Индивидуальное применение эвристических стратегий

Чаще всего необходимость в эвристических средствах возникает в случае «нерешаемой» задачи или проблемы. Обычно нестандартные проблемные ситуации требуют неожиданных ходов для своего решения и потому оказываются сложными. В такой ситуации разумно использовать эвристики.

К индивидуальным эвристическим стратегиям можно отнести: аналитические эвристики (анализ условий, цели, конфликта, если он присутствует в задаче, анализ условий с точки зрения цели), рефлексию собственных способов решения, эвристики, наводящие на решение.

(генерирование различных гипотез, включение элементов задачи в новые структуры, поиск «свежего» взгляда на задачу), оптимизацию мыслительного процесса за счет перерывов и разумной регламентации, деление задачи на части, поиск обходных путей и многие другие весьма эффективные эвристические приемы. Все они доступны для самостоятельного использования и достаточно действенны даже при не самом грамотном применении.

Эвристики помогают генерировать идеи, структурируют поиск собственных ошибок, обеспечивают способами выхода из тупиковых ситуаций. Более того, опытный («эвристически подкованный») решатель отличается гибкостью и умением выбрать средства решения в соответствии с теми трудностями, с которыми он столкнулся. Помимо отдельных эвристических стратегий, в его распоряжении находятся и целостные методы решения.

Хорошим примером здесь может служить рассмотренная выше система эвристических приемов, разработанная И. И. Ильясовым (1992) (см. п. 4.4). Она предполагает использование тех или иных эвристик в соответствии с мерой определенности их результата и стадией решения задачи. Рассмотрим некоторые известные стратегии, которые часто применяются в индивидуальной работе.

Известный психолог Дж. Бродбент [G. Н. Broadbent, 1966] выделяет два основных типа негрупповых приемов интенсификации творческого мышления: 1) контрольные списки и 2) матрицы взаимодействия. Эти методы позволяют значительно расширить область поиска, обнаружить его новые направления в том случае, если очевидные решения не дали желаемого результата, произвести анализ взаимосвязей между частями проблемной ситуации.

Контрольный список представляет собой или список вопросов, на которые необходимо ответить в ходе анализа задачи, или список аспектов, выделение которых в проблемной ситуации может оказаться результативным, либо список приемов решения, показавших себя эффективными при решении сходных задач. Существуют контрольные списки, фокусирующие внимание как на частных, чисто технических аспектах проблемной ситуации, так и на некоторых общих принципах подхода к ней. Бродбент считал, что списки, содержащие вопросы общего характера, более эффективны для выделения ключевых аспектов проблемы.

Контрольный список как эвристическое средство определен не своим содержанием (оно может варьировать в довольно широких пределах), а способом работы с ним. Список предъявляется в письменной форме и решатель, последовательно читая его, должен пробовать так или иначе применить его к своей задаче [В. Л. Данилова, 1976].

Самый простой из известных — метод «зачем? — отчего? — почему?». Цель постановки этих трех вопросов состоит в том, чтобы выявить скрытые противоречия в формулировке и условиях задачи или проблемы, обнаружить неожиданные ходы рассуждения. При квалифицированном использовании какого-либо контрольного списка удается избежать тривиальных ходов и задавать только те вопросы, которые в достаточно общей форме способствуют раскрытию ключевых аспектов проблемной ситуации и подготавливают будущее решение.

По осям таблицы взаимосвязи откладывают различные аспекты проблемы, отдельные характеристики желаемого продукта или технологического процесса и т. п. Новые решения генерируются путем нахождения всевозможных комбинаций факторов (представленных клетками таблицы).

Среди приемов этого типа известность получили таблицы сопряжения. В них по вертикали записываются физические характеристики проектируемого объекта, а по горизонтали — их возможные вариации. Таблица должна быть составлена так, чтобы изменение одной физической характеристики не вело автоматически к изменению другой. Новые решения получаются путем всевозможных комбинаций факторов, отложенных по вертикали и горизонтали.

Очень широкое распространение получил метод морфологических карт (или морфологического «ящика»), предложенный астрономом (!) Ф. Цвикки [F. Zwicky, 1957]. В рамках этого метода выделяются не физические характеристики, а функциональные параметры объекта. Этот метод применялся для поиска решений ряда проблем самого различного характера: от транспортировки нефти без танкеров до конструирования быстро убираемого навеса от дождя над теннисным кортом. Наилучшие результаты он может дать при исследовании ограниченной области поиска в ходе решения задач, а не при изучении плохо определенных и нечетко сформулированных проблем.

План действий.

