| Начало заметки см. RB30-1.
Продолжение заметки см. RB30-2.
После изучения ряда позабытых работ у меня возникла идея выделить особое направление в программировании, которое затрагивало бы (объединяло в определённом аспекте) теоретическое, системное и прикладное программирование в контексте синтеза и анализа программных систем. Термин "e;метасистемное программирование"e; подсказала книга Валентина Фёдоровича Турчина "e;Феномен науки. Кибернетический подход"e; (1970). Продолжим изучать субъективный срез по этой книге применительно к термину "e;метасистемное программирование"e;.
------
Метасистемный переход
Постепенно мы подошли к ключевому моменту в теории Турчина.
Вот как он разъясняет суть трансформации систем в ходе их эволюции: “Описание следующих этапов развития нервной системы мы будем проводить в плане более феноменологическом. Для этого нам надо подытожить результаты исследования механизма эволюции на ранних этапах в терминах общих кибернетических понятий. Начав думать в этом направлении, мы легко обнаружим одну общую черту в переходах от низшего этапа к высшему. А именно: все эти переходы совершаются следующим образом. На каждом этапе биологическая система имеет подсистему, которая может быть названа высшим управляющим устройством и которая имеет наиболее позднее происхождение и наиболее высокую организацию. Переход на следующий этап происходит путём размножения этих подсистем (путем многократной редупликации) и интеграции их, т.е. объединения в одно целое с образованием (по методу проб и ошибок) системы управления, во главе которой стоит новая подсистема, которая теперь является высшим управляющим устройством нового этапа эволюции. Систему, состоящую из управляющей подсистемы Х и управляемых ею многих однородных подсистем A1, A2, A3,… мы назовём метасистемой по отношению к системам A1, A2, A3,… Переход с этапа на этап мы назовём, следовательно, метасистемным переходом (рис. 3.1).
Это понятие будет играть решающую роль в последующем изложении. Метасистемный переход создает высший уровень организации — метауровень по отношению к уровню организации интегрируемых подсистем. С точки зрения функциональной метасистемный переход состоит в том, что деятельность, являющаяся управляющей на низшем этапе, становится управляемой на высшем этапе и появляется качественно новый (высший) вид деятельности, заключающийся в управлении деятельностью. Редупликация и отбор приводят к созданию необходимых структур. Первый метасистемный переход, который мы усматриваем в истории животных, это возникновение движения. Интегрируемыми подсистемами являются части клетки, обеспечивающие обмен веществ и размножение. Положение этих частей в пространстве до поры до времени случайно, неуправляемо. Но вот появляются органы, соединяющие остальные части клетки и приводящие их в движение: клеточная мембрана, реснички, жгутики. Происходит метасистемный переход, который можно определить формулой (1) "e;Управление положением = Движение"e;.
На этом этапе движение неуправляемо, никак не коррелировано с движением внешней среды. Сделать его управляемым — следующая задача природы. Управлять движением — значит сделать его определённой функцией состояния среды. Так возникает раздражимость — изменение состояния каких-то участков клетки под действием внешних факторов и распространение этого изменения на другие участки, в частности обеспечивающие движение. Итак, формула метасистемного перехода от второго к третьему этапу такова: (2) "e;Управление движением = Раздражимость"e;.
Интеграция клетки с образованием многоклеточного организма также является переходом от системы к метасистеме. Однако этот переход касается исключительно структурного аспекта и неописуем в функциональных терминах. С точки зрения функциональной неважно в конце концов, происходят ли размножение и интеграция в какой-то части организма или организмы интегрируются целиком. Это, так сказать, вопрос технический. Раздражимость появляется уже у одноклеточных организмов, но полностью проявляет свои возможности после интеграции клеток.
