Прогнозы и прогнозирование

Интегрируемые традиционные составляющие начинают все более основательно дополняться новыми методами программирования в ограничениях, в частности, недоопределенными моделями (Н-моделями), охватывающими все основные типы данных и обеспечивающими встраивание в аппарат знаний механизма автоматического решения не только вычислительных, но и логико-комбинаторных задач.
Представляется, что у этого процесса есть еще один – стратегический – горизонт. Более пятнадцати лет назад мной был предложен термин НЕ-факторы, обозначающий комплекс свойств, характерных для знаний о реальном мире, но плохо представленных в формальных системах (неполнота, неточность, недоопределенность, некорректность и многие другие). Можно предположить, что НЕ-факторы образуют нечто вроде периодической системы элементов будущего формального аппарата реальных знаний.

Недоопределенность была за эти годы довольно основательно исследована, что привело к созданию упоминавшейся выше технологии Н-моделей. В то же время остальные НЕ-факторы, тесно связанные между собой и играющие не менее важную роль в приложениях, остаются практически не разработанными (меньшинство) или вообще не известными. Представляется, что изучение НЕ-факторов, создание адекватных формальных средств и организация их в единый комплекс сыграют для ИТ не менее революционную роль, чем переход от алхимии к современной химии.

Информационные технологии – смена эпох
Развитие аппарата знаний оказывает постоянное влияние на формирование новых поколений информационных технологий от базового уровня до средств интеллектуализации. Кратко рассмотрим некоторые из основных тенденций в этой области.

Конец эры алгоритма
Алгоритм с самого начала был основой программирования для компьютеров фон-Неймановской архитектуры. Однако уже с середины 60-х годов постоянно велись разработки альтернативных способов организации вычислительного процесса, в основном связанные с исследованиями в области искусственного интеллекта и параллельного программирования для многопроцессорных систем. Преодоление порога в решении этой проблемы обеспечили аппарат Н-моделей и последние работы в области программирования в ограничениях, поскольку они строятся на реализации управления по данным, обеспечивающим естественную и максимальную децентрализацию, асинхронность и параллельность процесса вычислений. В качестве следующего шага этой революции возможен переход к управлению на основе событий, значительно повышающему уровень ассоциативного механизма управления по данным.

Технология активных объектов
Ключевым в перестройке всей информационной технологии в последние два десятилетия стало развитие объектно-ориентированного подхода. Однако пока оно определило лишь фундамент будущей технологии, оставляя прежним алгоритмический характер организации вычислительного процесса. Тем временем развитие управления по данным и далее управления на основе событий формирует следующие поколения ИТ на основе автономных активных объектов, интегрирующих мультиагентную архитектуру, методы программирования в ограничениях и аппарат Н-моделей. Именно это позволит ИТ строить системы любой сложности, обеспечивая естественность их функционирования.

Новая вычислительная математика
Сегодняшняя вычислительная математика оперирует с несколькими сотнями методов решения отдельных классов задач, представляющих разрозненные острова в океане реальных расчетных проблем. Таково естественное устройство мира с точки зрения островитян, не имеющих представления о существовании материков.

Основой аппарата Н-моделей является особый универсальный процесс, выделяющий все пространство решений задачи и оперирующий как с определенными, так и с недоопределенными системами, в которых недоопределенными могут быть и значения параметров, и отношения над ними.
Это позволяет снять основные ограничения традиционных методов и обеспечивает скачок в расширении спектра задач и качестве получаемых результатов, радикально изменяет саму парадигму расчетов. Решая обратные, регрессионные и оптимизационные задачи, для которых зачастую отсутствуют стандартные численные методы, новый вычислительный аппарат во многих случаях в десятки раз повышает эффективность расчетов по сравнению с лучшими известными алгоритмами.

Модели, а не Алгоритмы
Новая парадигма ИТ, ориентированная на модель и прямое взаимодействие с нею, навсегда решает конфликт модели и алгоритма: через 10 -15 лет алгоритм ожидает судьба программирования в кодах – потеря сегодняшних ключевых позиций и место в сравнительно тонком, базовом уровне компьютерной технологии будущего.

Во многих классах приложений новая парадигма доказывает свои преимущества уже сейчас, обеспечивая пользователя всем спектром описанных выше возможностей и позволяя ему работать с моделью напрямую, без посредников в форме методов, алгоритмов и программ, допуская в рамках одной модели любые сочетания различных формальных аппаратов – алгебры, логики, теории множеств и др.

