Материалы к тренингу Индукция Джона Стюарта Милля

В процессе наблюдения за окружающим миром мы решаем две главные задачи, связанные с созданием модели, его описывающей. Прежде всего мы выделяем в наблюдаемом некоторые сущности. В логике им соответствуют некоторые понятия. А кроме того, мы устанавливаем между этими понятиями определенные отношения. Эти отношения могут быть как наблюдаемыми непосредственно с помощью наших органов чувств (например, отношения типа «субъект-действие» или «быть раньше», там и достраиваемыми на основании некоторой «логики знаний» (например, отношения типа «причина — следствие» или «цель — средство»).

Среди всех этих отношений едва ли не главнейшую роль для познания окружающего мира играют каузальные отношения, отражающие в наиболее общей форме связи причин и следствий. Подробный разговор о каузальных связях мы отложим до конца этой главы. А пока поговорим лишь о том их виде, внимание к которому привлекли исследования английского логика середины XIX века Джона Стюарта Милля. Он поставил перед собой задачу нахождения связей между фактами и явлениями на основе анализа их совместного появления или непоявления в последовательности экспериментов. При этом он принял меры к тому, чтобы не повторять знаменитой ошибки при установлении причинно-следственных связей, которая вошла в историю науки под названием Post hoc ergo propter hoc, т. е. «После этого, значит вследствие этого». А ошибки такого типа не только встречались и встречаются в бытовых человеческих рассуждениях до сих пор, но иногда подобные выводы делаются сознательно, например, для создания неожиданных поэтических образов. Вот как превосходно использовал этот прием В. Луговской: «Речные девки в речках мочут косы, и над Русью от этого подъемлется туман».

Принципы установления причинно-следственных отношений, которые предложил Милль, основываются на идеях выделения сходства и различия в наблюдаемых ситуациях внешнего мира. Способность улавливать сходство и выделять различия — фундаментальная способность, по-видимому, всех живых существ. Опираясь на эту способность, Милль сформулировал свои принципы индукции. Первым из них является Принцип единственного различия. В формулировке, которая дана в известном учебнике логики В. Минто, он звучит следующим образом: «Если после введения какого-либо фактора появляется, или после удаления его исчезает, известное явление, причем мы не вводим и не удаляем никакого другого обстоятельства, которое могло бы иметь в данном случае влияние, и не производим никакого изменения среди первоначальных условий явления, то указанный фактор и составляет причину явления».

Схематически этот принцип можно описать в виде следующей схемы:

13

 

Здесь знак 14 трактуется лишь как появление d при наличии a, b и с, a15 означает, что d не появляется. Повторение ситуаций n раз необходимо для того, чтобы убедиться в устойчивости всей ситуации в целом, для исключения случая, когда d появляется случайным образом, не будучи никак
связанным с а. Если n, с точки зрения экспериментатора, достаточно для уверенного вывода, то, используя Принцип единственного различия, можно утверждать, что а является причиной, a d следствием, т. е. что между.а и d имеет место причинно-следственное отношение. В дальнейшем будем называть реализации a, b, c14 d положительными примерами для d, a реализации b, c 15 d — отрицательными примерами для d или контрпримерами.

Второй основополагающий принцип индуктивного рассуждения Милля носит название Принципа единственного сходства. В формулировке того же В. Минто он звучит следующим образом: «Если все обстоятельства явления, кроме одного, могут отсутствовать, не уничтожая этим явления, то это
одно обстоятельство находится в отношении причинной связи с явлением при условии, что приняты были все меры к тому, чтобы никаких других обстоятельств, кроме принятых во внимание, налицо не оказалось».

Схематическое представление этого принципа Милля выглядит следующим обпязом:

16

 

В этой схеме все примеры являются положительными. Из нее по Принципу единственного сходства вытекает, что a и d связаны причинно-следственным отношением.

Еще один принцип Милля — Принцип единственного остатка. Он формулируется В. Минто следующим образом: «Если вычесть из какого-либо явления ту часть его, которая согласно прежним исследованиям оказывается следствием известных причин, присутствующих в явлении причин, то остаток явления есть следствие остальных причин».

Принцип единственного остатка можно проиллюстрировать следующей схемой:

17

 

Следовательно, a и d связаны причинно-следственным отношением, a b и с являются возможными причинами е. Для дальнейшего уточнения зависимости надо посмотреть, приводит ли исключение b к появлению е. Если приводит, то отношением «причина — следствие» связаны между собой с и е. В противном случае это отношение имеется между b и е.

Отметим ряд особенностей схем Милля. Прежде всего они справедливы лишь при условии, что в описании ситуации имещ-имеется полное множество наблюдаемых факторов или явлений. Например, в последнем случае может оказаться, что и исключение b, и исключение с не влияют на появление е. Тогда можно предположить, что для появления е необходимо либо одновременное наличие b и с, либо е вызывается чем-то, не вошедшим в описание ситуации.

Другими словами, появление некоторого элемента ситуации может определяться не отдельными факторами или элементами, а их совокупностью, задаваемой с помощью сложного логического выражения. В левой части причинно-следственного отношения может стоять сложное выражение, в
котором отдельные элементы могут быть связаны между собой конъюнктивными и (или) дизъюнктивными связками.

