МАТЕМАТИКА ЖИЗНИ

Современная математика теоретически уже может предсказывать катастрофы. Но практически этого не делает. Почему?

МАТЕМАТИКА ЖИЗНИ

Сегодняшние суперкомпьютеры производят триллионы операций в секунду, суперпрограммы, написанные лучшими математиками, обыгрывают чемпиона мира по шахматам, просчитывают прогноз погоды и строят модели ядерных взрывов. Так неужели эти умники не могли заранее просчитать, к чему, скажем, приведут рыночные реформы? Или оценить, стоило ли затевать конфликт в Чечне?

«ГОРИЗОНТ ПРОГНОЗА»

Недавно российские математики сделали удивительное открытие, правда, пока еще плохо известное человечеству. А зря!

- Механика Ньютона поставила крест на вечном двигателе 1-го рода; термодинамика - на вечном двигателе 2-го рода; теория относительности доказала, что в нашем мире ничто не может двигаться быстрее скорости света, и ввела понятие «горизонта событий», из-за которого принципиально не может поступить к нам никакая информация, - рассказывает заместитель директора Института прикладной математики им. Келдыша РАН Георгий Малинецкий. - А математика открыла так называемый горизонт прогноза. Например, выяснилось, что никакие самые совершенные методы не позволяют с высокой точностью предсказывать погоду более чем за две недели. Это невозможно в принципе. За этим порогом полная неопределенность. Это отражение принципа неопределенности в макромире, сформулированного нобелевским лауреатом Вернером Гейзенбергом. То есть дело не в том, что мы чего-то не знаем, а в том, что так устроен мир, что некоторые вещи непознаваемы в принципе.

Но зато российские математики показали, что мир в XXI веке ожидают «знаковые» катастрофы. Кстати, к тем же результатам пришли ученые других стран, в частности, американского Института сложности, возглавляемого нобелевскими лауреатами Марри Гелл-Маном и Брайеном Артуром. Оказалось, что многие вроде бы абсолютно далекие друг от друга масштабные кризисы и катастрофы - землетрясения, аварии, обвалы на бирже, эпидемии, социальные политические потрясения - имеют похожие математические сценарии.

Когда происходит крупная катастрофа, эксперты ссылаются на невероятное стечение обстоятельств. Но отчего эти обстоятельства сходятся в одном месте и в одно время, если проектировщики специально ведут мозговые штурмы, придумывают фантастические сценарии событий, закладываются «на дурака». Порой вероятность катастрофы не больше, чем падения огромного астероида на Землю. Но случается! Вспомним Чернобыль, «Челленджер», «Курск», трагедию 11 сентября в Нью-Йорке, недавнюю аварию «Колумбии», масштабные отключения электроэнергии в США и Европе... Фатальное невезение? Нет, математическая закономерность!

- Многие века мы жили в мире нормального распределения, - объясняет Малинецкий. - Поясню на простом примере. Можете вы на улице встретить человека ростом три метра? В принципе да. Но вероятность настолько мизерна, что в реальности ею можно пренебречь. Но оказалось, что есть явления, которые закону нормального распределения не подчиняются. Это как бы другой мир, здесь маловероятные события должны случаться не потому, что кто-то нажал не ту кнопку или спекулянт Сорос обвалил фондовый рынок, а просто обязаны по природе вещей!

Одна из примет вступления в этот новый мир - буровые платформы в Северном море и Мексиканском заливе. Вероятность их аварии - одна на 20 миллионов лет! На порядок надежней, чем АЭС! И тем не менее на 15 платформах уже произошли крупные аварии!

Рубикон перейден. За несколько десятилетий человек обрел такую фантастическую силу, такую инструментальную мощь! Он породил сложнейшие технические, экономические, политические и другие системы с гигантскими причинно-следственными цепочками, где одно маловероятное событие влечет за собой другое. Добавьте сюда глобализацию мира, огромную нагрузку на биосферу, демографические проблемы. В такой сложнейшей системе слабое воздействие вызывает лавину событий.

Но наиболее тревожно, что системы, живущие по новым правилам, сами по себе стремятся к критическому состоянию, как бы тянутся к катастрофам. Вывод: человечество оказалось в совершенно новой для себя ситуации. Известный немецкий ученый Ульрих Бек утверждает, что именно сейчас происходит эпохальное историческое событие: переход от постиндустриального общества к обществу риска.

Что же в этих условиях предлагает наука? Ответ очевиден: человечество уже не может себе позволить и дальше развиваться методом проб и ошибок. Слишком высока цена неверного шага. Его надо просчитывать.

