ПОСТУПЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
В предыдущем разделе, говоря об увеличении разнообразия реакций организма (а в общем случае — любого фрагмента живого), мы сосредоточили наше внимание на проблеме управления, показали целесообразность многократной надстройки над одной управляющей системой — другой, над ней — третьей и т. д. И только вскользь, мимоходом мы упомянули о необходимости расширения множества представлений (а в общем случае — объема информации об окружающей среде), на основе которых действует организм. А между тем это несправедливо: ведь для того чтобы совершенствовать процедуру переработки информации (или процедуру управления), надо прежде всего эту информацию получать. Поэтому эволюция, естественно, должна была идти и по тому, и по другому пути, т. е. и по пути увеличения объема получаемой информации, и по пути совершенствования ее переработки. О последнем пути мы уже кое-что сказали (и гораздо больше будем говорить о нем в дальнейшем); теперь же ради восстановления справедливости коротко расскажем и о первом пути. Думается, совершенно очевидно, что в процессе эволюции живое всегда стремилось получать как можно больше информации о внешней среде. Этот путь эволюционного прогресса в свою очередь распадался на две ветви, относился к двум аспектам получения информации. Во-первых, должно было постоянно увеличиваться количество свойств, информация о которых становилась доступной организму. Путь, который в этом направлении прошла эволюция, — колоссален! Если простейшие (например, амеба) могут получать лишь сведения о химическом составе и температуре той среды, которая окружает их в данный момент, то млекопитающим становятся доступными уже самые разнообразные свойства окружающего мира, в том числе оптические свойства — цвета всевозможных предметов. Да и каждое из этих свойств становится доступным для организма (в процессе эволюции) со все большей степенью подробности: если, например, большинство млекопитающих неспособны различать спектральные характеристики (т. е. цвета) предметов, то такие высшие, продвинутые виды, как обезьяна и человек, уже имеют цветовое зрение. Этот прогресс стал возможен благодаря развитию, специализации рецепторов — устройств, способных принимать соответствующую информацию. В частности, оптические рецепторы прошли путь от одноцветных, дающих лишь черно-белое изображение, к трехцветным, создающим многоцветную картину мира (для этого человеческий глаз снабжен тремя типами колбочек, о чем подробнее мы еще будем говорить). Во-вторых, должна была постоянно расти дистантность восприятия, т. е. должны были увеличиваться те расстояния, с которых информацию можно принимать. Здесь также эволюция прошла огромный путь. Ведь простейшие способны получать только недистантную информацию (контактную, сигнализирующую о химическом составе той среды, которая находится в непосредственной близости к организму), а млекопитающие и птицы могут различать предметы, удаленные от них на несколько километров. Разумеется, эволюционный прогресс по этим двум ветвям отнюдь не должен быть — и в реальности не был — безграничным. Иначе мы имели бы на вершине эволюции не человека, а некое существо, обладающее зоркостью орла, обонянием собаки, температурной чувствительностью гремучей змеи и т. п. Почему же этого не произошло? Дело в том, что любой прогресс требует для своей реализации все более значительных расходов ресурсов — энергетических, временных, материальных, информационных и т. п. Например, хорошо развитые акустические рецепторы требуют специального конструкционного оформления (большие ушные раковины), достаточного кровоснабжения, специальной нейронной сети и т. п., а все это может быть обременительно для организма, если условия его жизни не вынуждают усиленно пользоваться акустическим каналом приема информации. Поэтому в каждом отдельном случае, т. е. применительно к каждому биологическому виду, имеет место свой оптимум развития каждого вида рецепторов. Этот оптимум зависит от той среды, в которой обитает данный биологический вид, а также от способа взаимодействия этого вида со средой. Вот почему, например, крот не нуждается в остром зрении (под землей оно ему просто бесполезно), а сова — в дневном зрении (так как она охотится ночью). Так как же тогда трактовать тот эволюционный прогресс, о котором мы ведем речь? Исключительно в виде общей тенденции: все (в совокупности, вместе) биологические виды получают возможность принимать информацию о все большем