Метод проб и ошибок является основополагающим методом решения проблем [1], характеризующимся повторными, разнообразными попытками, которые продолжаются до тех пор, пока не будет достигнут успех [2] или пока практикующий не прекратит попытки.
Согласно WH Thorpe , термин был придуман C. Lloyd Morgan (1852–1936) после того, как он попробовал похожие фразы «trial and failure» и «trial and practice». [3] Согласно канону Моргана , поведение животных должно быть объяснено максимально простым способом. Там, где поведение, как кажется, подразумевает высшие умственные процессы, его можно объяснить обучением методом проб и ошибок. Примером может служить умелый способ, которым его терьер Тони открыл калитку сада, легко ошибочно понятый как проницательный акт кем-то, кто видел окончательное поведение. Ллойд Морган, однако, наблюдал и записывал серию приближений, с помощью которых собака постепенно училась ответу, и мог продемонстрировать, что для его объяснения не требовалось никакого проницательного подхода.
Эдвард Ли Торндайк был инициатором теории проб и ошибок обучения, основанной на результатах, которые он показал, как управлять экспериментом проб и ошибок в лаборатории. В его знаменитом эксперименте кошку помещали в ряд коробок-головоломок, чтобы изучить закон эффекта в обучении. [4] Он строил кривые обучения, которые регистрировали время для каждой попытки. Ключевое наблюдение Торндайка состояло в том, что обучение поощрялось положительными результатами, что позже было уточнено и расширено оперантным обусловливанием Б. Ф. Скиннера .
Метод проб и ошибок также является методом решения проблем, ремонта , настройки или получения знаний . В области компьютерных наук метод называется генерация и проверка ( Brute force ) . В элементарной алгебре при решении уравнений это угадывание и проверка .
Этот подход можно рассматривать как один из двух основных подходов к решению проблем, в отличие от подхода, использующего понимание и теорию . Однако существуют промежуточные методы, которые, например, используют теорию для руководства методом, подход, известный как управляемый эмпиризм .
Этот образ мышления стал основой критического рационализма Карла Поппера .
Метод проб и ошибок наиболее успешно применяется к простым проблемам и в играх, и часто является последним средством, когда не применяется ни одно очевидное правило. Это не означает, что этот подход изначально небрежен, поскольку человек может быть методичным в манипулировании переменными в попытке отсортировать возможности, которые могут привести к успеху. Тем не менее, этот метод часто используют люди, которые мало что знают в проблемной области. Метод проб и ошибок изучался с его естественной вычислительной точки зрения [5]
Эшби (1960, раздел 11/5) предлагает три простые стратегии для решения одной и той же базовой задачи-упражнения, которые имеют очень разную эффективность. Предположим, что набор из 1000 переключателей «вкл/выкл» должен быть установлен в определенную комбинацию с помощью случайного тестирования, где каждый тест, как ожидается, займет одну секунду. [Это также обсуждается в Трейлле (1978–2006, раздел C1.2). Стратегии таковы:
Обратите внимание на неявное предположение, что никакой интеллект или понимание не задействованы в решении проблемы. Однако существование различных доступных стратегий позволяет нам рассмотреть отдельную («высшую») область обработки — «метауровень» над механикой управления переключателями — где различные доступные стратегии могут быть выбраны случайным образом. Это снова «метод проб и ошибок», но другого типа.
Книга Эшби развивает эту идею «метауровня» и расширяет ее до целой рекурсивной последовательности уровней, последовательно расположенных друг над другом в систематической иерархии. На этой основе он утверждает, что человеческий интеллект возникает из такой организации: в значительной степени полагаясь на пробы и ошибки (по крайней мере, изначально на каждой новой стадии), но появляясь с тем, что мы бы назвали «интеллектом» в конце всего этого. Таким образом, предположительно, самый верхний уровень иерархии (на любой стадии) все еще будет зависеть от простых проб и ошибок.
Трэйл (1978–2006) предполагает, что эта иерархия Эшби, вероятно, совпадает с известной теорией стадий развития Пиаже. [В этой работе также обсуждается пример Эшби с 1000 переключениями; см. §C1.2]. В конце концов, это часть доктрины Пиаже, что дети сначала учатся, активно действуя более или менее случайным образом, а затем, как можно надеяться, учатся на последствиях — что все это имеет определенное сходство со случайным «методом проб и ошибок» Эшби.