• 1. Определить функции, которые будущий объект должен выполнять.
• 2. Перечислить на морфологической карте возможные частичные решения, т. е. альтернативные способы осуществления каждой функции.
• 3. Выбрать по одному приемлемому решению для каждой функции.

Пример^[1][2]

• в) приемлемое движение воздуха (чтобы обеспечить достаточную вентиляцию без сквозняков);
• г) приемлемая влажность (чтобы избежать ощущений сухости);
• д) регулирование вертикального градиента температуры (чтобы избежать ощущения духоты и того случая, когда ногам холодно, а голове жарко).

В этом примере функции определены по результатам научных исследований, позволившим охарактеризовать наиболее важные переменные. Обычно специалисту по составлению морфологических карт приходится определять функции чисто интуитивным путем (на практике часто лучшим выходом является опрос экспертов).

2. Перечислить на карте возможные частичные решения, т. е. альтернативные способы осуществления каждой функции.

В идеальном случае на карте должны быть представлены все возможные частичные решения.

3. Выбрать по одному приемлемому частичному решению для каждой функции.

Ломаными линиями в табл. 7.1 указаны две традиционные системы отопления. Комбинация иных частичных решений позволит создать новые варианты. В данном случае, если брать из каждого ряда по одному решению, число возможных комбинаций составит 160 (4×5×4×2×1). Что представляет заметную величину. Поэтому часто для отбора решений из таблиц вводят дополнительные критерии (простота, доступность, стоимость, надежность и др.).^[3][4]

Морфологическая карта

• (А) — (В) — (С) — (D) — (Е) — система с циркуляцией горячей воды () (А) — (F) — (G) — (D) — (Н) — система с циркуляцией теплого воздуха ()
• 3. На основе объективных данных (исследование, опрос, экспертная оценка) определить, имеется ли взаимосвязь между каждой парой элементов.

Пример

Установить необходимые взаимосвязи между помещениями медицинского центра [Дж. Джонс, 1976].

1. Определить понятия «элемент» и «взаимосвязь» в решаемой задаче. В данном случае «элемент» — это любая часть комплекса помещений.

«Взаимосвязь» — потребность доступа из одного помещения в другое. Потребность будем оценивать по трехбалльной шкале:

• 2 — существенная взаимосвязь,
• 1 — желательная взаимосвязь,

О — излишняя взаимосвязь.

2. Составить матрицу, в которой каждый элемент может быть сопоставлен с любым другим.

Таблица 7.2

Матрица взаимодействий.

3. На основе объективных данных определить, имеется ли взаимосвязь между каждой парой элементов.

В данном случае объективной основой для определения взаимосвязей было согласованное мнение большого числа лиц из среды медицинского персонала (экспертов). Левая часть матрицы не использовалась, так как ответы являются симметричными. Если бы, например, объектом исследования было направление открывания двери, пришлось бы использовать обе половины матрицы.

Матрицы взаимодействия являются удачным средством решения тех задач, которые допускают разбиение на «элементы» и «взаимосвязи», и бесполезны, когда структура проблемы представляется нечеткой и размытой.

Очень интересной с точки зрения построения и процедуры применения является разработанная Г. С. Альтшуллером ТРИЗ (теория решения изобретательских задач), которая опирается на АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач). В отличие от вышеописанных, он создавался как существенно более специализированный эвристический метод, рассчитанный на решение лишь одной разновидности проблемных ситуаций — изобретательских задач, несущих в себе конфликт между условиями и требованием. Позднее, претерпев несколько модификаций, данный метод стал применяться и для обучения, причем как самих изобретателей, так и специалистов по их обучению. Отдельные его элементы стали использоваться в школьном и вузовском образовании как средство развития творческих способностей учащихся; другие нашли свое применение в практике решения бизнес-задач и проблем. Рассмотрим эту эвристическую стратегию на примере одной ее разновидности — АРИЗ-68 (цифра обозначает год разработки данной версии) [Г. С. Альтшуллер, 1969]. Это далеко не последняя модификация метода, который выступает весьма мощным и последовательным способом «борьбы» с задачами, имеющими конфликт в своей структуре. Именно отменные возможности выявления и устранения противоречий являются принципиальной особенностью АРИЗ.

Сам создатель метода различал административные, технические и физические противоречия [Г. С. Альтшуллер, 1991]. Административное противоречие представляет собой проблемную ситуацию, которая возникает, когда обнаруживаются нежелательные эффекты при невозможности их устранения известными способами. Такие противоречия констатируют лишь сам факт возникновения изобретательской ситуации. Например, ледокол продвигается вперед во льдах по методу клина, проламывая препятствие своей массой. Если лед имеет толщину 2—3 м, то скорость корабля не превышает скорости пешехода (4 км/ч). Как повысить скорость движения ледокола вдвое?

