Решение задач

Реше́ние зада́ч — выполнение действий или мыслительных операций, направленных на достижение цели, заданной в рамках проблемной ситуации — задачи. Является составной частью мышления.

С точки зрения когнитивного подхода процесс решения задач является наиболее сложной из всех функций интеллекта и определяется как познавательный процесс более высокого порядка, требующий согласования и управления более элементарными или фундаментальными навыками^[1].

Решение задачи включает в себя основные этапы:

• Обнаружение проблемной ситуации
• Постановка задачи, выявление и более или менее строгое определение исходного (данного), его элементов и отношений между ними и требуемого (цели)
• Нахождение решения задачи

Эти этапы можно обнаружить во многих теориях решения задач. Так, стадии постановки задачи и нахождения решения задачи отчётливо видны в теориях последователя Вюрцбургской школы Отто Зельца, гештальтпсихолога Дункера и когнитивиста Грино, несмотря на все их различия. При этом под постановкой задачи возможно понимать как сознательную работу, так и некие постулируемые неосознаваемые процессы переработки информации.

Стадии решения задачи в теориях О. Зельца, К. Дункера, Грино

См. также: А. де Гроот — стадии мышления шахматиста

На ход решения задачи и успешность её решения влияют следующие факторы^[5].

• Установка:

• «Решение определённого числа задач одним способом побуждает испытуемого использовать тот же способ для решения последующих задач, даже если этот способ становится неэффективным». Как показал Найт^[6], установка тем сильнее, чем труднее были задачи, её сформировавшие.
• Функциональная закреплённость: используемый определённым образом предмет трудно потом использовать иначе при решении задачи.

• Характеристики субъекта:

• Эмоциональное (мотивационное) состояние:

• Предшествующая неудача снижает эффективность решения;
• Наилучшие результаты имеют место при средней интенсивности мотивации; чрезмерная или недостаточная мотивация приводит к ухудшению результатов (закон Йеркса — Додсона).

• Знания: могут как повышать, так и снижать эффективность решения (из-за стереотипизации, привычки).
• Интеллект: люди с низким интеллектом более восприимчивы к установке.
• Личность: показано, что успешность решения задач связана с 1) гибкостью, 2) инициативой, 3) уверенностью, 4) нонконформизмом, 5) способностью сдерживать движения (очень медленно чертить линии и т. п.).

С точки зрения информационного подхода задача — это различие между двумя состояниями; задача считается решённой, когда признаки имеющегося и требуемого состояния идентичны. Таким образом, процесс решения задачи имеет место, когда организм или система искусственного интеллекта осуществляет переход из данного состояния в желаемое целевое состояние.

Представители информационного подхода исходили из того, что человек, так же как компьютер, оперирует символами (знаками), следовательно, вычислительные машины можно «использовать как устройства для имитации процесса человеческого мышления»^[7]. Модели решения задач, которые они создавали, зачастую одновременно представляли собой компьютерные программы (наиболее известный пример — «Универсальный решатель задач» Ньюэлла и Саймона, созданный в 1957 году).

Линдсей и Норман описывают решение задач следующим образом^[8].

Вся имеющаяся на данный момент информация, относящаяся к задаче, называется состоянием осведомлённости. Решение задачи представляет собой последовательный переход от одного состояния осведомлённости к другому, а затем — к следующему и т. д., пока не будет достигнуто требуемое окончательное состояние осведомлённости, то есть решение. Такие переходы осуществляются с помощью операторов — средств, уменьшающих разрыв между наличным состоянием осведомлённости и тем состоянием, которое последует за ним. Нахождение операторов и составляет главную сложность при решении задачи.

Возможны две стратегии решения: прямой и обратный поиск. 1. При прямом поиске «человек сначала испытывает какой-то метод подхода к задаче, а затем смотрит, продвинулся ли он вперёд в результате его применения». 2. При обратном поиске «человек рассматривает искомое решение, задаваясь вопросом: какой предварительный шаг необходим для того, чтобы прийти к нему? После определения этого шага определяется шаг, непосредственно ему предшествующий, и т. д., в лучшем случае — вплоть до отправной точки, заданной в постановке исходной задачи». Обратный поиск осуществляется с помощью анализа средство-результат (сопоставления средств и целей): на каждом шаге данная промежуточная цель сравнивается с наличным состоянием осведомлённости и находится оператор — средство, уменьшающее разрыв.