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ ЖУРАВЛЕВА

Сегодня уже не верится, что когда-то в нашей стране бурно обсуждали: может ли машина мыслить? Сейчас уже вполне ясно - может!

В информатике специалисты в области искусственного интеллекта это особая каста - элита. Для них компьютерные монстры, сражающиеся с Каспаровым и Крамником, не более чем гигантские арифмометры. Математики научили компьютер решать, на первый взгляд, совершенно неприступные, даже абсурдные задачи - с неполной, противоречивой, косвенной информацией. Ключ к ним нашел основатель отечественной научной школы академик Юрий Журавлев. Сегодня он руководит секцией вычислительной математики и информатики Российской академии наук.

И вот что удивительно! Хотя его теория уже лет 20 как опубликована во всех ведущих журналах мира, применить ее не могут ни в России, ни за рубежом. Владеют этим сложным методом лишь несколько десятков учеников Журавлева, настолько она сложна.

- Метод родился, когда премьер-министр СССР Косыгин дал задание создать интеллектуальную систему, помогающую при поиске золота, - вспоминает Юрий Иванович. - Подход был такой: вначале понять, как человек ищет драгоценный металл, а затем смоделировать найденный алгоритм в компьютере. Я около года выпытывал у геологов их секреты, наконец понял - никакой строгой модели поиска у них нет. А есть косвенные признаки: скажем, такой-то цвет камней, такой-то ландшафт и т.д. Всего около двухсот! Но в трех местах с такими признаками золото есть, а в десяти с точно такими же - нет. Задача глухая! Этот хаос не загонишь ни в какие формулы.

И все же Журавлеву удалось выявить в хаосе определенную закономерность. Правда, с точки зрения классической математики, все выглядело совершенным бредом. Академик Виктор Глушков, стоявший у истоков отечественной кибернетики, назвал тогда «алгоритм Журавлева» чистейшим шаманством. Но этот шаманизм вопреки всему заработал и помог отыскать несколько золотоносных месторождений.

К сожалению, этот математический алгоритм был «заточен» только на золото. Поиск, скажем, нефти, угля, руды, решение других задач всякий раз надо было начинать с нуля: собирать спецов, год выуживать секреты, писать программы... Вот тогда-то Юрий Журавлев и совершил главное дело жизни: разработал алгоритм-универсал - ключ сразу для многих замков.

И сегодня системы искусственного интеллекта, созданные уже учениками Журавлева, трудятся в самых разных областях: ищут неисправности в технических системах, ставят медицинские диагнозы, предсказывают по формулам свойства химических соединений и лекарств, ведут дистанционное зондирование местности и т.д.

ПРОТИВ ЗАПАДНОГО «НАДСМОТРЩИКА»

И вот недавно группа математиков Вычислительного центра РАН создала алгоритм уже следующего поколения, который решает совершенно новый, еще более сложный класс задач: к примеру, как выявить мошенников на биржевых торгах. С ними пока не могут справиться нигде в мире.

Когда-то биржа была ареной битвы оголтелых брокеров. Сейчас страсти кипят в мозгу компьютера, где каждую секунду совершаются сотни сделок купли-продажи. И так изо дня в день, из месяца в месяц. Рутина. Но опытный спекулянт ждет момента. Точнее, готовит его, режиссирует. Он полагается не на случай, а на собственные извилины. И вот вроде бы обычная, ничем не примечательная сделка вызывает настоящий обвал курсовой стоимости. Денежные ручейки десятков тысяч игроков стекаются в один карман. Так в минуты сколачиваются целые состояния. Причем мошенники, искусственно вызывающие панику и обваливающие рынок, работают столь искусно, что поймать их за руку практически невозможно.

Московская межбанковская валютная биржа, опасаясь подобных махинаций, закупила на Западе самого крутого компьютерного «надсмотрщика» за поведением игроков. Однако очень скоро «варяг» сдался, поскольку был запрограммирован на цивилизованного спекулянта. Наш игрок оказался ему не по зубам. Тогда-то биржевики и призвали на помощь математиков. Те справились.

Насколько успешно ловит мошенников созданная отечественными математиками система, сами авторы умалчивают: у ММВБ свои секреты. Но есть косвенные признаки, что теперь торги на бирже ведутся цивилизованно: созданная специалистами ВЦ РАН система стала победителем конкурса «Русские инновации», а один из ее авторов Константин Воронцов, лауреат конкурса молодых ученых, награжден медалью Российской академии наук.