Проиллюстрируем это на следующих примерах. В качестве первого примера рассмотрим ситуации, показанные на рис. 20. С ними связана следующая история. Когда некий человек встречает на улице необычных зверюшек, то, глядя на них, он или радуется, или печалится. Нас интересует какие качества зверюшек приводят человека в хорошее расположение духа. Другими словами, что является причиной его улыбки. Для удобства ответа на этот вопрос на рис. 20 положительные примеры и контрпримеры разделены штриховой чертой.

18

 

Как видно из рисунка, зверюшки обладают тремя признаками: формой спины, числом ног и формой ног. Что же вызывает улыбку? Используем метод Милля. Возьмем в качестве первой возможной причины форму спины у зверюшки. Положительные примеры таковы, что во всех наблюдаемых случаях эта форма выгнута вниз. Обозначим этот признак через а, а реакцию человека, когда он радуется, через d. Можно ли утверждать, что а есть причина d? Согласно Принципу единственного сходства наличие спины такой формы должно всегда вызывать улыбку.

Но первый же контрпример опровергает это. Число ног (обозначим этот признак как b) также не может быть причиной улыбки. В положительных примерах b везде равно двум, и можно подумать, что именно две ноги зверюшки веселят человека. Но в трех контрпримерах ног тоже две. С формой
ног (этот признак обозначим как с) ситуация в положитель ных примерах такова, что сразу ясно, что с не может быть причиной d.

Таким образом, ни один из признаков зверюшки по отдельности не может быть причиной улыбки человека. Попробуем выделить общее ядро сходства у всех зверюшек в положительных примерах. Такое ядро есть. Все зверюшки в этих примерах имеют выгнутую вниз спину и две ноги. Другими словами, для них всегда истинно утверждение Р1(а)&Р2(b), в котором Р1(а) — предикат, интерпретируемый как «форма спины, выгнутая вниз», а Р2(b) — предикат, интерпретируемый как «число ног равно двум». Проверим, будет ли истинным выделенное ядро в отрицательных примерах. Простой проверкой убеждаемся, что оно везде ложно. Таким образом, причина улыбки человека найдена. Она возникает тогда и только тогда, когда встреченная им зверюшка имеет выгнутую вниз спину и две ноги.

Приведенный пример показывает, что при использовании методов индуктивных рассуждений, которые предложил Милль, весьма важную роль играет способ выделения признаков или фактов, с помощью которых описываются ситуации.

Еще один пример связан с ситуациями, показанными на рис. 21. Теперь нас беспокоит реакция зверюшки на тех людей, которых она встречает на улице. У зверюшки хорошее настроение, когда она встречает людей с выражением на лице, как в положительных примерах. И ее настроение становится
плохим, когда ей встречаются люди с такими лицами, как на отрицательных примерах. Возникает вопрос о причине появления у зверюшки хорошего настроения при встрече с людьми. Три элемента лица: рот, нос и глаза, полностью характеризуют выражение человеческого лица. Будем обозначать
эти признаки как е, f и g, а реакцию зверюшки как h. Поскольку все признаки принимают только два значения, как и реакция зверюшки, то можно (это можно было сделать и в предыдущем примере, но было желание продемонстрировать общий подход, использующий запись в виде предикатных
формул) обойтись формулами исчисления высказываний. Будем считать, что е, f и g истинны, если они соответствуют типу рта, носа и глаз человека из первого положительного примера. Будем также считать истинным значение h, соответствующее зверюшке с хорошим настроением. Если выделить
ядро сходства у положительных примеров, то оно окажется пустым. Это свидетельствует о том, что причиной хорошего настроения зверюшки не может быть просто конъюнкция каких-то признаков человеческого лица. Выражение причины через признаки должно использовать дизъюнкцию.

19

 

В этом случае надо попытаться найти частные ядра сходства и попробовать объединить их в причину через операцию дизъюнкции. Выделим все попарные общие признаки у лиц, входящих в положительные примеры. Первое и третье лицо имеют общую часть е, первое и третье — f, а второе и третье — g. Проверяем, какое из полученных выражений является ложным на всех контрпримерах.Таковым оказывается лишь е. Значит, е должно войти в выражение для причины хорошего настроения зверюшки. Но только два первых положительных примера характеризуются истинным е. Третий положительный пример портит все дело.

Для того чтобы учесть третий пример, надо построить общее ядро различия для него и лиц, входящих в отрицательные примеры. Сразу видно, что форма рта тут не поможет. Остаются нос и глаза. Нос и глаза такой формы, как в третьем положительном примере, можно по отдельности найти в отрицательных примерах. Но их комбинация, характерная для третьего положительного примера (при принятых нами обозначениях эта комбинация описывается формулой f&¬g), нигде не встречается в отрицательных примерах. Это позволяет, наконец, написать выражение для причины h в следующей форме: h=(eν(f&¬g)). Словесно эта причинно-следственная связь может быть описана следующим образом: зверюшка находится в хорошем настроении, если она встречает человека, рот у которого печален (концы губ опущены вниз) или глаза у него закрыты, а нос тонкий и прямой.

