Урок по теме «Интуитивные и алгоритмические методы поиска решений»

 

Жизнь и, в частности, наши отношения с окружающей действительностью в большой мере технологичны, поскольку каждый день в любой деятельности перед человеком возникают всевозможные проблемы, с которыми нужно уметь справляться таким образом, чтобы мир и человек стали в результате совершеннее. Эти проблемы могут быть простыми (как быстро накормить ребенка, если опаздываешь на работу), а могут являться чрезвычайно сложными (как найти решения глобальным экологическим вопросам). Поэтому каждую проблему необходимо осознавать как задачу, для решения которой существуют свои оптимальные способы, своя продуктивная технология — ноу-хау, что с английского буквально переводится «знаю как».

Жизнь неустанно подбрасывает задачи для творчества и побуждает человека вновь и вновь искать пути в неопознанное, совершать открытия. И так будет всегда, пока существует разум. И чтобы успешно справляться с массой возникающих проблем, необходимо знать, как это делать, и уметь пользоваться эффективными методами поиска и решения задач.

1. Методы интуитивного поиска решений

Изобретательская деятельность, исследовательская работа, поиск решения различного рода задач – это всегда творческий процесс. И в этом процессе значительную роль играет интуиция.

Интуиция – это способность человека к неосознанному предопределению решений, событий, ситуаций; это некое «озарение», «чутье», импульс мысли или идеи, определяемые подсознанием человека.

Многие известные личности использовали свое «шестое чувство», как еще называют интуицию. Нередко именно благодаря интуиции были сделаны великие открытия и написаны чудесные произведения.

В процессе поиска решений всегда явно или неявно присутствует интуиция, потому что исследование чего-либо связано с некоторым открытием нового. И не всегда это происходит на основе логики, конкретного анализа, обработанной информации. Действие интуиции в поисковой деятельности может быть выражено в различной степени, но она всегда присутствует как необходимый элемент творчества.

Методы интуитивного (случайного) поиска заключаются в нахождении новых идей независимо от практической деятельности и конкретных проблем, с которыми сталкивается исследователь. Происходит последовательное выдвижение и дальнейшая проверка различных идей и гипотез. Часто такие идеи возникают даже при неопределенности цели исследования или осознания его необходимости. Изначально корректность выдвигаемых идей принимается без доказательства, но в последующем осуществляется их отбор по установленным критериям и анализ по целям исследования, практической значимости и реальности.

Чем меньше информации на начальном этапе поиска решений, тем выше потребность в интуитивном поиске.

Может показаться, что интуитивный поиск полностью построен на случайных озарениях и, по сути, является противоположностью методам системного анализа, формальной логики. Это не совсем верно. Любая мыслительная, а тем более, творческая деятельность, имеет две составляющие: сознательную и бессознательную, - сочетание которых у каждого человека разное и по-разному проявляется в зависимости от конкретных обстоятельств. Только систематическая работа с ситуацией, постоянный сбор информации, и ее дальнейшее дополнение, продумывание может привести к эффективной работе интуиции.

Таким образом, интуитивные методы используют не формализованные правила, а, минуя логический этап, непосредственно человеческую интуицию, основанную на опыте и не формализуемых знаниях. Решение задачи приходит в результате внезапного "озарения". Успех применения зависит от знаний и опыта.

Иногда интуиция подсказывает, а иногда она молчит, отказывается помочь. А все потому, что мы ее не развиваем.

2. Алгоритмические методы поиска решений

Алгоритмические методы предполагают использование в процессе решения задач алгоритмов. Под алгоритмом подразумевается некий определённый для данного круга задач порядок выполнения операций, система правил последовательного выполнения действий. Это совокупность точных правил и закономерностей, показывающих, как нужно распорядиться своим знанием, чтобы получить решение или достичь цели. Как учил академик А.Ершов, «алгоритм позволяет не угадывать решение или находить его от случая к случаю, а приходить к нему закономерно, следуя точным правилам».

Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством. Создание алгоритма, пусть даже самого простого, - процесс творческий.

Методы алгоритмического (упорядоченного) поиска строятся на основе разработки процессуальных характеристик исследования, которая имеет форму алгоритма, устанавливающего некоторую последовательность операций, действий, обработки информации и т. д.

Алгоритмические методы не дают явного решения задач, а лишь указывают алгоритм действий, осуществление которого приводит к искомому результату. Алгоритмические методы хорошо связаны с сущностью объектов применения и ориентированы на выполнение конкретных предписаний.