Не будучи связанной с алгоритмическим менталитетом, новая организация вычислительного процесса в форме сжатия пространства модели на основе управления по данным является внутренне децентрализованной, параллельной, недерминированной, асинхронной и, следовательно, естественным образом переносимой на параллельные ЭВМ.

Параллельность
Нерешенность проблемы распараллеливания императивных программ уже два десятилетия образует непреодолимый барьер на пути широкого распространения многопроцессорных систем. За этот период software и hardware поменялись местами: уровень автоматизации проектирования аппаратных средств и стоимость элементной базы позволяют производить массово компьютеры с любым числом процессоров, однако адаптация для них современных и разработка новых программных продуктов остается задачей, решаемой только специалистами самого высокого класса и то лишь в некоторых частных случаях. В новой парадигме ИТ параллельность перестает быть проблемой, а становится естественным свойством любой программной системы следующего поколения, в частности, новых технологий программирования и операционных систем.

Компьютер не фон-неймановской архитектуры
Та же парадигма потребует фундаментальной перестройки фон-Неймановской архитектуры современных машин. Как уже говорилось, управление по данным (а в перспективе – на основе событий) радикально меняет саму организацию обработки данных: предельная децентрализация делает ее независимой от числа процессоров, размывая границу между software и hardware и позволяя, в частности, использовать максимальное число аппаратных компонентов для поддержки всех составляющих потока вычислений.

Это качественно преобразует по вертикали весь фундамент ИТ, обеспечивая многоуровневую параллельность асинхронного вычислительного процесса на всех этажах от элементарной базы до операционной системы и управления движением данных в глобальных сетях.

Перед нами складывается перспектива потрясения незыблемых основ ИТ: алгоритм, современная вычислительная математика, фон-Неймановская архитектура, детерминированный и последовательный процесс навсегда уходят в историю, уступая место модели и ассоциативно самоорганизующемуся недетерминированному параллельному процессу.

Приложения нового поколения
Новые тенденции, затронутые в предыдущем разделе, радикально меняют технологический фундамент практически во всех областях приложений, прежде всего таких как экономика и финансы, САПР, инженерные и научные расчеты, двойные технологии, менеджмент, управление сложными технологическими процессами, потоками в распределенных сетях и многих других.

Экономика и финансы
Задачей компьютерной экономики является разработка моделей, адекватно описывающих связи и соотношения экономических параметров. Однако сегодня использование расчетов требует от специалистов заботиться не столько о сходстве модели с оригиналом, сколько о ее адаптации к возможностям вычислительных методов. Новая парадигма делает прозрачным традиционный барьер между натуральным и виртуальным моделированием как для экономики, так и для финансов, где возможность решать оптимизационные, обратные, регрессионные задачи на реальных моделях с реальными – недоопределенными – параметрами обеспечивает несравнимо более высокое качество тактических и стратегических решений.

Ресурсно-календарное планирование
Н-модели обеспечивают скачок качества и в данном, ключевом для автоматизации менеджмента, секторе прикладных продуктов. При этом временной график перестает быть жестким и детерминированным, превращаясь в коридор, позволяющий маневрировать по ресурсам и срокам в процессе выполнения плана. Временные и ресурсные параметры входят в единую вычислительную модель, что делает разработку и оптимизацию плана несравнимо более простыми и эффективными. Естественно, что при изменении временной шкалы (часы, минуты, секунды ...), этот аппарат способен обеспечивать управление сложными объектами и производственными процессами, технологиями двойного применения и другими областями приложений.

Активные объектно-ориентированные СУБД
Переход от реляционных к объектно-ориентированным СУБД существенно запаздывает по сравнению с прогнозами начала 90-х годов. Это связано как с инерцией крупных баз данных, так и с трудностями развития самого объектно-ориентированного подхода на основе традиционного императивного управления. Внедрение управления по данным позволит превращать современную СУБД реляционного типа в интеллектуальную активную объектно-ориентированную систему следующего поколения. Мощный виртуальный процессор обеспечит пользователю взаимодействие со сложными данными, объединяющими сотни таблиц и тысячи автономных функций, реализующих вычисления, проверку целостности и корректности информации, возможность использования неполных и неточных данных и др.