Математики дали своему детищу пусть и мудреное, но точное название - «Анализ клиентских сред». Он оказался применим в области розничной торговли, которая вся построена на неопределенной человеческой психологии. Вот, скажем, крупный магазин со своей клиентурой. На дисконтной карте каждого клиента записана вся его «товарная история»: когда, что, где, сколько приобрел. Копаясь в тысячах таких историй, алгоритм старается «рассортировать» людей по группам пристрастия. И выявляются неожиданные вещи: вроде бы совершенно разные люди, а почему-то выбирают вполне определенные марки стиральных машин и модели ботинок, сорта подсолнечного масла и вина. Разобравшись со вкусами покупателей, компьютер совершенно иначе расставит товар на полках, повысив продажи.

Другая сфера, где уже работает новая интеллектуальная система, - энергетика. Сегодня экономисты РАО «ЕЭС», торгующие электроэнергией на Северо-Европейской энергетической бирже, за день вперед имеют прогноз цен на будущие сутки.

И вот вам еще одна очень заманчивая для математиков задача. Нынче головная боль каждого банка - выдача кредита. Казалось бы, почему не выдать ссуду, если каждый клиент просвечен насквозь? Известна вся его кредитная и финансовая история: как платит налоги, какой у него счет, застрахован ли. Но это на Западе, а у нас все во тьме. Так вот можно «просветить» любого клиента и понять, достоин ли он доверия и на какую сумму. Алгоритмы, созданные в ВЦ РАН, «заточены» именно под такую информацию - косвенную, неполную, разноречивую. И ее можно получить, задав клиенту несколько, на первый взгляд, незначительных вопросов.

НА КЛАДБИЩЕ ДАННЫХ ВХОД ЗАПРЕЩЕН

Сегодня в ведущих странах мира компьютерный прогноз превратился в индустрию. Например, «электронный мозг» правительства США - «РЭНД Корпорейшн». Наиболее важные проекты «проигрываются» на компьютерных моделях, и только потом принимаются окончательные решения. Но раз они такие умные, почему проморгали атаку террористов на «близнецов»?

- Прогноз не катехизис на все случаи жизни, он составляется под конкретную задачу, - говорит Георгий Малинецкий. - Ответ зависит от исходных данных и правил игры. Думаю, в нынешние модели такие действия террористов не закладывали, но в новых их наверняка учтут. Но то, что США на протяжении последних десятилетий занимают лидирующее положение в мире, доказывает - их ученые правильно прогнозируют ход событий. Кстати, недавно американцы опубликовали прогноз до 2015 года, в котором утверждается, что России грозит территориальный распад.

- И насколько это соответствует вашим расчетам?

- А мы не просчитывали этот вариант. Высшее руководство перед нами таких задач не ставит. Могу только сказать, что наша страна, не успев стать по-настоящему постиндустриальной, ближе многих подошла к черте риска. Ученые сравнили важнейшие показатели общества и экономики со значениями, считающимися в мире катастрофическими. По двадцати пунктам мы уже попали в критическую область! Особо тяжелое положение в промышленности. Скажем, износ оборудования в химическом комплексе около 80%, свыше 200 крупнейших водохранилищ эксплуатируются без ремонта более 50 лет...

В этой ситуации управление рисками - это уже не вопрос технических и даже политических решений, а выбор стратегии страны.

- А может, на такие исследования нет спроса потому, что не верят чиновники в возможности математики? Вот если бы вы, к примеру, заранее предсказали сенсацию на тех выборах, когда победил Жириновский, или что президентом станет Путин... Или спрогнозировали дефолт 1998 года...

- Ой! Прогнозировать итоги выборов очень простая задача. Американские математики, например, угадали их исход в одном из штатов с точностью до 95%. А дефолт российские ученые предсказали за три года! И толку? Скажем, в нашем институте рассматривали программу развития, представленную группой Германа Грефа. Попросили ребят из правительства: покажите модели, на которых все базируется. Молчание!

Сейчас надвигается новый вал реформ: пенсионная, ЖКХ, энергосистемы. Споры кипят бурные, у всех свои доводы, от которых у простого человека голова идет кругом. Казалось бы, почему сначала не проверить реформы на математических моделях? Увы, шансов на это немного. И причина не в чьей-то злой воле. Для создания алгоритмов ученым требуется исходная информация о работе министерств и ведомств. А это святая святых, куда посторонним вход категорически запрещен. Пользуясь терминологией Познера: вот допустят, значит, наступили новые времена.

Юрий МЕДВЕДЕВ