Здесь необходимо указать на одну важную черту метасистемного перехода. Когда интегрируемые подсистемы объединяются в метасистему, то вследствие разделения функций между ними происходит их специализация, т.е. приспособление к определённой частной деятельности и утрата способности к другим видам деятельности. Специализация особенно отчётливо проявляется при интеграции целых организмов. Каждая интегрируемая подсистема содержит в этом случае много «лишнего» того, что было необходимо ей для самостоятельной жизни, но не нужно в сообществе, ибо соответствующие функции выполняются другими подсистемами. Так, в многоклеточном организме появляются специализированные мышечные и нервные клетки. Вообще надо отметить, что интеграция подсистем отнюдь не является концом их эволюционирования. Нельзя представить дело таким образом, что системы A1, A2, A3, … размножаются в больших количествах, после чего «над ними» вдруг возникает управляющее устройство X. Напротив, зачатки системы управления образуются, когда число подсистем Ai невелико — всего несколько штук. Только при таком условии, как мы видели выше, может работать метод проб и ошибок. Уже после того, как наметилась управляющая подсистема X, происходит массовая редупликация подсистем Ai, в процессе которой совершенствуются как Ai, так и X. Возникновение структуры управления подсистемами Ai, не завершает, а вызывает бурный рост числа подсистем Ai, и предшествует ему, ибо при этом размножение Ai, становится нужным для организма. Носитель определённого уровня организации разрастается лишь после того, как начинает образовываться новый, более высокий уровень. Эту черту можно назвать законом разрастания предпоследнего уровня. Поэтому и при феноменологическом функциональном описании метасистемный переход проявляется не тотчас же вслед за закладкой нового уровня, а несколько позже, когда предпоследний уровень «войдёт в силу». Метасистемный переход всегда затрагивает два уровня организации.
Продолжим наш обзор этапов эволюции. Применим принцип метасистемного перехода к уровню раздражимости. На этом уровне возбуждение каких-то участков одноклеточного организма или специализированной нервной клетки в многоклеточном организме происходит непосредственно внешней средой и это возбуждение непосредственно (один к одному) вызывает возбуждение мышечной активности. Что может означать управление раздражимостью? Очевидно, создание нервной сети, элементы которой, в частности эффекторы, возбуждаются не прямо внешней средой, а через посредство сложной управляющей системы. Это тот этап эволюции, который мы связали с понятием сложного рефлекса. Особенно отчётливо виден факт управления раздражимостью на этом этапе в том, что при наличии цели возбуждение эффекторов зависит не только от состояния внешней среды, но и от этой цели, т. е. от состояния каких-то внутренних нейронов сети. Итак, формула этого метасистемного перехода (от третьего к четвертому этапу): (3) "e;Управление раздражимостью = Сложный рефлекс"e;.
<…>
Управление рефлексами надо понимать как создание под действием индивидуального опыта любых переменных связей между этими объектами. Такие связи называют ассоциациями представлений или просто ассоциациями. Термин «представление» понимается здесь в широком смысле — как состояние любых подсистем мозга, в частности классификаторов и эффекторов. Образование ассоциаций мы будем называть ассоциированием (терминология тяжеловатая, зато точная). Итак, пятый этап эволюции — этап ассоциаций. Формула метасистемного перехода на этом этапе: (4) "e;Управление рефлексами = Ассоциирование"e;.
<…>
Понятия рефлекса и ассоциации — не структурные, а функциональные понятия. Связь между стимулом S и реакцией R в рефлексе (рис. 3.2) — не передача информации от одной подсистемы к другой, а переход из одного обобщенного состояния в другое. Это разграничение необходимо, чтобы не смешивать рефлекс как определённую функциональную схему, описывающую поведение, с воплощением этой схемы, т.е. с кибернетическим устройством, обнаруживающим эту схему поведения.
Путаница легко может возникнуть, ибо простейшее воплощение рефлекторного поведения имеет структурную схему, совпадающую по внешности со схемой на рис. 3.2, только под S и R надо в ней понимать материальные подсистемы, фиксирующие стимул и реакцию. Такое совпадение не совсем случайно. Как мы уже говорили при определении функциональной схемы, разбиение множества всех состояний системы на подмножества, приписываемые вершинам графа, тесно связано с разбиением системы на подсистемы. В частности, с каждой подсистемой, которая может находиться в двух состояниях («да» и «нет»), можно связать множество всех состояний системы в целом, при которых эта система находится в определённом состоянии, скажем «да». Проще говоря, при определении обобщённого состояния мы учитываем только состояние данной подсистемы, а что делается с остальными подсистемами, нам безразлично"e;.
Ассоциации представлений
Что есть ассоциация, ассоциирование? Как возникают ассоциации представлений?