количестве свойств окружающего мира, и притом со все более отдаленных участков этого мира. Ну а некоторым биологическим видам (в частности, млекопитающим) удается счастливо сочетать в себе сразу много плодов эволюционного прогресса! Те пути информационного совершенствования, о которых мы говорили, отнюдь не противоречат друг другу, а наоборот, вполне совместимы. Ведь и увеличение разнообразия свойств (информация о которых становится доступной организму), и рост дистантности информации должны неизбежно вести к специализации рецепторов и к усложнению строения каждого из них, усложнению деятельности каждого из них, а также их совокупности (имеющейся у организма). А это, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к структурам переработки информации, имеющимся у организма, и эти структуры вынуждены совершенствоваться. Но и сами по себе эти структуры также вынуждены совершенствоваться уже хотя бы по той простой причине, что, как уже отмечалось в предыдущем разделе, их совершенствование увеличивает разнообразие реакций организма, его шансы на выживание... Словом, самые разные пути эволюционного прогресса представляются — с точки зрения максимизации информации — хорошо согласованными друг с другом. Это и обеспечило тот прогрессивный характер биологической эволюции, который действительно имел место на нашей планете и, возможно, со временем станет доступным наблюдению и на каких-то других планетах... На нем легко видеть, что, подобно тому как «все дороги ведут в Рим», все пути эволюции нуждаются в совершенствовании переработки поступающей информации. Именно к этой проблеме мы и приведем чуть позднее наше повествование. Пока мы рассмотрели только эволюцию средств приема информации. А как быть с ее хранением?
ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ И ПРИЗНАКИ ВЕЩЕЙ
Итак, целый поток информации о внешней среде поступает к организму. В какой форме целесообразно хранить эту информацию? Попытаемся ответить на этот вопрос, взяв для конкретности какой-то уже достаточно эволюционно продвинутый организм (например, одно из высших животных или человека).
Окружающий нас мир представляет собой некую среду, интересной и важной особенностью которой является существенная неоднородность, неравномерность заполнения пространства. В самом деле, читатель, который сейчас держит в руках эту книгу, наверное, сидит на стуле за столом, недалеко от него на столе стоит настольная лампа... И все это дискретные объекты, проявления неравномерности заполнения пространства комнаты — объекты, отделенные друг от друга достаточно резкими границами. В предыдущем нам уже приходилось говорить о высокой информативности границы между разными средами: морем и сушей, лесом и полем и т. п.; такая же резкая граница отделяет книгу, которую сейчас держит в руках читатель, от его рук, а также от стола и от воздуха, заполняющего комнату; граница проходит и между стулом и туловищем читателя, туловищем и воздухом и т. д. Благодаря наличию таких границ читатель воспринимает свое окружение не как непрерывную, более или менее гомогенную среду, а наоборот, как совокупность различных объектов. Более того, так же воспринимает свое окружение и собака (предположим, что таковая лежит у ног читателя), и многие другие живые существа... Выделение в окружающем мире дискретных объектов— важная ступень любой информационной деятельности и существенная стадия эволюционного прогресса. Эта стадия была пройдена эволюцией очень давно, и с тех пор организмы научились различать в мире именно объекты и их границы, а не просто какую-то среду. О том, как эта различающая способность выводится из принципа максимума информации, мы уже говорили. Все наше дальнейшее изложение будет относиться к стадии, на которой эта способность уже существует, т. е. на которой мир, окружающий организм, представляется ему состоящим из дискретных объектов. (Конечно, поступление информации от непрерывной среды также представляет интересную задачу, но мы оставим ее за границами нашей книги.) Итак, к организму поступает информация от различных объектов внешней среды. Эту информацию (или по крайней мере какую-то ее часть) надо сохранить в памяти и в процессе эволюции должен, по-видимому, формироваться оптимальный способ такого хранения. Эти признаки могут быть самыми разными: высота объектов, их цвет, запах, возможность практического использования и т. п., но все эти свойства формируются благодаря тому, что они могут быть в каком-то отношении существенными для