«Первое московское издание удалось»

В МИЭМ НИУ ВШЭ прошел XVI международный симпозиум, посвященный проблемам избыточности в информационных и управляющих системах. В работе конференции приняли ведущие ученые в области теории информации, представляющие крупнейшие университеты, в которых ведется серьезная работа в этой области.

Конференция впервые была проведена в Москве. Как это получилось, чем она запомнилась участникам и многое другое, связанное с теорией информацией, избыточностью и историей конференции – в интервью с Григорием Анатольевичем Кабатянским, председателем программного комитета конференции, советником ректора Сколтеха по науке и профессором НИУ ВШЭ.

1964 – 1989. Плывут пароходы! Кибернетики на борту!

- Григорий Анатольевич, В 2019 году прошла 16-я по счету конференция. Значит, у нее большая история?

- Да. Первая конференция состоялась еще в 1964 году, в уже давнее советское время, как одна из конференций в русле модной тогда кибернетики.

Может быть, поэтому конференция родилась в Ленинграде: там была довольно сильная кибернетическая школа. Организаторы сразу решили, что для активного развития новой науки нужно привлечь молодежь. А как это сделать? Собрать в одном месте и в одно время хороших ученых, с одной стороны, а с другой, дать кандидатам, молодым аспирантам и даже студентам возможность слушать этих ученых и рассказывать о своих первых научно-технологических достижениях. Это было абсолютно правильное решение, потому что в таком взаимодействии и должны проходить смена поколений и передача знаний.

В Ленинграде были первые две конференции. А потом началась забавная и долгая история: в следующие годы конференция была известна в научном советском сообществе как пароходная, потому что проходила на пароходах. Безусловно, тот, кто это придумал, был человек талантливый, с искрой. Маршрут пролегал по северным озерам, Ладоге, Онеге. Заходили в очень красивые места – Кижи, Валаам, Ферапонтов монастырь. Настоящий Русский Север.

"Вы спросите, при чем здесь наука? А наука при том, что стоянок очень немного, всё остальное время пароход плывет. И участники обсуждают науку – деться же больше некуда!"

А если и посещали какие-то исторические места, так это тем более настраивало ученых на рабочий лад: «Если пять столетий назад вот так уже строили, писали иконы, то и мне нужно прибавить, что-то я по сравнению с классиками маловато работаю».

Но у конференции был и большой перерыв, почти двадцать лет, с 1989 года по 2007-й. Поэтому историю конференции можно делить на два больших период – «до» и «после».

 

- В таком случае, давайте остановимся на эпохе «До». Что это было за время для конференции и науки?

- И кибернетика, и теория информации, которой посвящена наша конференция и которая в то время развивалась как часть кибернетики, были совсем молодые науки. Но основы уже были заложены, главные идеи были сформулированы. Среди идей были прорывные, к ним добавлялись новые.

Кибернетика бурно развивалась, в СССР на нее перестали вешать ярлык «продажная девка империализма», поскольку темой заинтересовались военные: им к тому времени стало очевидно, сколько всего полезного можно делать с помощью кибернетических теорий и механизмов. Ученые стали задаваться вопросом: как сделать кибернетические устройства, которые могли бы выполнять за человека не только физическую, но и умственную работу. Такой запрос не мог появиться просто так – были нужны условия, средства. Этими средствами стали компьютеры, которые позже, когда появились  транзисторы,  перестали быть ламповыми и стали надежными. Всё это открыло путь к современной вычислительной технике. Люди тогда осознали: «О, как интересно, нам уже не нужно считать на счетной машинке! Мы можем делать что-то похожее на искусственный разум!».

"Современный искусственный интеллект – реинкарнация той кибернетики, которая была так популярна в те годы. Многие задачи, которые сейчас переживают свое второе рождение в рамках искусственного интеллекта, рассматривались уже тогда".

Что касается конференции, то в советское время она не могла быть международной. В области теории информации в СССР была лишь одна такая конференция - международный симпозиум по теории информации, который проходил один раз в три года, в разных городах, туда приезжали специалисты из-за рубежа, но ученые, представляющие «почтовые ящики», в ней участвовать не могли. А наша конференция проводилась только для советских инженеров и ученых, в том числе из секретных ведомств.

