Петля Бойда и кибернетика второго порядка

Развитие информационно-коммуникационной индустрии в согласии с законом Мура принесло невероятные результаты — полвека назад ни один фантаст не мог представить себе того, что сегодня стало обыденным. Можно долго расписывать значение мобильных устройств, Интернета и всего остального, но, с другой стороны, из-за лавинообразного роста технологических возможностей в компьютерной науке возникла ощутимая стагнация — технологии ее обошли и в ряде случаев сделали попросту ненужной. Начиная с 80-х годов все, что требовалось, — это обеспечить рост производительности процессоров, памяти и других составляющих. Как следствие, успешнее развивались не фундаментальные, а прикладные исследования и, что уж совсем печально, стало вырождаться образование, которое все больше приобретает инженерный характер. Очевидно, положение компьютерной науки в XXI веке несравнимо с тем, что было в 60-е и 70-е, — например, совсем исчезли яркие имена.

Но законы диалектики незыблемы — рано или поздно наступает момент перехода количественных изменений в качественные, развитие совершается путем непрерывных противоречий, и сегодня мы подошли к такому диалектическому противоречию — на этот раз между объемами данных, доступных современным технологиям, и возможностями человека для работы с ними. Нынешние технологии способны перемалывать немыслимое количество байтов, но этого мало, нужно еще научиться извлекать из этих данных полезную информацию. Даже легион data scientist положения дел не спасет: без развития фундаментальной науки не обойтись, одно из ее возможных перспективных направлений — это кибернетика второго порядка.

Основные представления

Возникновение второго поколения кибернетики связывают с американским ученым Грегори Бэйтсоном, известным своим системным подходом к психологии, и чилийскими биологами Умберто Матураной и Франсиско Варелой, авторами теории автопоэзиса (autopoiesis). Это люди широчайших взглядов, они интересовались эпистемологией, наукой о научном знании. Примерно о том же размышлял Карл Поппер в 60–80-х годах XX века. Однако в силу биологической направленности своих работ отцы кибернетики второго порядка рассматривали исключительно живые системы как наиболее сложные на тот момент. Но время идет, и по закону того же Мура появляются современные технические системы, уже приближающиеся по сложности к живым, и положения кибернетики второго порядка начинают распространяться и на них. Ключевым понятием этой кибернетики является автопоэзис — неологизм, предложенный Матураной и Варелой для обозначения самопродуцирования. Термин образован от двух слов древнегреческого происхождения: auto — «сам» и poiesis — «строить, творить, производить» (в древней Греции поэт — творец в широком смысле слова). Автопоэтическая система — это система, способная к самовоспроизведению. Ее антиподом является аллопоэтическая система, не имеющая отношения к собственным компонентам, не способная самовоспроизводиться. Любое традиционное промышленное производство и особенно сборочные конвейеры можно назвать аллопоэтическими системами, но постепенно по мере усложнения и по мере развития систем управления и бизнес-систем они приобретают автопоэтические черты.

Система считается автопоэтической при выполнении нескольких условий. Такая система является сетью из взаимодействующих между собой на некотором множестве своих элементов компонентов, в каждом из которых происходят собственные процессы, как логические, так и физические. Система имеет границы, отделяющие ее от окружающей среды или сети. Такая система является открытой в физическом плане, но замкнутой организационно или логически. Различие между двумя классами систем образно выразил Грегори Бэйтсон: «Если вы толкнете камень, он ускорится пропорционально полученной энергии, но если толкнете собаку, то она ускорится в соответствии с энергией, полученной от своего метаболизма».