человека (в общем случае— для живого организма). Такой признак, как пригодность мяса животного для питания, может быть очень полезным, если человеку надо быстро сообразить, на какое животное целесообразно в данный момент охотиться (при наличии острой потребности в пище). В этой ситуации окажется полезным выделить в данном признаке животных (пригодности их мяса для питания) две градации, т. е. разделить всех животных на два класса: те, мясо которых съедобно (медведь, олень, кабан, заяц), и те, мясо которых несъедобно (волк, рысь, белка, енот). Впрочем, можно разделить животных и иначе, если существенно также то, насколько опасно для человека охотиться (на тех из них, чье мясо является съедобным); тогда выделятся три класса, те животные, которые имеют съедобное мясо и не представляют опасности при охоте (заяц); те, мясо которых съедобно, но которые опасны при охоте (медведь, кабан, олень); те, мясо которых несъедобно (волк, рысь, белка, енот). Возможны и другие самые различные разбиения — классификации. Каждая из таких классификаций выделяет в объектах окружающего мира какие-то свойства, важные для данного организма (в нашем примере—для человека). Уже одного этого преимущества классификации — ее непосредственной полезности для практической деятельности— было бы достаточно, чтобы эволюция «изобрела» этот способ хранения информации. Например, упомянутые 8 лесных животных могут быть очень компактно описаны с помощью трех классификаций:
— по основанию, отвечающему опасности данного животного для человека; допустим, по этому основанию можно составить три класса: очень опасные животные (волк, кабан, медведь); не очень опасные (рысь, олень) и совсем неопасные (енот, белка, заяц);
— по основанию, отвечающему пригодности мяса данного животного для питания человека; здесь, допустим, возможны два класса: пригодные для питания (кабан, медведь, олень, заяц) и непригодные для питания (волк, рысь, енот, белка);
— по основанию, отвечающему способности данного животного перемещаться по деревьям; здесь возможны два класса: способные перемещаться по деревьям (медведь, рысь, белка) и неспособные перемещаться по деревьям (волк, кабан, олень, енот, заяц).
Таким образом, каждое животное может быть однозначно описано с помощью трех терминов — обозначений классов этих трех классификаций. Например, волк — это очень опасное животное, с мясом, непригодным для питания, неспособное перемещаться по деревьям. А кабан — также очень опасное животное, но с мясом, пригодным для питания, и также неспособное перемещаться по деревьям, и т. д. В результате таких классификационных разбиений любое животное из нашего примера может быть описано с помощью 7 терминов, отвечающих названиям (именам) использованных нами классификаций: трех имен первой классификации, двух имен второй классификации и двух имен третьей. Экономия вроде бы пока что небольшая: 7 имен вместо 8 при простейшем способе (когда в памяти хранятся непосредственно образы всех объектов). Но, как показывает совсем несложный анализ, подобная экономия растет очень быстро, если увеличивать число объектов. Например, если имеется 64 объекта, то их можно очень экономно хранить в памяти, используя 6 каких-то их свойств (признаков), каждое из которых служит в качестве основания для разбиения объектов на 2 класса (пополам); в этом случае для обозначения любого из 64 объектов надо использовать только 6-2=12 имен (терминов). Выигрыш уже большой — в 64 : 12=5,3 раза!
Изобретение хранения информации в виде признаков— несомненно, одно из важнейших звеньев эволюции. Его отзвуки в самых разных сферах — и в их числе в сфере человеческой культуры и искусства — трудно переоценить. Но пока мы вернемся к биологической эволюции, которая уже может опираться на это полезное изобретение. Те классификации, которыми мы сейчас пользовались, объединяли в один класс объекты, обладающие каким-либо общим существенным свойством (например, опасностью для человека). В этом случае «классифицирование оказывается способом представления знаний об объектах или таким называнием, при котором назвать—значит понять объект». Такого рода классификации принято называть «мотивированными». Но можно пользоваться и другими — произвольными (немотивированными) классификациями, главная задача которых — экономичное хранение информации (в случае мотивированных классификаций эта задача была побочной, а главным было разделение объектов по существенным, полезным признакам). Как должны выглядеть такие классификации?
