Метод проб и ошибок — это фундаментальный метод решения проблем [1] , характеризующийся повторяющимися, разнообразными попытками, которые продолжаются до успеха [2] или до тех пор, пока практикующий не перестанет пытаться.
По словам У. Торпа , этот термин был придуман К. Ллойдом Морганом (1852–1936) после опробования подобных фраз «проба и неудача» и «испытание и практика». [3] Согласно канону Моргана , поведение животных следует объяснять как можно проще. Там, где поведение, по-видимому, подразумевает высшие психические процессы, это можно объяснить методом проб и ошибок. Примером может служить умелый способ, с помощью которого его терьер Тони открыл садовую калитку, что легко было бы ошибочно принять за проницательный поступок для того, кто видел окончательное поведение. Ллойд Морган, однако, наблюдал и записывал серию приближений, с помощью которых собака постепенно усвоила реакцию, и смог продемонстрировать, что для ее объяснения не требуется никакого понимания.
Эдвард Ли Торндайк был инициатором теории обучения методом проб и ошибок, основанной на результатах, которые он показал, как проводить эксперименты методом проб и ошибок в лаборатории. В его знаменитом эксперименте кошку поместили в несколько коробок-пазлов, чтобы изучить закон эффекта в обучении. [4] Он составил график, чтобы изучить кривые, которые записывали время каждого испытания. Ключевое наблюдение Торндайка заключалось в том, что обучению способствуют положительные результаты, что позже было уточнено и расширено с помощью оперантного обусловливания Б. Ф. Скиннера .
Метод проб и ошибок также является методом решения проблем, ремонта , настройки или получения знаний . В области информатики этот метод называется генерировать и тестировать ( грубая сила ) . В элементарной алгебре при решении уравнений используется принцип «угадай и проверь» .
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 используется при решении простых задач и в играх, и часто это последнее средство, когда не применяются очевидные правила. Это не означает, что этот подход по своей сути небрежен, поскольку человек может методично манипулировать переменными, пытаясь разобраться в возможностях, которые могут привести к успеху. Тем не менее, этим методом часто пользуются люди, мало разбирающиеся в проблемной области. Метод проб и ошибок был изучен с его естественной вычислительной точки зрения [5]
Эшби (1960, раздел 11/5) предлагает три простые стратегии решения одной и той же основной задачи упражнений, которые имеют очень разную эффективность. Предположим, что набор из 1000 переключателей включения/выключения необходимо настроить на определенную комбинацию путем случайного тестирования, при этом ожидается, что каждый тест займет одну секунду. [Этот вопрос также обсуждается у Трэйла (1978–2006, раздел C1.2). Стратегии следующие:
Обратите внимание на молчаливое предположение, что для решения этой проблемы не требуется никакого интеллекта или понимания. Однако существование различных доступных стратегий позволяет нам рассмотреть отдельную («высшую») область обработки — «метауровень» над механикой переключения, — где различные доступные стратегии могут выбираться случайным образом. Опять же это «проб и ошибок», но уже 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 этом основании он утверждает, что человеческий интеллект возникает из такой организации: во многом полагаясь на метод проб и ошибок (по крайней мере, первоначально на каждом новом этапе), но в конце всего этого появляясь с тем, что мы бы назвали «интеллектом». Таким образом, предположительно самый верхний уровень иерархии (на любой стадии) по-прежнему будет зависеть от простого метода 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 переключателями; см. §C1.2]. В конце концов, частью доктрины Пиаже является то, что дети сначала учатся, активно действуя более или менее случайным образом, а затем, надеюсь, учатся на последствиях — и все это имеет определенное сходство со случайным «методом проб и ошибок» Эшби. .
Трэйл (2008, особенно таблица «S» на стр. 31 ) вслед за Джерном и Поппером рассматривает эту стратегию как, вероятно, лежащую в основе всех систем сбора знаний — по крайней мере, на их начальном этапе .
Выделено четыре таких 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, нужно просто сделать заметку и продолжать, а не завершать процесс, когда решение найдено, пока все решения не будут опробованы. Чтобы найти лучшее решение, нужно найти все решения только что описанным методом, а затем провести их сравнительную оценку на основе некоторого заранее определенного набора критериев, наличие которых является условием возможности найти лучшее решение. (Кроме того, когда может существовать только одно решение, как при сборке головоломки, тогда любое найденное решение является единственным решением и, следовательно, обязательно является лучшим.)
Метод проб и ошибок традиционно был основным методом поиска новых лекарств, например антибиотиков . Химики просто пробуют химикаты наугад, пока не найдут тот, который обеспечит желаемый эффект. В более сложной версии химики выбирают узкий диапазон химических веществ, которые, как считается, могут оказать определенный эффект, используя метод, называемый взаимосвязью структура-активность . (Последний случай можно альтернативно рассматривать как изменение проблемы, а не стратегии решения: вместо «Какое химическое вещество будет хорошо работать в качестве антибиотика?» проблема в сложном подходе звучит так: «Какие химические вещества, если таковые имеются, 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 наблюдается в реакциях игроков на видеоигры : столкнувшись с препятствием или боссом , игроки часто формируют ряд стратегий, чтобы преодолеть препятствие или победить босса, причем каждая стратегия выполняется до того, как игрок либо добьется успеха, либо добьется успеха. выходит из игры.
Спортивные команды также используют метод проб и ошибок, чтобы выйти в плей-офф и/или пройти через него и выиграть чемпионат , пробуя различные стратегии, игры, составы и расстановки в надежде победить каждого противника на пути к победе. Это особенно важно в сериях плей-офф, в которых для продвижения требуется несколько побед , где команда, проигравшая игру, будет иметь возможность опробовать новую тактику, чтобы найти способ победить, если она еще не вылетела.
Научный метод можно рассматривать как содержащий элемент проб и ошибок при формулировании и проверке гипотез. Также сравните генетические алгоритмы , имитацию отжига и обучение с подкреплением — все разновидности поиска, в которых применяется основная идея метода проб и ошибок.
Биологическую эволюцию можно рассматривать как форму проб и ошибок. [6] Случайные мутации и половые генетические вариации можно рассматривать как испытания, а плохую репродуктивную приспособленность или отсутствие улучшенной приспособленности — как ошибку. Таким образом, спустя долгое время «знания» о хорошо адаптированных геномах накапливаются просто благодаря их способности воспроизводиться .
Bogosort , концептуальный алгоритм сортировки (крайне неэффективный и непрактичный), можно рассматривать как метод проб и ошибок при сортировке списка. Однако типичные простые примеры богосорта не отслеживают, какие порядки списка были опробованы, и могут пробовать один и тот же порядок любое количество раз, что нарушает один из основных принципов метода проб и ошибок. Метод проб и ошибок на самом деле более эффективен и практичен, чем богосорт; в отличие от bogosort, она гарантированно останавливается за конечное время на конечном списке и может даже быть разумным способом сортировки очень коротких списков при некоторых условиях.
Пауки-скакуны рода Portia методом проб и ошибок находят новую тактику против незнакомой добычи или в необычных ситуациях и запоминают новую тактику. [7] Испытания 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 он должен либо прыгнуть, а затем плыть, либо только плыть. [8] [9]