Формулирование на основании проблемной ситуации задачи соответствует переходу от административного противоречия к техническому. Техническое противоречие — это недопустимое по условиям задачи ухудшение одного параметра при попытках улучшить другой. Например, при повышении качества изготовления какого-либо изделия (что связано с тщательностью его обработки) обычно повышается его стоимость или при повышении прочности детали обычно возрастает ее вес.

В основе технического противоречия лежит противоречие физическое. В процессе анализа задачи постепенно выявляются такие ее элементы, от которых требуются взаимоисключающие физические состояния. Например, объект, чтобы удовлетворять требованиям задачи, должен обладать определенным свойством, чтобы выполнять какую-то функцию, и одновременно не обладать им. Скажем, быть и не быть подвижным или окружать собой другой объект и не окружать его.

Для преодоления противоречий АРИЗ предполагает использование на определенном этапе работы своеобразных «подсказок». К ним относятся:

1) таблицы типовых приемов разрешения технических конфликтов, которые допускают применение и вне пределов технического изобретательства.

Эти таблицы содержат порядка 40 обобщенных приемов, выделенных автором в ходе анализа отечественных и зарубежных патентов и авторских свидетельств (всего им было проанализировано около 10 тыс. патентов!). Например: прием копирования (вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные копии), или прием дешевой недолговечности (изменить объект так, чтобы он использовался только один раз), или прием частичного решения (добиваться не полного, а частичного решения), или прием «заранее подложенной подушки» (компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами) и т. д.;

2) указатели эффектов.

Автором метода были составлены специальные указатели эффектов (в первую очередь физических: тепловое расширение металлов, фазовые переходы воды, поверхностное натяжение жидкостей и т. д.), обеспечивающих определенные функции или действия;

3) подборки задач-аналогов.

Внешне непохожие задачи могут иметь одинаковые противоречия. База специальным образом подобранных, уже решенных задач-аналогов обеспечивает возможность выявления типичных противоречий и в новых задачах.

Однако подлинной сердцевиной АРИЗ являются приемы преобразования исходной задачи в пригодную для решения (или постановка задачи, если первоначально она отсутствовала). Некритичное отношение к исходной формулировке (формулировке заказчика-«задачедателя») приводит к существенным затруднениям, поскольку обычно она весьма шаблонна и маскирует многие возможности, скрытые в задаче, подталкивая решение по привычному, а часто — и ложному пути. Эти преобразования задачи направлены на выявление в ней новых противоречий, доведение их до состояния максимальной напряженности и поиск способов их преодоления.

Часто подсказкой на этом пути могут служить сформулированные Г. С. Альтшуллером (1991) «законы развития технических систем», которые позволяют прогнозировать качественные изменения в технических системах и эффективно находить технические противоречия, препятствующие этим процессам.

Предварительные действия с задачей (см. ниже стадии 1—3), помимо своих прямых функций, призваны привести ее к «пригодному для решения» виду.

План действий.

1. Выбор задачи.

Первый шаг. Определить, какова конечная цель решения задачи.

Какова техническая или экономическая цель решения (какую характеристику объекта надо изменить? Какие расходы снизятся в случае решения? Какие характеристики объекта нельзя менять ни в коем случае?).

Второй шаг. Проверить, можно ли достичь той же цели путем решения «обходной» задачи.

Третий шаг. Определить, решение какой — первоначальной или «обходной» — задачи более эффективно.

Четвертый шаг._ Определить требуемые качественные показатели (скорость, производительность, точность, эффективность и т. п.).

Пятый шаг. Уточнить требование задачи в связи с условиями, в которых будет внедряться изобретение.

2. Уточнение условий задачи.

Первый шаг. Уточнить задачу, используя патентную литературу.

Второй шаг. Можно ли решить данную задачу, если не считаться с затратами?

Третий шаг. Как изменится задача, если уменьшить требуемые показатели до нуля?

Четвертый шаг. Как изменится задача, если увеличить требуемые показатели в 10 или большее количество раз?

Пятый шаг. Как изменится задача, если сформулировать ее без специальных терминов?

3. Аналитическая стадия.

Первый шаг. Определить идеальный конечный результат (т. е. ответить на вопрос: что нужно получить в идеальном случае?).

Схематически показать, что было и что получилось в идеальном случае. Упростить конечную схему до предела, при котором еще сохраняется работоспособность.

Второй шаг. Определить, что мешает достижению идеального результата (ответить на вопрос: в чем состоит помеха?).

Третий шаг. Определить, почему мешает (в чем непосредственная причина помехи?).