Попробуем теперь найти причину, когда зверюшка бывает в плохом настроении. Обратимся для этого к отрицательным примерам и попробуем на них выделить общее ядро сходства. Оно легко обнаруживается. Это ¬е. Но, к сожалению, в качестве причины плохого настроения зверюшки его
использовать нельзя. Все тот же третий положительный пример препятствует этому. Значит, и для причины плохого настроения зверюшки надо искать дизъюнктивное выражение. Найдем частные попарные ядра сходства. Для первого и второго отрицательных примеров это ядро есть ¬e&g, для
первого и третьего — ¬е, а для второго и третьего— ¬e&¬f. Второе частное ядро сходства совпадает с общим ядром сходства и поэтому интереса не представляет. Два других частных ядра сходства на всех лицах положительных примеров оказываются ложными. Это позволяет записать выражение для
причины плохого настроения зверюшки в следующей форме: h’=((¬e&g)ν(¬e&¬f). Учитывая справедливость дистрибутивных законов для конъюнкции относительно дизъюнкции и наоборот (читатели могут проверить этот факт, так как им известно, как проверять в исчислении высказываний равенство f1=f2), можно записать выражение для причины плохого настроения зверюшки в более коротком виде: h’ = (¬e&(gν¬f)). Словесно эта причина может быть сформулирована следующим образом: если рот человека улыбается и глаза широко открыты или нос его по форме напоминает картошку, то зверюшка впадает в плохое настроение.

Если составить таблицу, в которой перечислены все коглбинации истины и лжи для е, f и g, и определить истинность h и h’, то можно убедиться, что h’=¬h. Другими словами, если h истинно, то зверюшка находится в хорошем настроении, а если h ложно, то в плохом. Это означает, что вместо двух выражений для h и h’ можно пользоваться только одним из них.

Такая ситуация не является стопроцентной. На рис. 22 мы снова встречаемся с известной нам зверюшкой. Но здесь выражения для h и h’ легко вычисляемые с помощью общих ядер сходства, имеют вид h=e&¬g и h’=g&¬e. Другими словами, зверюшка в хорошем настроении, когда встречает
человека с печальным ртом, и она печалится, когда видит человека с широко открытыми глазами. В этом случае h и h’ никак не связаны между собой.

Чем различаются два рассмотренных случая? Пусть на пути нашей зверюшки встретился человек с лицом, обведённым на рис. 21 и 22 в рамочку. Как среагирует на него зверюшка?

20

В случае, показанном на рис. 21, она тут же перейдет в хорошее настроение, ибо h истинно, a h’, естественно, ложно. Но в случае, соответствующем рис. 22, ситуация для зверюшки становится весьма сложной. Для встретившегося ей персонажа h и h’ одновременно ложны. Возникает конфликт.
Новый персонаж не укладывается в ту классификацию, которая была построена по положительным и отрицательным примерам. Конфликт для зверюшки неразрешим.

Его можно разрешить лишь волевым усилием. Надо включить новый персонаж в число либо положительных, либо отрицательных примеров. В реалии разбиение чего-либо на классы (в наших случаях на два класса) вытекает из каких-то прагматических требований. Например, все люди, отнесенные к положительным примерам, относятся к зверюшке доброжелательно. Их не нужно опасаться. А люди, относимые к группе отрицательных примеров, таковы, что лучше обойти их стороной. От них ждать добра не приходится. Тогда волевое отнесение нового персонажа к той или иной категории должно получить практическое подтверждение своей правильности или неправильности. Если встреча с ним для зверюшки окажется благоприятной, то его, конечно, надо относить к положительным примерам. В противном случае его место среди отрицательных примеров.

Мы продемонстрировали весьма важное положение, связанное с процессом индуктивного обобщения. Если h и h’ классифицируют множества положительных и отрицательных примеров, так что h = ¬h’, то появление новых примеров не ставит систему в тупик. Она всегда куда-то отнесет
новый случай, т. е. при выполнении указанного равенства система обладает полнотой классификации. Конечно, может оказаться, что эта классификация не является правильной. Ведь она построена по неполному множеству представителей положительного и отрицательного классов.

Пусть, например, мы снова имеем классификацию, которая соответствует ситуациям, показанным на рис. 21. Но контрольный пример поступает в систему с указанием, что он относится к группе отрицательных примеров. А система в соответствии с ранее построенной классификацией относит его к положительному классу. В таком случае необходимо внести коррективы в классификацию, полученную ранее, выработать новую классификацию с учетом нового множества отрицательных примеров.

Вывод из этого только один. Поскольку множества положительных и отрицательных примеров не охватывают всех возможных случаев, то h и h’, построенные по методам Милли, даже в тех случаях, когда h=¬h’, не могут быть абсолютно точными. Эти утверждения могут быть приняты лишь с некоторой оценкой истинности Q(h) (соответственно Q(h’)). Но прежде чем описать, как эти оценки вычисляются, рассмотрим еще один метод правдоподобных рассуждений.

 из книги Поспелова “Моделирование рассуждений”

Нет комментариев