Заметную роль в формировании менее биологического и более технического представления о кибернетике второго порядка сыграл австрийский математик Хейнц фон Фёрстер, непосредственно знакомый с Норбертом Винером. По его мнению, эта наука изучает не только собственно поведение автопоэтических систем, но и роль человека-наблюдателя в создании и функционировании подобных систем. Эта наука изучает кибернетические системы, состоящие из кибернетических систем, поэтому-то ее и назвали кибернетикой второго порядка. Основная модель этой кибернетики предполагает наличие второй петли обратной связи, включающей и человека. Чисто внешне главное отличие состоит в наличии второй петли (рис. 1), но есть и более фундаментальные расхождения — критически важно, что именно передается по второй внешней петле и почему в ней обязательно присутствие человека. Условно говоря, по внутренней петле циркулируют машинные данные, а по внешней — доступная только человеку информация, которую иногда называют управляющей (control). В реальной жизни везде, где есть не только машины, но и люди, вторая петля всегда присутствует, но до определенного момента о ее существовании не задумывались. Например, в зенитной стрельбе — классическом винеровском примере управления по обратной связи — рассматривается собственно полет снаряда, а не весь цикл функционирования ПВО. Вторая петля незримо присутствует и здесь — например, при выборе цели нужна управляющая информация, предназначенная человеку. Вот почему такую управляющую информацию называют недостающей частью кибернетики Винера.

Рис. 1. Петли обратной связи кибернетик первого и второго порядка

Джон Бойд и его «рояль в кустах»

За последнее время все чаще стали встречаться упоминания аббревиатуры OODA и имени ее автора — полковника Джона Бойда. Обычно ссылки обнаруживаются в текстах, посвященных попыткам практического использования технологий Больших Данных применительно к системам управления в бизнесе — эти подходы стали называть экономикой обратной связи (feedback economy). Все началось вскоре после того, как идеи такой экономики были представлены широкой публике на конференции Strata 2012, посвященной Большим Данным. Однако этим область действия «петли OODA» не ограничивается — все гораздо сложнее и запутанней, и хотя на поверхности лежат «экономика обратной связи», Большие Данные и другие события этого ряда, однако они не самоцель: происходящее следует рассматривать шире, как один из признаков глобального изменения. Это еще называют переходом к экономике знаний в эпоху Больших Данных или когнитивных компьютерных систем, либо реинкарнацией искусственного интеллекта, либо  как-то иначе.

Имя Джона Бойда и предложенный им «цикл OODA», скорее всего, ничего не говорят отечественным читателям, а если о нем кому-то и что-то известно, то, вероятнее всего, исключительно как о военном теоретике, разработавшем новые приемы воздушных боев, принципы стратегий и требования к тактико-техническим данным современных истребителей. Действительно, Бойд много лет был консультантом Пентагона, а до этого выдающимся мастером пилотажа, поэтому командование и не допустило его к реальным боям во время Корейской войны. Он передавал пилотам выработанные им оригинальные приемы поединков и тем заслужил известность. Для любого летчика это было бы апогееем карьеры, но не для Бойда — дальше в его жизни произошло самое удивительное, мало совместимое с привычным образом воздушного аса.

Для начала, будучи ученым по складу ума, Бойд занялся системным анализом следующей ситуации — его заинтересовал вопрос, почему использовавшиеся Кореей истребители МИГ-15, формально по большинству показателей превосходившие противостоявший им американский F-86, по счету побед уступали последнему. Этой стороне деятельности Бойда посвящена книга Франца Осинга «Наука, стратегия и война. Стратегическая теория Джона Бойда» (Science, Strategy and War. The Strategic Theory of John Boyd), в которой изложена биография и все этапы формирования Бойда как ученого. Не может не поразить нехарактерный для военного человека жизненный путь от пилота-истребителя до мыслителя и философа. До выхода в отставку в своих трудах Бойд опирался на военную науку и собственные интуитивные представления — у него не было серьезного образования. Осознав это, на пятом десятке Бойд решил компенсировать нехватку теоретических знаний и получить серьезную физико-математическую подготовку. В университете он в основном занимался вопросами термодинамики, что и привело его к исследованию природы сложных систем. В этот момент он понял, что, оказывается, есть теоретические предпосылки к тому, что он делал до этого времени исходя просто из здравого смысла. Он занимался сложными системами на практике, не зная о существовании теории хаоса, теории сложных систем и других дисциплин, сложившихся во второй половине прошлого века. С этого момента он пошел совершенно самостоятельным путем. Для начала экс-полковник, как и следует военному, составил список для чтения на несколько лет и внимательнейшим образом проштудировал его. В итоге получилось не имеющее до сих пор аналогов сочетание военного педантизма с высокой наукой.