Четвертый шаг. Определить, при каких условиях ничто не мешало бы получить идеальный результат (при каких условиях помеха исчезнет?).

Можно ли сделать так, чтобы помеха исчезла? Можно ли сделать так, чтобы помеха осталась, но перестала быть вредной?

Пятый шаг. Каким должно быть устройство, устраняющее помеху?

В более поздних версиях АРИЗ для совершения этого шага стал использоваться метод моделирования «маленькими человечками»: конфликтующие требования задачи схематически представляют в виде условного рисунка, на котором действует большое количество этих самых человечков. Сначала их «действия» моделируют противоречие. А затем модель перестраивают так, чтобы человечки продолжали выполнять свою функцию, но уже не вызывая конфликта. Найденное решение стараются перевести в технические схемы, найти для него материальное воплощение.

4. Оперативная стадия.

Первый шаг. Проверить возможность устранения технического конфликта с помощью таблиц типовых приемов.

Второй шаг. Проверить возможные изменения в среде, окружающей объект.

Третий шаг. Проверить возможные изменения в объектах, работающих совместно с данным.

Четвертый шаг. Проверить возможные изменения во времени. Нельзя ли устранить противоречие, растянув во времени происходящее в задаче действие? Или выполнив его до начала работы объекта? Или перейдя к импульсному (прерывистому) действию, и т. д.

Пятый шаг. Как решаются в природе более или менее сходные задачи?

Как они решаются в живых и вымерших организмах? Как в неживой природе?

5. Синтетическая стадия.

Первый шаг. Определить, как после изменения одной части объекта должны измениться другие его части.

Второй шаг. Определить, как должны быть изменены объекты, работающие совместно с данным.

Третий шаг. Проверить, может ли измененный объект применяться по-новому.

Четвертый шаг. Можно ли использовать найденную техническую идею при решении других задач?^{[5][6][7][8][9][10][11][12][13][14]}

Помимо рассмотренных стратегий, которые базируются на рациональном анализе и расчленении проблемной ситуации, часто в процессе решения полезной бывает опора на случайность, т. е. на какие-либо внеинтеллектуальные обстоятельства, неподвластные исчерпывающему анализу. Такой способ действий часто называют управляемой случайностью. Он может быть полезен как в случае попадания в тупиковые ситуации при использовании других методов, так и в качестве самостоятельной эвристики.

Например, возможно нецеленаправленное использование синонимов тех терминов, с помощью которых формулируется задача. Переформулировки иногда удачно изменяют проблемную ситуацию и подсказывают выход из затруднительного положения. Полезным бывает и получение самых разных новых впечатлений (например, посещение большого хозяйственного магазина, блошиного рынка или художественной выставки). Что-то из увиденного может подсказать новую мысль.

Помимо этого, существует специальный метод — гирлянды ассоциаций^[15], целиком построенный на целенаправленном использовании случайности [Г. Я. Буш, 1974, 19 776].

Пример

Предложить новые модификации для расширения ассортимента мебельной фабрики [Г. Я. Буш, 19 776].

1. Определить несколько синонимов или функциональных эквивалентов ключевого объекта.

Например, мы пытаемся разработать новые варианты обычного стула. Выбираем ряд синонимов в интересующей нас сфере: стул — табуретка — кресло — пуф.

2. Выбрать несколько случайных слов (например, из словаря).

Выбираем случайные слова. Например, электрическая лампочка —.

карман — решетка — цветок.

3. Составить возможные комбинации ключевого объекта со случайньш набором слов.

Стул с электрической лампочкой, решетчатый стул, стул с карманом, стул для цветов.

Если интересных вариантов не получилось, то:

4. Составить перечень признаков случайных слов.

Для всех выделенных случайных слов выписать их возможные признаки.

Электрическая лампочка: стеклянная, электрическая, колбообразная, матовая, теплоизлучающая, прозрачная, светящаяся и т. д.

То же самое делаем для всех остальных слов.

5. Генерировать возможные идеи путем присоединения выделенных признаков к синонимам ключевого объекта.

Стеклянный стул, теплоизлучающее кресло, матовое кресло, прозрачный стул, электрический пуф, светящийся пуф, колбообразная табуретка и т. п.

Если вариантов недостаточно или они не слишком оригинальны, то:

6. Генерировать гирлянды ассоциаций путем ассоциирования на выделенные признаки случайных слов.

Последовательно берем признаки, выделенные выше в пункте 4, и используем их в качестве ключевых слов при ассоциировании:

стеклянный — хрустальный, деревянный, прозрачный, небьющийся, зеркало, витрина, посуда, женщина, очки, водопад, вода, поверхность воды, лед, зима и т. д.