Турчин пишет: “Поскольку с каждым классификатором можно связать одно или несколько обобщённых состояний, иерархии классификаторов соответствует иерархия обобщённых состояний. Вводя понятие классификатора, мы указываем, что каждому состоянию классификатора (теперь мы можем сказать: каждому обобщённому состоянию системы в целом) соответствует наличие определённого понятия на входе системы, т.е. принадлежность входной ситуации к определённому множеству. Понятия «понятие» (аристотелевское) и «обобщённое состояние» близки между собой: и то и другое — множества состояний. Но «обобщённое состояние» — более общее понятие, оно может учитывать состояние не только рецепторов, но и любых других подсистем, в частности классификаторов. Последнее необходимо, чтобы следить за динамикой состояния системы в процессе обработки информации.
<…>
Возвратимся от врождённых ассоциаций к вырабатываемым, т.е. собственно к ассоциированию представлений. В различии между суффиксами этих однокоренных слов — вся суть метасистемного перехода от четвёртого к пятому этапу эволюции. Ассоциация — это просто один из аспектов сложного рефлекса, ассоциирование — это управление ассоциациями: образование новых ассоциаций и исчезновение старых. Наиболее полно способность к ассоциированию представлений проявляется как способность к образованию (и, следовательно, распознаванию) новых понятий.
<…>
Процесс обучения, если он не сводится к выработке нескольких условных рефлексов (т.е. затрагивает только распознавательную иерархию), включает в себя ещё элемент научения — выработки умения, навыка. Процесс научения также укладывается в схему ассоциирования представлений при том общем смысле, который мы придаём этому понятию. Ведь научение — это выработка и закрепление детального плана для достижения цели, нового плана, которого раньше не было. План можно представить как организованную совокупность ассоциаций"e;.
Управление ассоциированием
Ассоциирование ещё не есть мышление. Путь от рефлексов к ассоциированию потребовал управления рефлексами. Аналогичным образом мышление появляется как метасистемный переход, который возник благодаря добавлению управления ассоциированием.
В.Ф.Турчин так это поясняет: “Логика нашего повествования побуждает нас связать возникновение мышления с очередным метасистемным переходом. В настоящее время мы ещё так мало знаем о процессе мышления и о структуре мыслящего мозга, что всякую теорию, претендующую на объяснение этого явления в целом, надо рассматривать как гипотетическую. Следовательно, и к нашей концепции мышления надо относиться как к гипотезе. Однако эта концепция указывает место мышления в ряду естественных явлений и, как мы увидим, приводит в систему обширное множество фактов. В её пользу говорит также полное отсутствие произвольных допущений частного характера, которое обычно приходится делать, когда теория включает структурное описание мало изученного объекта. Ядром нашей концепции является не какая-либо гипотеза о конкретной структуре и механизме работы мозга, а выбор таких функциональных понятий, через которые становится возможным последовательное и достаточно убедительное объяснение фактов, относящихся к мышлению. Итак, мы утверждаем, что появление мыслящих существ, знаменующее начало нового этапа эволюции и даже новой эры — Эры Разума, есть не что иное, как очередной метасистемный переход, происходящий по формуле (5) "e;Управление ассоциированием = Мышление"e;.
Чтобы доказать это утверждение, мы будем анализировать следствия, вытекающие из управления ассоциированием, и отождествлять эти следствия с теми формами поведения, которые мы наблюдаем у мыслящих существ. Прежде всего, что такое управление ассоциированием? Представления Х и Y ассоциируются у животного только в том случае, когда они совместно появляются в его опыте. Если не будет их совместного (как правило, многократного) появления, то не возникает и ассоциации. Животное не вольно управлять своими ассоциациями. Оно имеет только те ассоциации, которые ей навязывает среда. Управление ассоциированием означает наличие в мозгу механизма, позволяющего ассоциировать любые два или несколько представлений, которые вовсе не имеют тенденции встречаться в опыте совместно. Иначе говоря, это произвольное, не навязанное внешней средой ассоциирование. Казалось бы, эта акция совершенно бессмысленна. В огороде бузина, а в Киеве дядька — к чему связывать эти два факта, которые на самом деле никак не связаны между собой? Тем не менее, произвольное ассоциирование имеет глубокий смысл. Оно действительно было бы бессмысленным, если деятельность мозга сводилась бы к пассивному восприятию впечатлений, их сортировке, компоновке и т.п. Но у него есть и другая задача, кстати основная, — управлять организмом, осуществлять активное поведение, которое меняет окружающую среду, создаёт новый опыт.