Имеются два вида операторов: 1) алгоритмы (совокупность правил, гарантирующих результат) и 2) эвристические приёмы (для сложных задач, где не найдены алгоритмы).

Появлению в сознании решения задачи предшествует эмоциональная активация и чувство близости решения.

Это установил О. К. Тихомиров, изучая процесс решения шахматных задач^[9]. Он предлагал испытуемым рассуждать во время решения задачи вслух и параллельно регистрировал их кожно-гальваническую реакцию (КГР), которая служила признаком эмоциональной активации.

Эксперименты показали, что сначала возникает эмоциональная активация. За ней — обычно через 0—0.5 секунд — следуют эмоциональные восклицания («Ага!», «Ой!» и т. п.). За эмоциональными восклицаниями обычно следуют слова, обозначающие чувство близости решения: приближение к неосознанной ещё идее («так-так-так-так», «вот-вот-вот-вот», «наверное…») или ещё неясные результаты поиска («что-то мелькнуло», «что-то есть», «кажется, нашёл», «кажется, решено»); реже это выражение необходимости попробовать («попробуем-попробуем», «интересно-интересно»), сомнения («„а“… „а“… или не „а“?») или сигналы самоостановки («стоп-стоп-стоп-стоп»); ещё реже сразу называется решение. За этим следует решение — называние конкретного принципиального для решения задачи хода, — через 1.5—13.5 секунд после появления эмоциональной активации, в среднем — через 5.5 секунд.

Дискуссии относительно механизмов решения задач животными разворачиваются вокруг метода проб и ошибок и инсайта.

Торндайк (1898) полагал (и экспериментально демонстрировал), что механизмом решения задач животными является не понимание и рассуждение, а метод проб и ошибок.

Торндайк помещал животных (кошек) в специальные проблемные ящики — клетки «с секретом», выход из которых открывался нажатием на кнопку или рычаг, потягиванием за шнур, петлю и т. п., которые находились в клетке или около самой решётки снаружи. Торндайк обнаружил, что сначала кошки мечутся по клетке и цепляются за всё, что могут достать; в результате этого они рано или поздно случайно задевают механизм, открывающий клетку, и освобождаются. Когда кошку вновь сажают в клетку, её хаотическая активность приводит к успеху немного быстрее, в следующий раз ещё быстрее и т. д. Кривые научения демонстрируют постепенное овладение решением.

Согласно теории Торндайка, животные действуют случайным образом, причём вероятность повторения подкреплённой реакции возрастает.

Однако некоторые данные самого Торндайка говорят против его теории. Так, в случаях с некоторыми «ленивыми» кошками Торндайка «внимание, которое нередко сочетается с недостатком энергии, позволяло кошке быстрее образовать ассоциацию после первой удачи»^[10]. А заменив впоследствии (1901) кошек обезьянами, Торндайк обнаружил, что почти все задачи решались «путём быстрого, нередко казавшегося мгновенным, оставления безуспешных движений и выбора правильного… Естественно заключить, что обезьяны, внезапно переходящие от множества беспорядочных движений к одному определённому действию с крючком или задвижкой, имеют понятие о крючке, о задвижке или о том движении, которое они производят»…

Р. Вудвортс отмечает, что «не было обнаружено ни одного случая такого поведения в проблемной ситуации, когда животное бросалось бы на все окружающее без всякого учёта объективной ситуации. Животное всегда реагирует на те или иные предметы, и почти всем его реакциям присуща известная степень правомерности. Метод проб и ошибок состоит не в слепых, рассчитанных на случайную удачу движениях, а в испробовании определённых путей к цели. Насколько мы можем судить по поведению животного, у него всегда имеется некоторое схватывание объективной ситуации. Другое дело, что в любой ситуации, которую можно назвать проблемной, это схватывание никогда не бывает с самого начала полным. Ситуация должна быть исследована, а это редко может быть сделано без передвижений и манипулирования. Но даже при первом взгляде на ситуацию общие очертания проблемы вскрываются в достаточной мере, чтобы до известной степени ограничить область исследования и манипулирования»^[11].

Решение задач путём внезапного озарения (инсайта), понимания ситуации, проникновения в её суть описано В. Кёлером. Эксперименты Кёлера демонстрируют следующие примеры того, как это происходит^[12].