Ведь если вдуматься, то вся наша жизнь алгоритмизирована: значительную часть того, что мы совершаем, мы делаем по алгоритмам – правилам, которые даются нам обучением, воспитанием или нашим жизненным опытом. Чётко сформулированный алгоритм не создаёт какой-либо «неопределённости» в наших действиях: одно действие строго следует за другим, – в этом точность алгоритма.

Подумайте, какими алгоритмами вы пользуетесь в повседневной жизни?

3. Значение этапа постановки задачи

Жизнь постоянно ставит перед человеком проблемы, требующие разрешения. Эти проблемы по своей сложности нельзя сравнить ни с одной, даже самой трудной задачей из школьных учебников. В школьных задачах вам четко указано, что дано и что требуется получить, а в разделе, где приводится задача, рекомендованы возможные методы ее решения. Как правило, в реальной жизни человек имеет дело с задачами (проблемами), где этого в явной форме нет. Поэтому важным является умение поставитъ задачу, то есть сформулировать ее таким образом, и на таком языке, чтобы ее однозначно понял любой, кто будет участвовать в ее решении.

Этап постановки задачи характеризуется тремя главными моментами: описание задачи, определение целей моделирования, формализация задачи.

Описание задачи.

Постановка задачи, как правило, начинается с ее описания. Делается это на обычном языке, общими фразами. При этом подробно описывается исходный объект, условия, в которых он находится, и желаемый результат, иначе говоря, отправной и конечный пункты моделирования.

По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы:

К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта, при некотором воздействии на него. Такую постановку задачи принято называть «что будет, если?..». Например, будет ли сладко, если в чай положить две чайные ложки сахара? Или: что будет, если повысить плату за коммунальные услуги в 2 раза?

Вторая группа задач имеет такую обобщенную формулировку: какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию? Такая постановка задачи часто называется «как сделать, чтобы?..». Например, какого объема должен быть воздушный шар, наполненный гелием, чтобы он мог подняться вверх с грузом 100 кг?

Что необходимо учитывать при описании задачи?

Цели моделирования.

Важным моментом на этапе постановки задачи является определение цели моделирования. От выбранной цели зависит, какие характеристики исследуемого объекта считать существенными, а какие отбросить. В соответствии с поставленной целью может быть подобран инструментарий, определены методы решения задачи, формы отображения результатов.

Рассмотрим возможные цели моделирования.

Например, глобус - это модель Земного шара, позволяющая получить наглядное представление о форме нашей планеты, ее вращении вокруг собственной оси и о расположении материков. Такие модели помогают понять, как устроен конкретный объект, узнать его основные свойства, установить законы его развития и взаимодействия с окружающим миром. В этом случае целью построения модели является познание окружающего мира.

Накопив достаточно знаний, человек задал себе вопрос: «Нельзя ли создать объект с заданными свойствами и возможностями, чтобы противодействовать стихиям и ставить себе на службу природные явления?» Человек стал строить модели еще не существующих объектов. Так родились идеи создания ветряных мельниц, различных механизмов, даже обыкновенного зонтика. Многие из этих моделей стали в настоящее время реальностью. Это объекты, созданные руками человека.

Таким образом, другая важная цель моделирования — создание объектов с заданными свойствами. Эта цель соответствует постановке задачи «как сделать, чтобы...»

Какие еще целей моделирования можно выделить?

Формализация задачи.

Формализация – это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т.е. его информационной моделью.

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с проявлением формализма, означающего строгий порядок. И хотя мы часто говорим о формализме с отрицательной стороны, в некоторых случаях без него не обойтись. Возможно ли организовать учет и хранение лекарств в больнице или диспетчерское управление авиации, если не подчинить эти процессы строгой формализации? В таких случаях она означает четкие правила и их одинаковое понимание всеми, строгий учет, единые формы отчетности и т.д.

Компьютер является универсальным инструментом для обработки информации, но для решения любой задачи с его использованием надо изложить ее на строгом, формализованном языке. Каким бы чудом техники ни казался компьютер, человеческий язык ему не понятен.

При формализации задачи отталкиваются от ее общего описания. В соответствии с поставленной целью необходимо выделить параметры, которые известны (исходные данные) и которые следует найти (результаты). Формализацию проводят в виде поиска ответов на вопросы, уточняющие общее описание задачи.

Проведем пример формализации задачи.

Задача - набор текста. Объект «текст». Где взять содержание текста? - Имеется в виде черновика. Каков предполагаемый тип печати? – Черно-белая. Каковы параметры текста? Абзацный отступ, правая и левая границы, гарнитура, размер и начертание шрифта, цвет (черный) Что надо получить? Набранный, отредактированный и оформленный текст.

 

Можно ли считать хорошо поставленной задачу в одной из русских народных сказок: «Иди туда, не знаю куда. Принеси то, не знаю что»?