Был, разумеется, аналог и у американцев. Они устраивали свой международный симпозиум по теории информации. Многие ученые посещали оба форума. Советских ученых на американский симпозиум  власти почти не пускали, иностранцев же приезжало к нам довольно много. Потом исчезли и советский международный симпозиум, и Советский Союз. А американский форум перестал быть исключительно американским и стал главным годовым событием, организуемым самым большим и авторитетным в мире инженерным обществом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), одно из направлений деятельности которого – теория информации.

 

Простейший код: Иван Да Марья….

- Конференция посвящена проблемам избыточности в информационных и управляющих системах. Расскажите, пожалуйста, что это. В свои первые годы конференция тоже была связана с избыточностью?

- Избыточность – раздел теории информации, которая на заре своего существования была очень важной теоретической частью кибернетики. В свою очередь, теория информация – редкий случай науки, родившейся в голове одного человека, Клода Шеннона. Как Афина Паллада в полном облачении родилась из головы Зевса, так и у Шеннона в 1948 году выходит статья «Математическая теория связи». И всё! Да, потом был долгий путь, много результатов, тысячи ученых, работающих вокруг этой темы, но незыблемые основы были заложены в одной единственной статье.

Одна из революционных идей Шеннона состояла в том, что информацию, сжимая, можно эффективно хранить и надежно передавать: вот у вас есть какой-то канал, в канале шумы, и вроде вы передаете нолики и единички, а выходят такие же единички и нолики, но по-другому. И это может быть самая разная информация – текст, звук, изображение. И при этом почти во всех каналах будет присутствовать величина, которая сейчас называется пропускной способностью канала. Если КПД передачи информации ниже этой величины, то вы можете обеспечить вероятность ошибки сколь угодно маленькую. Как добиться такой вероятности, люди понимали: повторяйте одно и то же много раз.  Приведу понятный пример того, как выглядит простейшее кодирование. Но сначала сразу оговорюсь: мы говорим о кодах, которые были придуманы Шенноном именно для исправления ошибок, они не имеют никакого отношения к кодам-шифрам, применяемым, например, в криптографии. Итак, пример: когда плохая слышимость в телефоне, и вы пытаетесь повторить одно и то же слово, например, «индустриализация», много раз, а все равно не получается, вы начинаете произносить по буквам: «Иван, Николай, Дарья» и так далее. В итоге вы решаете задачу, хотя и за счет большого количества уточняющих слов. Это и есть пример применения избыточности.

Переходим к нашей области. Пример показывает, что при таком многократном повторении скорость передачи всё меньше и меньше. А человек не хочет всё меньше и меньше, он хочет иметь какую-то заметную, хорошую скорость. Слово «индустриализация» само по себе длинное, а в нашем случае оно становится чрезвычайно длинным. Значит, нужно стремиться к тому, чтобы применять избыточность экономно. Вот решением этой задачи и занимается наша наука - с тех самых пор, как выяснилось, что это почти всегда возможно, за исключением тех каналов, где то, что появляется на выходе, совсем не зависит от входа. С таким каналом ничего не поделаешь, такой канал называется «белым шумом», который однороден, подобно тому, как белый цвет является смесью всех цветов.  Из него нельзя ничего извлечь: вся информация перемешалась.

Как давно ученые стали решать вопросы избыточности? Ответ вытекает очевидный: одновременно с тем, как люди стали передавать информацию при помощи кодов. Но акценты с годами, разумеется, менялись.

"Что-то, что казалось значительным в 60-70-е, потом вдруг отошло на задний план. И, наоборот, что-то, что казалось неважным, оказалось очень даже очень важным".