При метасистемном переходе то, что раньше было зафиксированным и однозначно определённым внешними условиями, становится изменяемым, подверженным действию метода проб и ошибок. Управление ассоциированием — это, как и всякий метасистемный переход, в высшей степени революционный шаг, направленный против рабского послушания организма диктатуре внешней среды. Как всегда в методе проб и ошибок, только какая-то небольшая часть произвольных ассоциаций оказывается полезной и закрепляется, но это такие ассоциации, которые не могли бы возникнуть непосредственно под влиянием внешней среды. Они-то и обеспечивают разумному существу такие формы поведения, которые недоступны животному, застывшему на предыдущем этапе.
<…>
Метасистемный переход в системе мозга — управление ассоциированием — породил новый процесс — социальную интеграцию, т.е. объединение человеческих индивидуумов в некую целостность нового типа: человеческое общество. Вся история человечества проходит под знаком социальной интеграции, связи между людьми возрастают в количественном и качественном отношении. Этот процесс протекает и в настоящее время, причём весьма интенсивно, и вряд ли кто-либо может уверенно ответить на вопрос, как далеко он пойдёт. Социальная интеграция — это метасистемный переход, она приводит к новому уровню возникновения материи — социальной сфере.
Попытки природы образовать новый этап организации материи путём интеграции многоклеточных организмов долгое время не приводили к значительным результатам: не было подходящего материала. Понадобился метасистемный переход в структуре мозга, чтобы индивидуумы приобрели способность образовывать необходимые связи. И ещё одно следствие управления ассоциациями имеет важнейшее значение для развития социальной сферы — это способность человека выйти за рамки инстинкта, строить планы действий, никак с ним не связанные, а порой даже ему противоречащие. Эти два свойства делают человека социальным существом, т.е. материалом, пригодным для построения человеческого общества — социума.
Возникновение человеческого общества — крупномасштабный метасистемный переход, при котором интегрируемые подсистемы — это целые организмы. В этом плане его можно сравнить с возникновением многоклеточных организмов из одноклеточных. Однако его значение, его революционность неизмеримо больше… Можно рассматривать общество как единое сверхсущество. Его «тело» — это тела всех людей плюс предметы, созданные и создаваемые людьми: одежда, жилища, машины, книги и т.д. Его «физиология» — это физиология всех людей плюс культура общества, т.е. определённый способ управлять предметным компонентом общественного тела и образом мышления людей. Возникновение и развитие человеческого общества знаменуют начало нового (седьмого по нашему счету) этапа эволюции жизни. Функциональная формула метасистемного перехода от шестого к седьмому этапу такова: (6) "e;Управление мышлением = Культура"e;.
Химическая эра
1. Химические основы жизни
2. Движение
3. Раздражимость (простой рефлекс)
Кибернетическая эра
4. Нервная сеть (сложный рефлекс)
5. Ассоциирование (условный рефлекс)
Эра разума
6. Мышление
7. Социальная интеграция, культура
Язык входит в культуру в качестве важнейшей составной части, выполняя функции нервной системы. Как и у нервной системы многоклеточного организма, его первая, исторически и логически, функция — коммуникативная — обмен информацией между подсистемами, координация их деятельности. В процессе выполнения этой функции язык — опять-таки в точности так же, как и нервная система «этажом ниже», — получает вторую функцию — моделирование окружающей среды. И подобно тому, как в развитии мозга можно выделить этапы, связанные с метасистемными переходами, развитие языковых моделей происходит (как мы увидим дальше) путём последовательных метасистемных переходов в структуре языка.
Параллели между обществом и многоклеточным организмом были подмечены давно. Но вот вопрос: как относиться к этим параллелям? Можно считать их если и не случайными, то, во всяком случае, поверхностными и малозначительными, что-то вроде сходства стрелы подъёмного крана с руками человека. Однако кибернетический подход приводит нас к другой точке зрения, согласно которой аналогия между обществом и организмом имеет глубокий смысл, свидетельствуя о наличии чрезвычайно общих законов эволюции, действующих на всех уровнях организации материи, и указывая нам направление развития общества"e;.
Формализация и метасистемный переход
Появление языка ведёт к постепенной формализации, к появлению формальных языков и метаязыков, новых теорий и метатеорий.