В предыдущем разделе, говоря об увеличении разнообразия реакций организма (а в общем случае — любого фрагмента живого), мы сосредоточили наше внимание на проблеме управления, показали целесообразность многократной надстройки над одной управляющей системой — другой, над ней — третьей и т. д. И только вскользь, мимоходом мы упомянули о необходимости расширения множества представлений (а в общем случае — объема информации об окружающей среде), на основе которых действует организм. А между тем это несправедливо: ведь для того чтобы совершенствовать процедуру переработки информации (или процедуру управления), надо прежде всего эту информацию получать. Поэтому эволюция, естественно, должна была идти и по тому, и по другому пути, т. е. и по пути увеличения объема получаемой информации, и по пути совершенствования ее переработки. О последнем пути мы уже кое-что сказали (и гораздо больше будем говорить о нем в дальнейшем); теперь же ради восстановления справедливости коротко расскажем и о первом пути. Думается, совершенно очевидно, что в процессе эволюции живое всегда стремилось получать как можно больше информации о внешней среде. Этот путь эволюционного прогресса в свою очередь распадался на две ветви, относился к двум аспектам получения информации. Во-первых, должно было постоянно увеличиваться количество свойств, информация о которых становилась доступной организму. Путь, который в этом направлении прошла эволюция, — колоссален! Если простейшие (например, амеба) могут получать лишь сведения о химическом составе и температуре той среды, которая окружает их в данный момент, то млекопитающим становятся доступными уже самые разнообразные свойства окружающего мира, в том числе оптические свойства — цвета всевозможных предметов. Да и каждое из этих свойств становится доступным для организма (в процессе эволюции) со все большей степенью подробности: если, например, большинство млекопитающих неспособны различать спектральные характеристики (т. е. цвета) предметов, то такие высшие, продвинутые виды, как обезьяна и человек, уже имеют цветовое зрение. Этот прогресс стал возможен благодаря развитию, специализации рецепторов — устройств, способных принимать соответствующую информацию. В частности, оптические рецепторы прошли путь от одноцветных, дающих лишь черно-белое изображение, к трехцветным, создающим многоцветную картину мира (для этого человеческий глаз снабжен тремя типами колбочек, о чем подробнее мы еще будем говорить). Во-вторых, должна была постоянно расти дистантность восприятия, т. е. должны были увеличиваться те расстояния, с которых информацию можно принимать. Здесь также эволюция прошла огромный путь. Ведь простейшие способны получать только недистантную информацию (контактную, сигнализирующую о химическом составе той среды, которая находится в непосредственной близости к организму), а млекопитающие и птицы могут различать предметы, удаленные от них на несколько километров. Разумеется, эволюционный прогресс по этим двум ветвям отнюдь не должен быть — и в реальности не был — безграничным. Иначе мы имели бы на вершине эволюции не человека, а некое существо, обладающее зоркостью орла, обонянием собаки, температурной чувствительностью гремучей змеи и т. п. Почему же этого не произошло? Дело в том, что любой прогресс требует для своей реализации все более значительных расходов ресурсов — энергетических, временных, материальных, информационных и т. п. Например, хорошо развитые акустические рецепторы требуют специального конструкционного оформления (большие ушные раковины), достаточного кровоснабжения, специальной нейронной сети и т. п., а все это может быть обременительно для организма, если условия его жизни не вынуждают усиленно пользоваться акустическим каналом приема информации. Поэтому в каждом отдельном случае, т. е. применительно к каждому биологическому виду, имеет место свой оптимум развития каждого вида рецепторов. Этот оптимум зависит от той среды, в которой обитает данный биологический вид, а также от способа взаимодействия этого вида со средой. Вот почему, например, крот не нуждается в остром зрении (под землей оно ему просто бесполезно), а сова — в дневном зрении (так как она охотится ночью). Так как же тогда трактовать тот эволюционный прогресс, о котором мы ведем речь? Исключительно в виде общей тенденции: все (в совокупности, вместе) биологические виды получают возможность принимать информацию о все большем количестве свойств окружающего мира, и