Предсказуемость — это степень, в которой можно сделать правильное предсказание или прогноз состояния системы , качественно или количественно.
Причинный детерминизм тесно связан с предсказуемостью. Совершенная предсказуемость подразумевает строгий детерминизм, но отсутствие предсказуемости не обязательно означает отсутствие детерминизма. Ограничения на предсказуемость могут быть вызваны такими факторами, как недостаток информации или чрезмерная сложность.
В экспериментальной физике всегда существуют ошибки наблюдения, определяющие такие переменные, как положение и скорость. Поэтому идеальное предсказание практически невозможно. Более того , в современной квантовой механике принцип неопределенности Вернера Гейзенберга накладывает ограничения на точность, с которой могут быть известны такие величины. Таким образом, такая идеальная предсказуемость также теоретически невозможна.
Демон Лапласа — это высший разум, который мог бы полностью предсказать одно возможное будущее, учитывая ньютоновские динамические законы классической физики и совершенное знание положений и скоростей всех частиц в мире. Другими словами, если бы можно было иметь все данные о каждом атоме во Вселенной с начала времен, можно было бы предсказать поведение каждого атома в будущем. Обычно считается, что детерминизм Лапласа основан на его механике, но он не смог математически доказать, что механика детерминирована. Скорее, его детерминизм основан на общих философских принципах, в частности на принципе достаточного основания и законе непрерывности. [1]
Хотя второй закон термодинамики может определить состояние равновесия , к которому будет развиваться система, и иногда можно предсказать устойчивые состояния в диссипативных системах , не существует общего правила для предсказания эволюции во времени систем, удаленных от равновесия, например хаотических систем , если они не приближаются к равновесному состоянию. Их предсказуемость обычно ухудшается со временем, и для количественной оценки предсказуемости можно измерить скорость расхождения траекторий системы в фазовом пространстве ( энтропия Колмогорова-Синая , показатели Ляпунова ).
В стохастическом анализе случайный процесс является предсказуемым процессом , если можно узнать следующее состояние в настоящий момент.
Раздел математики, известный как теория хаоса, фокусируется на поведении систем, которые очень чувствительны к начальным условиям. Это предполагает, что небольшое изменение начального состояния может полностью изменить развитие системы. Это явление известно как эффект бабочки : взмах крыльев бабочки в Бразилии может вызвать торнадо в Техасе. Природа теории хаоса предполагает, что предсказуемость любой системы ограничена, поскольку в настоящее время невозможно знать все детали системы. В принципе, детерминированные системы, которые пытается анализировать теория хаоса, можно предсказать, но неопределенность в прогнозе увеличивается экспоненциально с течением времени. [2]
Как указано в [3] , три основных вида эффектов бабочки в исследованиях Лоренца включают: чувствительную зависимость от начальных условий, [4] [5] способность крошечного возмущения создавать организованную циркуляцию на больших расстояниях, [6] и гипотетическая роль мелкомасштабных процессов в обеспечении конечной предсказуемости. [7] [8] [9] Три вида эффекта бабочки не совсем одинаковы.
В изучении взаимодействия человека и компьютера предсказуемость — это свойство прогнозировать последствия действий пользователя с учетом текущего состояния системы.
Современный пример взаимодействия человека и компьютера проявляется в разработке алгоритмов компьютерного зрения для программного обеспечения предотвращения столкновений в беспилотных автомобилях. Исследователи из корпорации NVIDIA, [10], Принстонского университета, [11] и других учреждений используют глубокое обучение, чтобы научить компьютеры предвидеть последующие дорожные сценарии на основе визуальной информации о текущем и предыдущих состояниях.
Другим примером взаимодействия человека и компьютера являются компьютерные симуляции, предназначенные для прогнозирования поведения человека на основе алгоритмов. Например, Массачусетский технологический институт недавно разработал невероятно точный алгоритм прогнозирования поведения людей. При тестировании на телевизионных шоу алгоритм смог с большой точностью предсказать последующие действия персонажей. Подобные алгоритмы и компьютерное моделирование открывают большие перспективы для будущего искусственного интеллекта. [12]
Лингвистическое предсказание — это явление в психолингвистике, возникающее всякий раз, когда информация о слове или другой языковой единице активируется до того, как эта единица фактически встречается. Данные, полученные в результате отслеживания взгляда , потенциалов, связанных с событиями , и других экспериментальных методов показывают, что помимо интеграции каждого последующего слова в контекст, сформированный ранее встречавшимися словами, пользователи языка могут при определенных условиях пытаться предсказать предстоящие слова. Было показано, что предсказуемость влияет как на обработку текста и речи, так и на производство речи. Кроме того, было показано, что предсказуемость влияет на синтаксическое, семантическое и прагматическое понимание.