Турчин пишет: “Превращение языка в независимую от создавшего его человеческого мозга реальность, происходящее благодаря формализации, имеет далеко идущие последствия. Только что созданная языковая машина (теория) становится, как часть окружающего человека мира, объектом изучения и описания с помощью нового языка. Происходит, таким образом, метасистемный переход. Новый язык называют по отношению к описываемому языку метаязыком, а теории, сформулированные на этом языке и касающиеся теорий на языке-объекте, — метатеориями. Если метаязык формализованный, то он в свою очередь может стать объектом изучения с помощью языка следующего уровня и этот метасистемный переход может повторяться неограниченно… Подобно тому, как овладение общим принципом производства орудий для воздействия на предметы приводит к многократному повторению метасистемного перехода и созданию иерархической системы промышленного производства, так и овладение общим принципом описания (моделирования) действительности с помощью формализованного языка приводит к созданию иерархической системы формализованных языков, на которой основаны современные точные науки. Обе иерархии имеют значительную высоту. Невозможно построить реактивный самолет голыми руками. То же относится и к инструментам, необходимым для постройки самолета. Надо начинать с простейших орудий и пройти всю иерархию сложности инструментов, чтобы добраться до самолёта. Точно так же, чтобы обучить дикаря квантовой механике, придется начать с арифметики.
Углублённое изучение математической теории порождает новые математические теории, которые рассматривают исходную теорию в её различных аспектах. Следовательно, каждая из этих теорий в некотором смысле проще (фундаментальнее), чем исходная теория, подобно тому, как исходная теория проще, чем действительность, которую она рассматривает всегда лишь в каком-то одном аспекте. Происходит расщепление моделей, выделение из сложной модели набора более простых моделей. Формально новые теории столь же универсальны, как исходная теория: их можно применять к любым объектам, которые удовлетворяют аксиомам независимо от их природы. При аксиоматическом подходе различные математические теории образуют, строго говоря, не иерархию по управлению, а иерархию по сложности. Однако, рассматривая те модели, которые на самом деле выражают законы природы (т.е. используются в приложениях математики), мы видим, что математические теории вполне отчётливо делятся на уровни сообразно характеру объекта, к которому они в действительности применяются. Арифметика и элементарная геометрия непосредственно контактируют с неязыковой действительностью, а какая-нибудь теория групп используется для создания новых физических теорий, из которых извлекаются следствия, выраженные на языке алгебры и анализа, которые затем «доводятся до числа» и только после этого сравниваются с экспериментом. И это распределение теорий по уровням соответствует в целом тому порядку, в котором они возникали исторически, ибо возникали они путём последовательных метасистемных переходов. Ситуация здесь в сущности такая же, как и в иерархии орудий производства. Ведь и отвёрткой можно при желании ковырять землю. Однако изобретена она была не для того и нужна в действительности лишь тому, у кого есть винты, болты или шурупы. Теорию групп можно иллюстрировать простыми примерами из обыденной жизни или элементарной математики, но по-настоящему её используют лишь математики и физики-теоретики. Продавцу в магазине или инженеру-практику теория групп нужна не больше, чем отвёртка первобытному человеку"e;.
Комментарии
Попробуем немного подытожить сказанное.
Аркадий Климов (SuperCompilers) сформулировал следующие тезисы, вытекающие из теории В.Ф.Турчина. Их он разбил на два направления: (1) роль в анализе творений природы (и, возможно, других людей), а также (2) роль при совершении собственного творческого акта (конструирования чего-либо).
Первое направление (анализ). Подход Турчина позволяет замечать наличие новых уровней управления по следующим признакам:1. Большое число подобных друг другу подсистем (т.н. закон разрастания предпоследнего уровня).
2. Расслоение, специализация изначально однородных подсистем (примеры: многоклеточные организмы, муравейник, общество).
3. Способность у некоторых (новых) элементов к изменению того, что у других, находящихся уровнем ниже, фиксировано (символьная алгебра против операций над конкретными числами, индексная адресация в компьютерах и массивы в языках программирования).
4. Способность связывать свободу изменения изменчивого параметра до значений с нужными полезными свойствами, как бы решение уравнений (регулирование, обучаемость по методу проб и ошибок).
5. Появление новых инструментов управления на более высоких уровнях приводит к отмиранию (за ненадобностью) инструментов управления (теми же функциями) более низкого уровня (так, интеллект человека подавил многие животные функции управления поведением и физиологией, причем оно, это подавление, далеко не всегда позитивно, но что делать, таков уж вектор эволюции).