То же самое для всех остальных признаков всех слов.

7. Присоединить к синонимам ключевого объекта элементы гирлянды ассоциаций.

Зеркальный стул, хрустальная табуретка, ледяной пуф, зимняя мебель, небьющееся стеклянное кресло для женщин, женская табуретка, стул с посудой, водяное кресло, плавающий пуф, подводная табуретка, кресло с зеркалом и т. д. и т. п.

Если целиком провести всю описанную работу, то количество возможных вариантов, полученных на этом этапе, будет исчисляться многими тысячами.

• 8. Либо продолжать генерирование, либо начать оценку и отбор полученных вариантов.
• 9. Оценка и отбор рациональных вариантов.
• 10. Выбор оптимального варианта.

лению творческих идей: промежуток времени перед засыпанием или сразу после пробуждения, тишина или монотонный шум, и т. п.

Также важно выяснить сильные и слабые стороны своего мышления в ходе группового обсуждения: какая из функциональных ролей (генератор идей, критик, лидер, организатор обсуждения, фасилитатор и т. д.) вам удается лучше; какой режим работы (дискуссия, диалог единомышленников, открытый конфликт мнений) позволяет вам действовать с наибольшей отдачей; достижение какой цели (грубо наметить решение или детализировать его, «довести до ума», построить обоснованную программу внедрения и т. п.) удается вам лучше?

Такая работа (рефлексивная по своей сути) позволит в первом приближении выявить характерные черты своего творческого мышления, понять, чего именно вам не хватает, и постепенно подобрать те эвристические стратегии, которые будут давать наибольший эффект в работе. Надо, однако, понимать, что распространенное мнение о том, что можно сначала сформировать у себя творческое мышление, а затем с его помощью достичь каких-то значимых интеллектуальных результатов, — целиком беспочвенно. Мышление складывается только в процессе решения задач и проблем. Поэтому необходимо как можно больше практиковаться в работе с различными проблемными ситуациями, целенаправленно используя при этом эвристики. (Для этой цели подойдет даже сборник головоломок, не говоря уже о серьезных профессиональных задачах). Однако еще раз подчеркнем, что использование эвристик не гарантирует получение правильного результата, но делает увлекательным и сам процесс решения, ставя акцент на собственной активности решателя, независимо от содержания и уровня сложности задач или проблем.

• [1] Найти новые системы отопления жилищ [Дж. Джонс, 1976]. 1. Определить функции, которые будущий объект должен выполнять. Важно, чтобы выбранные функции были относительно независимыи чтобы ни одна существенная из них не была упущена. Существенными функциями для обеспечения комфорта человека в отапливаемой комнате считаются следующие факторы (табл. 7.1): а) приемлемая температура воздуха;
• [2] приемлемая радиационная температура (чтобы избежать ощущения холода подобного тому, которое испытываешь у холодной стены илиокна);
• [3] Основное преимущество морфологических карт состоит в том, чтодля заполнения матрицы требуется очень мало времени. Основная трудность заключается в определении набора функций, которые были бы: а) существенными для любого решения;
• [4] независимыми друг от друга; в) охватывающими все аспекты задачи; г) достаточно малочисленными, чтобы можно было составитьматрицу, допускающую быстрый анализ (например, матрица 10×10дает уже 10 млрд комбинаций). Весьма удобным и часто используемым эвристическим средствомявляется матрица взаимодействий. Здесь предметом анализа становятся возможные взаимосвязи и взаимоотношения между несколькими объектами. Главное достоинство данного метода состоит в том, что он позволяет провести объективную проверку требований задачии возможных решений, которую невозможно осуществить чисто мыслительным путем. План действий. 1. Определить понятия «элемент» и «взаимосвязь» в решаемойзадаче (причем так, чтобы другие специалисты могли выявить такуюже или аналогичную конфигурацию). 2. Составить матрицу, в которой каждый элемент может быть сопоставлен с любым другим.
• [5] В более поздних версиях обсуждаемого метода количество стадийоказывается существенно большим. Например, в АРИЗ-85-В их сталодевять:
• [6] анализ задачи;
• [7] анализ модели задачи;
• [8] определение идеального конечного результата и физического противоречия;
• [9] мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов;
• [10] применение информационного фонда;
• [11] изменение и (или) замена задачи;
• [12] анализ способа устранения физического противоречия;
• [13] применение полученного ответа;
• [14] анализ хода решения. Но смысл преобразований задачи, направленных на выявление технических и физических противоречий, а затем поиска способов их преодоления, остался неизменным. А за счет внесенных уточнений и детализации разрешающая способность метода заметно повысилась.
• [15] 2