В изучении биологии – особенно генетики и нейробиологии – предсказуемость связана с предсказанием биологического развития и поведения на основе унаследованных генов и прошлого опыта.
В научном сообществе ведутся серьезные споры о том, является ли поведение человека полностью предсказуемым на основе его генетики. Исследования, подобные проведенному в Израиле, показали, что судьи с большей вероятностью вынесут более мягкий приговор, если они поели совсем недавно. [13] Помимо подобных случаев, было доказано, что люди лучше пахнут от людей с комплементарными генами иммунитета, что приводит к большему физическому притяжению. [14] Генетика может быть исследована, чтобы определить, предрасположен ли человек к каким-либо заболеваниям, а поведенческие расстройства чаще всего можно объяснить путем анализа дефектов генетического кода. Учёные, которые фокусируются на подобных примерах, утверждают, что поведение человека полностью предсказуемо. Сторонники другой стороны дебатов утверждают, что генетика может обеспечить только предрасположенность действовать определенным образом и что, в конечном итоге, люди обладают свободной волей выбирать, действовать или нет.
Животные имеют значительно более предсказуемое поведение, чем люди. Под влиянием естественного отбора у животных появляются брачные крики, предупреждения о хищниках и коммуникативные танцы. Одним из примеров такого укоренившегося поведения является суслик Белдинга, который выработал особый набор криков, предупреждающих ближайших белок о хищниках. Если суслик увидит хищника на суше, после того, как он доберется до безопасного места, он издаст трель, которая сигнализирует находящимся поблизости белкам, что им следует встать на задние лапы и попытаться найти хищника. Когда хищник замечен в воздухе, суслик немедленно издает длинный свист, подвергая себя опасности, но сигнализируя ближайшим белкам бежать в укрытие. Благодаря экспериментам и исследованиям учёным удалось составить график такого поведения и очень точно предсказать, как животные ведут себя в определённых ситуациях. [15]
Изучение предсказуемости часто вызывает споры между теми, кто считает, что люди полностью контролируют свою свободную волю, и теми, кто считает, что наши действия предопределены. Однако вполне вероятно, что ни Ньютон , ни Лаплас не считали изучение предсказуемости связанным с детерминизмом. [16]
Поскольку изменение климата и другие погодные явления становятся все более распространенными, предсказуемость климатических систем становится все более важной. МГЭИК отмечает, что наша способность предсказывать будущие подробные климатические взаимодействия сложна, однако долгосрочные прогнозы климата возможны. [17] [18]
Спустя более 50 лет, прошедших с момента исследования Лоренца в 1963 году и его последующей презентации в 1972 году, утверждение «погода хаотична» было хорошо принято. [4] [5] Такая точка зрения переключает наше внимание с регулярности, связанной с взглядом Лапласа на детерминизм, на нерегулярность, связанную с хаосом. В отличие от однотипных хаотических решений, недавние исследования с использованием обобщенной модели Лоренца [19] были сосредоточены на сосуществовании хаотических и регулярных решений, которые появляются в одной модели с использованием одних и тех же конфигураций моделирования, но разных начальных условий. [20] [21] Результаты, с учетом сосуществования аттракторов, предполагают, что вся погода обладает двойственной природой хаоса и порядка с отчетливой предсказуемостью. [22]
Используя медленно меняющийся периодический параметр нагрева в обобщенной модели Лоренца, Шен и его соавторы предложили пересмотренную точку зрения: «Атмосфера обладает хаосом и порядком; оно включает в себя, например, возникающие организованные системы (такие как торнадо) и изменяющиеся во времени воздействия, вызванные повторяющимися сезонами». [23]
Барьер весенней предсказуемости относится к периоду времени в начале года, когда делать летние прогнозы погоды в отношении Эль-Ниньо – Южного колебания сложно. Неизвестно, почему это так сложно, хотя было предложено множество теорий. Существует мнение, что причина связана с переходом ЭНСО , когда условия меняются быстрее. [24]
Предсказуемость в макроэкономике чаще всего относится к степени, в которой экономическая модель точно отражает квартальные данные, и к степени, в которой можно успешно определить внутренние механизмы распространения моделей. Примеры макроэкономических рядов, представляющих интерес для США, включают, помимо прочего, потребление, инвестиции, реальный ВНП и основной капитал. Факторы, влияющие на предсказуемость экономической системы, включают диапазон прогноза (прогноз на два года вперед или на двадцать) и изменчивость оценок. Математические процессы оценки предсказуемости макроэкономических тенденций все еще находятся в стадии разработки. [25]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Текст был взят из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.