Второе направление (конструирование):1. Создание сложной системы с новыми формами сложного поведения не обязательно должно включать непосредственную реализацию схемы этого поведения, но можно, и это эволюционно предпочтительнее, создавать механизмы координации базисных подсистем, ни одна из которых сама по себе не обладает нужными свойствами, так, что нужные свойсва появляются как результат этой координации. (Этот тезис сформулирован в статье Бена Гертцеля "e;Internet Supermind and beyond"e;.).
2. Создание новых инструментов, позволяющих манипулировать (как объектами) старыми инструментами (компиляторы языков программирования, рефлексия в языках программирования, метавычисления, теория доказательств, и вообще, создание инструментов для изготовление инструментов).
Тезисы Аркадия Климова вносят определённую ясность в прагматическую ценность теории Турчина. Но нас интересует её преломление в отношении программирования и создания программных систем.
Мышление – это создание ментальных моделей процессов окружающего нас мира, восприятие процессов как переходов между базовыми обобщёнными состояниями. Эволюция биологических систем (и не только) подразумевает (по Турчину) постепенно готовящиеся революционные скачки (т.н. метасистемные переходы). Они происходят не сами по себе. Нужен внешний инициатор, катализатор этого процесса. Турчин в своей теории предложил наряду с традиционной схемой "e;система-подсистема"e; (традиционной для общей теории систем, теории управления и кибернетики) использовать схему "e;метасистема-система"e;. В чём разница? В самоорганизации, в формировании (интеграции) из совокупности реплицированных подобных систем более высокой организации — метасистемы — с последующей специализацией подчинённых систем внутри нового "e;сообщества"e;.
Метасистема оперирует понятиями (абстракциями, конструктами) находящихся в её ведении систем, которые на новом уровне (метауровне) становятся объектами изучения и воздействия. При этом можно говорить как о восходящем процессе (ре)организации систем, так и о нисходящем.
Какое это имеет отношение к программированию? Во-первых, это достаточно универсальная теория, дающая представление о том, каким образом имеет смысл подходить к созданию любых систем (в т.ч. закладывая возможности метасистемных переходов). Во-вторых, она поясняет, как может осуществляться эволюционирование систем за счёт ("e;автоматического"e;) появления систем более высокого уровня организации. В-третьих, это прямой путь к автоматическому построению систем даже на основе неполной или инверсной информации, путь к адаптивной оптимизации программных систем и распараллеливанию их работы, путь к т.н. трансформационному программированию, созданию трансформационных машин (по Ершову).
Интересно отметить то, как соотносится (исторически и идейно) суперкомпиляция Турчина с теорией частичных (смешанных) вычислений, одним из важных результатов которой является автоматическое построение компилятора на основе имеющегося интерпретатора того или иного языка. В.Ф.Турчин в своей статье "e;A Supercompiler System Based on the Language REFAL"e; пишет: "e;В 1976 г. А.П.Ершов сделал в Институте прикладной математики (Москва) доклад о своей работе в области частичных вычислений для трансляции и оптимизации программ. Ершов пришёл к своим идеям независимо от меня и безотносительно контекста какого-либо конкретного языка. После выступления Ершова я с ним встретился и проинформировал о работе по теории компиляции в контексте языка Рефал. В частности, я сделал акцент на важности понятия метасистемного перехода и того, как это может быть использовано для автоматического создания компиляторов. Последнее было упомянуто Ершовым в его работе "e;О сущности трансляции"e; (1977)… "e;
Турчин в своих работах оперирует понятием суперкомпиляции. Её можно рассматривать как особую форму трансформации программы (системы). Разница состоит в том, что трансформации подразумевают последовательность эквивалентных преобразований, а суперкомпиляция по сути "e;отложенная"e; трансформация: исходная программа не меняется, а создаётся модель вычислительного процесса. По достижению самодостаточности этой модели исходная программа отбрасывается. Суперкомпиляция служит воплощением принципа приобретения человеком знаний: поиск обобщённого состояния в терминах, в которых можно создать самодостаточную модель части мира.
