом на доске, в компьютерном файле или – необычная возможность – вообще ничего не записываем, а просто осуществляем отбор, веером расположив несколько отгороженных друг от друга теннисных кортов, у каждого из которых две калитки на вход и лишь одна на выход – и через нее победитель попадает на корт, где состоится следующий матч. (А проигравших пристреливают и прикапывают на месте.) Не нужно быть гением, чтобы провести участников состязания через такое «сито», в конце каждого матча заполняя бумаги (или расстреливая проигравших). Алгоритм всегда сработает.

Но что именно он делает? На входе мы имеем некоторое количество участников и гарантию уничтожения для всех, кроме единственного победителя. Но что представляет собой победитель? Это зависит от состязания. Допустим, мы устраиваем не теннисный турнир, а состязание по бросанию монеты. Один из игроков подбрасывает монетку, другой выбирает орла или решку; победитель продвигается на шаг вперед. Победителем такого состязания станет один-единственный игрок, который n раз последовательно победит при подбрасывании монеты, ни разу не проиграв – в зависимости от того, сколько раундов потребуется для завершения состязания.

В таком состязании есть нечто странное и глупое – но что? Победитель и в самом деле обладает весьма примечательным качеством. Часто ли вы встречаете людей, которые, подбрасывая монетку, без единого проигрыша выиграли десять раз подряд? Скорее всего, ни разу. Шансы на появление такого человека могут показаться ничтожными, и при обычном стечении обстоятельств это так и есть. Если какой-нибудь аферист предложит вам побиться об заклад десять к одному, что он сможет привести человека, который у вас на глазах десять раз подряд выиграет в состязании по бросанию монеты (и монета не будет фальшивой), вы, вероятно, склонны будете счесть это пари выигрышным для себя. Если так, будем надеяться, что у этого афериста не нашлось 1024 сообщников (им не придется жульничать – они будут играть абсолютно честно): ведь именно столько (2¹⁰ участников состязания) нужно, чтобы организовать десятираундный турнир. В начале турнира аферист никак не сможет предсказать, кто именно окажется «вещественным доказательством А», которое обеспечит ему выигрыш пари, но алгоритм проведения турнира неизбежно – и быстро – выявит этого человека: так что вас обманули, и аферист непременно выиграет. (Я не несу ответственности за ущерб, который вы можете понести, попытавшись воспользоваться этим изысканным образчиком практической философии в корыстных целях.)

В любом турнире с выбыванием бывает победитель, который «автоматически» обладает качеством, необходимым, чтобы пройти все этапы состязания, но, как показывает соревнование в бросании монеты, такое качество может быть «всего лишь историческим» – банальным фактом биографии участника состязания, никак не влияющим на его или ее виды на будущее. Представим, например, что ООН принимает постановление впредь разрешать все международные конфликты, подбрасывая монетку, – участвовать в таком соревновании должны представители конфликтующих сторон (если в конфликт вовлечено более одного народа, придется организовывать какой-то турнир: можно использовать круговую систему – алгоритм тогда будет другим). Кого следует выбрать представителем нашей нации? Естественно, того, кто лучше всех бросает монетку. Допустим, мы организовали масштабный турнир с выбыванием, в котором принимают участие все мужчины, женщины и дети США. Кто-то в нем победит – этот человек последовательно выиграет в двадцати восьми раундах без единого проигрыша. Победа будет неопровержимым фактом его биографии, но, поскольку подбрасывание монеты – дело случая, нет никаких оснований полагать, что победитель такого турнира покажет себя на международных соревнованиях лучше, чем кто-либо, проигравший в одном из предыдущих раундов. У случая нет памяти. Человек, у которого в руках выигрышный лотерейный билет, безусловно, был удачлив, и благодаря только что выигранным миллионам удача ему может больше никогда не понадобиться; тем лучше, ведь нет оснований считать, что его шансы во второй раз выиграть в лотерею выше, чем у любого другого участника – или что, скажи он «орел», монета упадет загаданной стороной вверх. (Неспособность принять тот факт, что у случая нет памяти, известна как ошибка игрока; это заблуждение удивительно широко распространено – настолько широко, что мне, вероятно, следует подчеркнуть, что это – без всяких сомнений и оговорок – заблуждение.)