• Курица, видя перед собой цель, отделённую от неё некоторым препятствием (забором), «совсем беспомощна, постоянно налетает, если видит цель перед собою сквозь решётку, на препятствие, беспокойно бегая туда и сюда», и не способна добраться к этой цели иначе как с помощью таких метаний, лишь постепенно приближающих её к цели (что напоминает описания Торндайка). Напротив, собака или ребёнок (например, девочка 1 года 3 мес., едва научившаяся ходить), оценив пространственные характеристики ситуации, могут сразу найти кратчайший обходной путь.
• Обезьяна способна схватить палку и достать ею еду, находящуюся вне клетки (без всяких проб и ошибок).
• Случайно соединив две короткие палки, которые по отдельности недостаточно длинны, чтобы дотянуться до еды, шимпанзе тут же достаёт еду получившейся длинной палкой.
• Шимпанзе влезает на ящик или даже ставит ящики друг на друга, чтобы достать высоко висящий плод.

Известно, что животные в некоторых случаях способны использовать орудия при решении задач, однако дискуссионным остаётся вопрос о том, в какой мере такое использование является врождённым (инстинктивным), а в какой — проявлением интеллекта.

Примеры использования орудий животными:

• Грифы бросают камни на яйца страусов, чтобы разбить их^[13]. (Это не новое наблюдение; легенда гласит, что Эсхил погиб, когда орёл сбросил ему на голову не то черепаху, приняв лысину Эсхила за камень, не то камень, приняв его лысину за яйцо.)^[14]
• Дятловый вьюрок достаёт насекомых из щелей коры колючкой кактуса^[13].
• Шимпанзе пользуются палками, прутьями, стеблями травы для добывания термитов, мёда, выкапывания растений; используют листья как губку для добывания воды из дупла и для чистки тела. Павианы прутьями добывают насекомых, камнями давят скорпионов^[13].
• Некоторые популяции шимпанзе добывают внутренности орехов, раскалывая их камнями, причём в разных популяциях это делается по-разному. В одной популяции орех кладут на твёрдую поверхность и ударяют камнем; детеныши обучаются этому у взрослых, и почти всегда успешно. В другой популяции процедура более сложная: «наковальня» делается искусственно, например из другого камня, и работой с тремя предметами овладевают уже далеко не все детёныши^[15].

• Когнитивная этология
• Творческое мышление
• Теории решения задач в гештальтпсихологии (Вертгеймер, Дункер)
• Мышление (психология)
• Системный анализ
• Футуродизайн
• Теория принятия решений, Система поддержки принятия решений
• Решение задач системами искусственного интеллекта: Экспертная система, Представление знаний, Логическое программирование, Постановка задачи
• Теория решения изобретательских задач

• Габышев Д. Н. Искусство составлять задачи и немного об их решении: учебное пособие. — Тюмень: Издательство ТюмГУ, 2012. — 68 с. — ISBN 978-5-400-00606-7.
• Тихомиров О. К. Психология мышления. М., 1984.
• Хрестоматия по общей психологии. Психология мышления / Под ред. Ю. Б. Гиппенрейтер, В. В. Петухова. М., 1981.

Информационный подход:

• Солсо Р. Когнитивная психология. 1996.
• Ньюэлл А., Шоу Дж. С., Саймон Г. А. Моделирование мышления человека с помощью электронно-вычислительной машины // Хрестоматия по общей психологии. Психология мышления / Под ред. Ю. Б. Гиппенрейтер, В. В. Петухова. М., 1981.
• Линдсей П., Норман Д. Анализ процесса решения задач // Там же.

Решение задач животными:

• МакФарленд Д. Поведение животных: Психобиопогия, этология и эволюция. М., 1988.
• Вудвортс Р. Решение проблем животными (недоступная ссылка) // Хрестоматия по общей психологии. Психология мышления / Под ред. Ю. Б. Гиппенрейтер, В. В. Петухова. М., 1981.
• Кёлер В. Исследование интеллекта человекоподобных обезьян. М., 1930; См. также: Кёлер В. Исследование интеллекта человекоподобных обезьян // Хрестоматия по общей психологии. Психология мышления / Под ред. Ю. Б. Гиппенрейтер, В. В. Петухова. М., 1981.