В контексте метасистемного программирования (в нашем понимании) открывается немало интересного и полезного. Отмечу, в частности, идею достижения контроля сложности за счёт упрощения языков программирования с одновременным созданием "e;многоэтажных"e; языков (работающих по схеме "e;метасистема-система"e;). Такие языки, как Лисп, Рефал, Пролог, Форт, Си, Оккам, Оберон можно рассматривать как языки-ядра. Современные тенденции постоянного наращивания мощи за счёт экстенсивного развития встроенных языковых средств привели к существенному усложнению универсальных языков: C++, Ada, Java, C# и др. пытаются вобрать в себя множество парадигм с максимальным сервисом на уровне языка. Плата за это – потеря контроля над сложностью. Попытки использовать регламентируемые в рамках внутрикорпоративных соглашений подмножества этих языков наталкиваются на очевидные проблемы: надёжность такой регламентации должна обеспечиваться соответствующим компилятором (а не директивными указаниями, костылями и подпорками), т.е. по сути это новый язык с новой реализацией. Подмножества же, формируемые в голове тем или иным разработчиком, наталкиваются на естественные проблемы при коллективной разработке.
Проф. Вирт при создании трёх своих последних языков (Паскаль, Модула-2, Оберон) шёл в направлении, обратном тенденциям ИТ-индустрии: в каждом новом языке отсекал лишнее (второстепенное) предыдущего языка с добавлением минимума новых ключевых сущностей (модули, расширяемые записи). Эволюция привела его к компактному Оберону, который можно считать эдаким языком-микроядром (по аналогии с микроядерной архитектурой ОС). Для обеспечения эффективного использования этого языка в условиях уже не индивидуального, а промышленного программирования соответствующие средства (прежде всего, архитектурно-инфраструктурного плана) можно вынести на уровень языка, оперирующего сущностями Оберона. Т.е. на архитектурный метаязык (по отношению к Оберону и ряду других языков). Подобная идея прорабатывается в рамках проекта создания новой ОС "e;Роса"e;. Более того, можно говорить о том, что ранее эскизно обозначенный ортогональный базис языков может быть устроен по многоэтажному принципу: "e;микроядерные"e; языки системного программирования (модификации Оберона и Рефала), поверх которых располагаются популярные прикладные языки (в частности, Haskell, Java, Python) с архитектурным метаязыком Metasys.
Не могу не обратить внимание читателя на очень важную мысль, имеющую самое непосредственное отношение ко всему изложенному. В своей работе "e;Два взгляда на программирование"e; (1975, EWD540) Эдгар Дейкстра отмечал: "e;Похоже, что иерархические системы обладают тем свойством, что нечто, рассматриваемое как неделимое целое на одном уровне, рассматривается как составной объект на следующем, более низком уровне с большей детализацией; в результате дискретность пространства или времени, применимая на каждом уровне, уменьшается на порядок величины при переходе от одного уровня к другому, следующему за ним более низкому. Мы воспринимаем стену через понятие кирпичей, кирпичи – через понятие кристаллов, кристаллы – через понятие молекул и так далее. В результате количество уровней, которые могут быть осмысленно выделены в иерархической системе, в некотором роде пропорционально логарифму отношения между наибольшим и наименьшим дискретами, и поэтому, если только это соотношение не чрезмерно велико, мы можем ожидать появления не слишком большого числа уровней. В области компьютерного программирования наш базовый строительный блок имеет дискретность времени менее микросекунды, но наша программа может потребовать несколько часов вычислений. Я не знаю никакой другой технологии, перекрывающей отношение 1010 и более: компьютер, благодаря его фантастической скорости, кажется, впервые предоставил нам среду, в которой артефакты с высокой степенью иерархичности одновременно и возможны, и необходимы. Этот вызов, а именно противостояние задаче программирования, столь уникален, что новый опыт может рассказать нам очень много нового о нас самих. Он может углубить наше понимание процессов разработки и созидания, он может дать нам лучший контроль над организацией нашего мышления. Если бы он не сделал этого, на мой взгляд, мы вообще не заслуживаем компьютеров! Он уже преподал нам несколько уроков, и один из них, который я выбрал, чтобы акцентировать внимание в этом докладе, заключается в следующем. Мы будем программировать гораздо лучше, если только подойдём к задаче, полностью оценивая её потрясающую сложность, если только мы будем придерживаться скромных и элегантных языков программирования, если только мы примем во внимание свойственные человеческому разуму ограничения и подойдём к задаче как Очень Смиренные Программисты"e;.
|