В противоположность соревнованиям, где правит случай (например, соревнованиям в бросании монеты), существуют соревнования, где все решает мастерство – например, теннисные турниры. Здесь есть основания полагать, что игроки, вышедшие в последние раунды, снова преуспеют, если выставить их против тех, кто вылетел из состязания раньше. Есть основания – но никаких гарантий – полагать, что победитель такого турнира – самый лучший игрок и будет лучшим не только сегодня, но и завтра. Тем не менее, хотя любой разумно организованный турнир неизбежно позволит назвать победителя, нет гарантий, что в ходе состязания в мастерстве победитель окажется лучшим игроком во всех (значимых) смыслах этого слова. Вот почему на церемонии открытия мы иногда говорим: «Пусть победит сильнейший!» – процедура не гарантирует подобный исход. Лучший игрок – тот, кто является лучшим по «техническим» критериям (обладатель самого мощного удара левой, самой быстрой подачи, самой высокой выносливости и т. д.), – может встать не с той ноги, вывихнуть лодыжку – или его может ударить молния. Тогда, очевидно, в состязании его обойдет игрок похуже. Но никто не станет организовывать или участвовать в соревнованиях в мастерстве, если бы в конце концов их не выигрывали лучшие игроки. Это гарантирует само определение честного состязания в мастерстве; если бы лучшие игроки выигрывали в каждом раунде с вероятностью не выше 50%, речь шла бы о состязании в удачливости, а не в мастерстве.

Мастерство и удача естественным образом влияют на результат любого соревнования, но их соотношения бывают весьма различны. В теннисном турнире, проходящем на очень неровном корте, возрастает доля случайности – как и в случае введения нового правила, согласно которому, прежде чем продолжить игру после первого сета участники должны сыграть в русскую рулетку с заряженным револьвером. Но даже в такой ситуации, когда случай решает многое, статистически в последние раунды будет выходить больше более искусных игроков. Способность турнира «дискриминировать» участников по уровню мастерства в конце концов может быть снижена случайной катастрофой, но в целом ее невозможно свести к нулю. Этот факт, который в случае эволюционных алгоритмов, действующих в природе, столь же истинен, как и в случае спортивных турниров с отсевом, иногда игнорируют те, кто рассуждает об эволюции.

В отличие от удачи, мастерство – охраноспособная характеристика; на то, что оно проявится, можно рассчитывать в таких же – или сходных – обстоятельствах. Эта зависимость от обстоятельств указывает на иной вариант развития событий, когда что-то может пойти не так. Что, если бы условия состязания постоянно менялись (как условия игры в крокет в «Алисе в Стране чудес»)? Если в первом раунде вы играете в теннис, во втором – в шахматы, в третьем – в гольф, а в четвертом – в бильярд, нет оснований полагать, что победитель турнира отличается в каком-либо из этих видов спорта особым мастерством по сравнению с другими игроками – все хорошие гольфисты могут проиграть в шахматы и так и не получить возможности продемонстрировать свое искусство, и даже если удача никак не повлияет на ход финальной игры в бильярд в четвертом раунде, может статься, что среди всех участников состязания победитель как игрок в бильярд превосходил лишь одного соперника. Таким образом, турнир будет иметь интересный исход только в случае соблюдения некоторой степени единообразия в условиях состязаний.

Но должен ли турнир – или какой-либо алгоритм – приводить к интересному результату? Нет. Алгоритмы, о которых мы обычно рассуждаем, практически всегда имеют такие результаты, и именно потому привлекают наше внимание. Но процедура не перестает быть алгоритмом лишь потому, что не приносит кому-либо пользы и не имеет потенциальной ценности. Возьмем, к примеру такой турнир с выбыванием, в котором в финал выходят проигравшие в полуфинале. Это – глупое правило, лишающее весь турнир смысла, но и после его введения турнир тем не менее останется алгоритмом. Алгоритм вовсе не обязательно должен иметь смысл или цель. Помимо полезных алгоритмов, позволяющих составлять алфавитные списки, существует несметное количество алгоритмов, позволяющих составлять алфавитные списки с одними и теми же ошибками, и они каждый раз прекрасно срабатывают (если кого-то это интересует). Есть алгоритм (на деле, много алгоритмов) извлечения квадратного корня из любого числа – и есть алгоритмы, позволяющие извлечь квадратный корень из любого числа за исключением чисел 18 или 703. Некоторые алгоритмы достигают столь утомительно нестандартных и бессмысленных результатов, что невозможно вкратце объяснить, для чего они существуют. Они просто раз за разом безошибочно делают то, что делают.

А теперь мы, пожалуй, можем указать на самое распространенное недоразумение, связанное с дарвинизмом: идею, будто Дарвин доказал, что целью эволюции посредством естественного отбора было наше появление. С момента формулировки Дарвином своей теории, люди часто ошибочно пытались истолковать ее, как если бы мы были точкой назначения, целью, смыслом всех отсевов и состязаний, и наше появление на сцене было гарантировано самим фактом проведения турнира. Это заблуждение поощряли как друзья, так и враги эволюции, и оно похоже на заблуждение победителя турнира по бросанию монеты, купающегося в лучах славы и ошибочно убежденного, что, поскольку у турнира должен быть победитель и поскольку он – этот победитель, турнир должен был завершиться его победой. Эволюция может быть алгоритмом, а алгоритмический эволюционный процесс – привести к появлению человека, даже если целью алгоритма не является появление человека. Главный вывод, к которому Стивен Джей Гулд приходит в книге «Удивительная жизнь: сланцы Бёрджеса и природа истории»⁶⁴