притом со все более отдаленных участков этого мира. Ну а некоторым биологическим видам (в частности, млекопитающим) удается счастливо сочетать в себе сразу много плодов эволюционного прогресса! Те пути информационного совершенствования, о которых мы говорили, отнюдь не противоречат друг другу, а наоборот, вполне совместимы. Ведь и увеличение разнообразия свойств (информация о которых становится доступной организму), и рост дистантности информации должны неизбежно вести к специализации рецепторов и к усложнению строения каждого из них, усложнению деятельности каждого из них, а также их совокупности (имеющейся у организма). А это, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к структурам переработки информации, имеющимся у организма, и эти структуры вынуждены совершенствоваться. Но и сами по себе эти структуры также вынуждены совершенствоваться уже хотя бы по той простой причине, что, как уже отмечалось в предыдущем разделе, их совершенствование увеличивает разнообразие реакций организма, его шансы на выживание... Словом, самые разные пути эволюционного прогресса представляются — с точки зрения максимизации информации — хорошо согласованными друг с другом. Это и обеспечило тот прогрессивный характер биологической эволюции, который действительно имел место на нашей планете и, возможно, со временем станет доступным наблюдению и на каких-то других планетах... На нем легко видеть, что, подобно тому как «все дороги ведут в Рим», все пути эволюции нуждаются в совершенствовании переработки поступающей информации. Именно к этой проблеме мы и приведем чуть позднее наше повествование. Пока мы рассмотрели только эволюцию средств приема информации. А как быть с ее хранением?
ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ И ПРИЗНАКИ ВЕЩЕЙ
Итак, целый поток информации о внешней среде поступает к организму. В какой форме целесообразно хранить эту информацию? Попытаемся ответить на этот вопрос, взяв для конкретности какой-то уже достаточно эволюционно продвинутый организм (например, одно из высших животных или человека).
Окружающий нас мир представляет собой некую среду, интересной и важной особенностью которой является существенная неоднородность, неравномерность заполнения пространства. В самом деле, читатель, который сейчас держит в руках эту книгу, наверное, сидит на стуле за столом, недалеко от него на столе стоит настольная лампа... И все это дискретные объекты, проявления неравномерности заполнения пространства комнаты — объекты, отделенные друг от друга достаточно резкими границами. В предыдущем нам уже приходилось говорить о высокой информативности границы между разными средами: морем и сушей, лесом и полем и т. п.; такая же резкая граница отделяет книгу, которую сейчас держит в руках читатель, от его рук, а также от стола и от воздуха, заполняющего комнату; граница проходит и между стулом и туловищем читателя, туловищем и воздухом и т. д. Благодаря наличию таких границ читатель воспринимает свое окружение не как непрерывную, более или менее гомогенную среду, а наоборот, как совокупность различных объектов. Более того, так же воспринимает свое окружение и собака (предположим, что таковая лежит у ног читателя), и многие другие живые существа... Выделение в окружающем мире дискретных объектов— важная ступень любой информационной деятельности и существенная стадия эволюционного прогресса. Эта стадия была пройдена эволюцией очень давно, и с тех пор организмы научились различать в мире именно объекты и их границы, а не просто какую-то среду. О том, как эта различающая способность выводится из принципа максимума информации, мы уже говорили. Все наше дальнейшее изложение будет относиться к стадии, на которой эта способность уже существует, т. е. на которой мир, окружающий организм, представляется ему состоящим из дискретных объектов. (Конечно, поступление информации от непрерывной среды также представляет интересную задачу, но мы оставим ее за границами нашей книги.) Итак, к организму поступает информация от различных объектов внешней среды. Эту информацию (или по крайней мере какую-то ее часть) надо сохранить в памяти и в процессе эволюции должен, по-видимому, формироваться оптимальный способ такого хранения. Эти признаки могут быть самыми разными: высота объектов, их цвет, запах, возможность практического использования и т. п., но все эти свойства формируются благодаря тому, что они могут быть в каком-то отношении существенными для человека (в общем