Бойд и прежде много читал, но это были труды великих полководцев, менеджеров, математиков, а теперь в список вошли имена философов, кибернетиков, психологов, специалистов по общей теории систем, среди них: Карл Поппер, Жан Пиаже, Людвиг фон Берталанфи, Томас Кун, Мишель Поляни, Норберт Винер, Грегори Бэйтсон и другие выдающиеся мыслители первой половины XX века. Методично, по-военному, изучая все эти труды, Бойд обрел системное мышление.

На бытовом уровне под системным мышлением понимают способность абстрагироваться от частностей и выявлять общие системные закономерности. Существует бесконечное количество определений — например, по Питеру Сенге: «Cистемное мышление представляет собой концептуальную структуру (framework), состоящую из совокупности тех развитых за последние пятьдесят лет знаний и инструментов, которые предназначены для более легкого восприятия целостности явления, что должно помочь в достижении изменений». Еще говорят о системном подходе, когда окружающие явления рассматриваются как совокупность взаимосвязанных систем, в свою очередь, состоящих из взаимосвязанных элементов, и при этом системы обладают целями, ресурсами, связями с внешней средой, а также обратной связью.

Нынешний ренессанс интереса к работам Бойда связан с тем, что под влиянием Больших Данных компьютинг приобретает в подлинном смысле этого слова системные качества. Чтобы проиллюстрировать намечающийся переход к системности, можно выстроить простейшую цепочку. Когда-то не было ничего иного, кроме пакетного режима, а компьютеры были просто инструментами для обработки данных. Затем появился интерфейс с человеком, который теперь получает разнообразные связи с внешней средой (сенсорная революция, неструктурированные, медийные данные и т. д.). Для того чтобы все это стало в полном смысле системой, осталось заполучить обратную связь. Оказалось, что нужны новые знания, и наследие Бойда позволяет к ним приобщиться. Но как? И вот тут-то и обнаружился «рояль в кустах» — доселе никому неведомый цикл OODA, предложенный Бойдом. Сказать, что в нем есть какие-то откровения, нельзя, но Бойд со своей военной скрупулезностью сделал очень важное — он освободил рациональные соображения философов-теоретиков от избыточной словесной оболочки и заключил их в простую и легко воспринимаемую графическую схему, которая и получила название цикла или петли OODA.

Наблюдай, ориентируйся, решай и действуй

Цикл Бойда, представленный в 1995 году, состоит из четырех составляющих: Observe («наблюдай»), Orient («ориентируйся»), Decide («решай») и Act («действуй»). Существуют его простейшая версия (рис. А) и расширенная версия (рис. Б). Составляющие цикла OODA:

• наблюдение (observation) — преобразование изменений во внешней среде в форму сигналов-данных, которые могут быть использованы в последующем;
• ориентация (orientation) — когнитивный процесс оценки данных в соответствии с контекстом, наделение данных смыслом (sensemaking), преобразование данных в информацию;
• решение (decision) — выбор альтернатив из ряда возможных;
• действие (action) — воздействие на окружающую среду.

Рис. A. Простейшее представление цикла OODA

 

Рис. Б. Расширенная схема Бойда

***

В последние годы жизни деятельность Бойда в основном сводилась к пропаганде системного мышления среди военного командования США, и он не оставил после себя книг или статей, а есть лишь несколько презентаций, которых, впрочем, достаточно, чтобы оценить значение его вклада. До середины прошлого десятилетия наследием Бойда пользовались только высшие офицеры, в основном в США, но когда бизнес-системы достигли нынешнего уровня сложности и требования к ним стали соответствующими, то оказалось, что и на них распространяется действие цикла OODA.