САПР и АСУ
Для этого сектора прикладных систем переход от алгоритма к модели радикально расширяет масштаб и технологию решения задач. Создав модель объекта проектирования, разработчик конкретной САПР получает возможность решать любые расчетные задачи, связанные с конструированием продуктов соответствующего типа. Не менее принципиальным будет влияние новой парадигмы ИТ на перестройку функций систем комплексного управления предприятием, причем это связанно не только с качественным ростом его основных составляющих – САПР, СУБД, ресурсно-календарного и финансового планирования, но и со всеми преимуществами децентрализованной архитектуры.

Управление потоками
Управление потоками является типичной проблемой, в которой с одной стороны выступают присущая ей параллельность, динамика, децентрализация и недетерминизм, а с другой v широта спектра приложений, для которых она является ключевой. К этому спектру относятся сети связи, городские транспортные потоки, авиация, железнодорожной сети и многие другие области. Как показывает опыт алгоритмические, методы не в состоянии справится с гигантскими логико-комбинаторными задачами управления потоками, динамика которых в ряде случаев v как, например, управление потоками данных в современных сетях связи в режиме реального времени v сравнима со скоростью передачи и обработки данных для самой системы маршрутизации. Управление по данным, аппарат активных объектов и Н-модели формируют качественно новую основу для разработки систем этого типа во всех секторах приложений и, прежде всего, в такой базовой для современных ИТ области, как сети связи от локальных технологических до Интернет.

Естественный язык и голос
Тексты на естественном языке являются основным типом информации практически в любом виде деятельности и поэтому проблема понимания ЕЯ-текста компьютером особенно важна для перспективы развития ИТ. Почти тридцать лет этот сектор находился в тупике, однако в последнее десятилетие и здесь происходит смена вех: проблема ЕЯ-интерфейса для баз данных практически решена на основе семантически-ориентированного подхода, который начинает доказывать возможность и автоматического понимания текста в ограниченной предметной области.

Радикальный прогресс ЕЯ-интерфейса связан с технологией распознавания голоса, выходящей сегодня на уровень широкого внедрения. Интеграция фонетического распознавания с анализом содержания текста навсегда решит проблему массового ЕЯ-интерфейса с машиной: понимание текста на порядки повысит качество средств voice reconition, а переход от уровня печатного текста к разговорной речи сделает взаимодействие с компьютером на естественном языке по-настоящему естественным.

Рассмотренные в данном разделе области приложений позволяют оценить масштабы ближайшей перспективы предстоящей революции во всем спектре Информационных Технологий, хотя за рамками этого короткого обзора остались многие другие важные прикладные направления, такие как интеллектуализация Internet, ГИС, мощные гетерогенные экспертные системы, datamining, интеллектуальная индексация больших текстов, динамические модели, виртуальная реальность и многие другие.

Заключение
Еще до середины прошлого десятилетия наша страна занимала второе место в мире по уровню развития вычислительной техники. Одновременно с этим, отставание основных отечественных линий массовых ЭВМ достигло масштаба 10-15 лет по отношению к технике США из-за непоправимого урона, нанесенного переходом в начале 70-х годов на слепое копирование наиболее коммерчески успешных семейств компьютеров западных фирм.

Несмотря на это, интеллектуальный потенциал и оригинальность перспективных разработок ведущих отечественных коллективов по многим параметрам не уступали аналогичным американским проектам, особенно в области мощных компьютеров параллельной архитектуры. При этом ахиллесовой пятой отечественной техники стала элементная база, которая и определила в конечном счете окончательное крушение российской индустрии ЭВМ в конце 80-х начале 90-х годов.

Результаты этой катастрофы достаточно очевидны и в первую очередь они касаются безопасности страны по всем основным ее составляющим – оборона, экономика, наука, передовые технологии, экология.

В силу особого стечения обстоятельств у нашей страны есть уникальная возможность возглавить эту революцию и вернуть себе место среди лидеров этой ключевой для ее будущего отрасли, казалось бы, навсегда утраченное ею на крутых поворотах последних пятнадцати лет нашей истории.
Эта перспектива достаточно ясно ставит перед нами вопрос: или эту революцию сможем организовать мы как стратегически планируемый, детально проработанный и последовательно выполняемый процесс или он будет развиваться без нас в традиционном стиле слепой глобальной вегетативной эволюции, растянутой во времени и формирующей далекие от оптимальных эклектичные контуры новой эпохи ИТ двадцать первого века, которые мы, как вечные двоечники, будем тупо срисовывать у навсегда ставших для нас недосягаемыми отличников.

Обсудить на форуме | опубликовано: 24.11.06