случае— для живого организма). Такой признак, как пригодность мяса животного для питания, может быть очень полезным, если человеку надо быстро сообразить, на какое животное целесообразно в данный момент охотиться (при наличии острой потребности в пище). В этой ситуации окажется полезным выделить в данном признаке животных (пригодности их мяса для питания) две градации, т. е. разделить всех животных на два класса: те, мясо которых съедобно (медведь, олень, кабан, заяц), и те, мясо которых несъедобно (волк, рысь, белка, енот). Впрочем, можно разделить животных и иначе, если существенно также то, насколько опасно для человека охотиться (на тех из них, чье мясо является съедобным); тогда выделятся три класса, те животные, которые имеют съедобное мясо и не представляют опасности при охоте (заяц); те, мясо которых съедобно, но которые опасны при охоте (медведь, кабан, олень); те, мясо которых несъедобно (волк, рысь, белка, енот). Возможны и другие самые различные разбиения — классификации. Каждая из таких классификаций выделяет в объектах окружающего мира какие-то свойства, важные для данного организма (в нашем примере—для человека). Уже одного этого преимущества классификации — ее непосредственной полезности для практической деятельности— было бы достаточно, чтобы эволюция «изобрела» этот способ хранения информации. Например, упомянутые 8 лесных животных могут быть очень компактно описаны с помощью трех классификаций:
— по основанию, отвечающему опасности данного животного для человека; допустим, по этому основанию можно составить три класса: очень опасные животные (волк, кабан, медведь); не очень опасные (рысь, олень) и совсем неопасные (енот, белка, заяц);
— по основанию, отвечающему пригодности мяса данного животного для питания человека; здесь, допустим, возможны два класса: пригодные для питания (кабан, медведь, олень, заяц) и непригодные для питания (волк, рысь, енот, белка);
— по основанию, отвечающему способности данного животного перемещаться по деревьям; здесь возможны два класса: способные перемещаться по деревьям (медведь, рысь, белка) и неспособные перемещаться по деревьям (волк, кабан, олень, енот, заяц).
Таким образом, каждое животное может быть однозначно описано с помощью трех терминов — обозначений классов этих трех классификаций. Например, волк — это очень опасное животное, с мясом, непригодным для питания, неспособное перемещаться по деревьям. А кабан — также очень опасное животное, но с мясом, пригодным для питания, и также неспособное перемещаться по деревьям, и т. д. В результате таких классификационных разбиений любое животное из нашего примера может быть описано с помощью 7 терминов, отвечающих названиям (именам) использованных нами классификаций: трех имен первой классификации, двух имен второй классификации и двух имен третьей. Экономия вроде бы пока что небольшая: 7 имен вместо 8 при простейшем способе (когда в памяти хранятся непосредственно образы всех объектов). Но, как показывает совсем несложный анализ, подобная экономия растет очень быстро, если увеличивать число объектов. Например, если имеется 64 объекта, то их можно очень экономно хранить в памяти, используя 6 каких-то их свойств (признаков), каждое из которых служит в качестве основания для разбиения объектов на 2 класса (пополам); в этом случае для обозначения любого из 64 объектов надо использовать только 6-2=12 имен (терминов). Выигрыш уже большой — в 64 : 12=5,3 раза!
Изобретение хранения информации в виде признаков— несомненно, одно из важнейших звеньев эволюции. Его отзвуки в самых разных сферах — и в их числе в сфере человеческой культуры и искусства — трудно переоценить. Но пока мы вернемся к биологической эволюции, которая уже может опираться на это полезное изобретение. Те классификации, которыми мы сейчас пользовались, объединяли в один класс объекты, обладающие каким-либо общим существенным свойством (например, опасностью для человека). В этом случае «классифицирование оказывается способом представления знаний об объектах или таким называнием, при котором назвать—значит понять объект». Такого рода классификации принято называть «мотивированными». Но можно пользоваться и другими — произвольными (немотивированными) классификациями, главная задача которых — экономичное хранение информации (в случае мотивированных классификаций эта задача была побочной, а главным было разделение объектов по существенным, полезным признакам). Как должны выглядеть такие классификации?