Трейлл (2008, в частности, таблица «S» на стр. 31 ) следует за Джерне и Поппером , рассматривая эту стратегию как, вероятно, лежащую в основе всех систем сбора знаний — по крайней мере, на начальном этапе .
Выделяют четыре такие системы:
Метод проб и ошибок имеет ряд особенностей:
Можно использовать метод проб и ошибок, чтобы найти все решения или лучшее решение, когда существует проверяемое конечное число возможных решений. Чтобы найти все решения, просто делают заметку и продолжают, а не заканчивают процесс, когда решение найдено, пока все решения не будут испробованы. Чтобы найти лучшее решение, находят все решения только что описанным методом, а затем сравнивают их на основе некоторого предопределенного набора критериев, существование которых является условием возможности нахождения лучшего решения. (Кроме того, когда может существовать только одно решение, как при сборке пазла, то любое найденное решение является единственным решением и поэтому обязательно лучшим.)
Метод проб и ошибок традиционно является основным методом поиска новых лекарств, таких как антибиотики . Химики просто пробуют химикаты наугад, пока не найдут тот, который даст желаемый эффект. В более сложной версии химики выбирают узкий диапазон химикатов, которые, как считается, могут иметь некоторый эффект, используя технику, называемую соотношением структура-активность . (Последний случай можно рассматривать как изменение проблемы, а не стратегии решения: вместо «Какое химическое вещество будет хорошо работать как антибиотик?» проблема в сложном подходе заключается в том, «Какое, если таковое имеется, из химических веществ в этом узком диапазоне будет хорошо работать как антибиотик?») Этот метод широко используется во многих дисциплинах, таких как технология полимеров, для поиска новых типов или семейств полимеров.
Метод проб и ошибок также часто встречается в реакциях игроков на видеоигры : сталкиваясь с препятствием или боссом , игроки часто разрабатывают ряд стратегий, чтобы преодолеть препятствие или победить босса, причем каждая стратегия реализуется до того, как игрок либо добьется успеха, либо выйдет из игры.
Спортивные команды также используют метод проб и ошибок, чтобы пройти квалификацию и/или пройти плей-офф и выиграть чемпионат , пробуя разные стратегии, розыгрыши, расстановки и построения в надежде победить каждого соперника на пути к победе. Это особенно важно в сериях плей-офф, в которых для продвижения требуется несколько побед , где команда, проигравшая игру, получит возможность попробовать новую тактику, чтобы найти способ победить, если она еще не выбыла.
Научный метод можно рассматривать как содержащий элемент проб и ошибок в его формулировке и проверке гипотез. Также сравните генетические алгоритмы , имитацию отжига и обучение с подкреплением — все разновидности поиска, которые применяют основную идею проб и ошибок.
Биологическую эволюцию можно рассматривать как форму проб и ошибок. [6] Случайные мутации и половые генетические вариации можно рассматривать как пробы, а плохую репродуктивную приспособленность или отсутствие улучшенной приспособленности — как ошибку. Таким образом, спустя долгое время «знание» хорошо адаптированных геномов накапливается просто в силу их способности к воспроизводству.
Bogosort , концептуальный алгоритм сортировки (который крайне неэффективен и непрактичен), можно рассматривать как подход проб и ошибок к сортировке списка. Однако типичные простые примеры bogosort не отслеживают, какие порядки списка были опробованы, и могут пытаться использовать один и тот же порядок любое количество раз, что нарушает один из основных принципов проб и ошибок. Метод проб и ошибок на самом деле более эффективен и практичен, чем bogosort; в отличие от bogosort, он гарантированно остановится за конечное время на конечном списке и может даже быть разумным способом сортировки очень коротких списков при некоторых условиях.
Пауки-скакуны рода Portia используют метод проб и ошибок, чтобы найти новую тактику против незнакомой добычи или в необычных ситуациях, и запоминают новую тактику. [7] Тесты показывают, что Portia fimbriata и Portia labiata могут использовать метод проб и ошибок в искусственной среде, где цель паука — пересечь миниатюрную лагуну , которая слишком широка для простого прыжка, и должны либо прыгнуть, а затем плыть, либо только плыть. [8] [9]