При этом, на нашей конференции две темы применения избыточности – в информационных системах и системах управления. Последние, кстати - наследие кибернетики. Ведь кибернетика определялась как наука об управлении, но речь не об управлении государством или людьми. Нет, это управление, в первую очередь, технологическими процессами. Поскольку нельзя управлять технологическим процессом, не владея информацией о том, что в этом процессе происходит, мы должны сначала обеспечить средства, которые будут собирать информацию, на современном языке – сенсоры. Потом информацию нужно передать, и там, где ее получат - обработать. И при передаче, и при обработке мы больше всего опасаемся ошибок, цена которых в условиях всеобщей информатизации постоянно повышается. Хорошо, если ошибка случайная и приведет только к остановке вашего производства. Хуже, когда ошибка целенаправленная, тогда она может привести к катастрофе.

 

«Девять дней одного года»: фильм про «лохов»

- Что случилось в 1989-м году?

- Была проведена последняя конференция перед большим перерывом, который длился почти двадцать лет. Из-за известных событий в стране проводить в 91-м году ее было уже не на что - удивительно, что ее успели провести в 89-м. В 90-е никто вообще не хотел думать о науке – стране нужно было выжить.

За это время наука в России сильно обмелела, произошло самое страшное, то, что много раз описано – разрыв поколений. Двадцать лет молодежи было совсем не интересно заниматься наукой, не престижно. У Бориса Акунина* есть замечательный рассказ «Проблема 2000». Там некий бизнесмен из 2000-го с самодовольством вспоминает, как он кинул «лохов» из научного журнала, которых в своей жизни видел только в фильме «Девять дней одного года». Вот вам и приоритеты тех лет, всё сказано. Если показывать, что заниматься наукой увлекательно и престижно, появляются молодые ученые. Ближе к середине нулевых наука снова стала нужна государству, обществу, всё вновь зашевелилось.

 

Новая и новейшая история, первое московское издание

- Расскажите, как произошло возрождение конференции.

- Здесь - про роль личности в истории. Конференция возродилась тоже в Питере, в 2007 году, в ГУАПе (Санкт-Петербургский университет аэрокосмического приборостроения). Возрождал ее Евгений Аврамович Крук. Он к тому времени уже был заметный ученый, сумел найти и средства, и людей. И конференция снова «поплыла», тоже на пароходах. Именно тогда она стала международной. Надо сказать, пароходы стали значительно дороже, чем в советское время.  А потом конференция «сошла на сушу», и причиной тому были неожиданные обстоятельства 2015 года: был уже зафрахтован пароход, но он не поплыл, поскольку из-за малоснежной зимы и жаркого лета все озера обмелели. Тогда впервые за долгие годы конференция была проведена на земле, в Петербурге.  Потом Евгений Аврамович переехал в Москву, в МИЭМ, и вот теперь мы стали участниками и свидетелями первого московского издания конференции. Надо сказать, что здесь налицо полная преемственность, потому что, во-первых, МИЭМ стоит на воде, на берегу Строгинской поймы, и, во-вторых, товарищеский ужин проходил на пароходе во время прогулки по Москве-реке.

Евгений Крук

- Вот мы и подошли потихоньку к состоявшейся конференции. Что бы вы особенно отметили в четырех минувших днях?

- В первую очередь, то, что у нас были замечательные докладчики мирового уровня. Расскажу о них немного подробнее.

В 2011 году международный симпозиум IEEE по теории информации проходил в России, в Петербурге, где главную награду – премию Шеннона – получил один из приглашенных лекторов нашей нынешней конференции Шломо Шамай, профессор из университета Технион, Израиль, который входит в число наиболее цитируемых ученых в области компьютерных наук.  Кроме того, он обладатель нескольких наград IEEE за лучшие работы в течение последних 15 лет. Ему принадлежит и еще одна главная награда общества – медаль Хэмминга, врученная в 2017 году.

Еще один наш известный приглашенный лектор - Александр Барг. Он окончил МИИТ, потом   работал в ИППИ РАН, а в девяностые годы переехал в Америку. Александр - профессор университета Мэриленда, редактор ведущего журнала по теории информации (IEEE Transactions on Informaton Theory), обладатель награды общества теории информации IEEE за лучшую работу в 2015 году. Работа, кстати, очень интересная, посвящена теме локально-восстанавливающих кодов. Объясню, что это такое. Вот у нас есть стандартная ситуация: информация хранится на разных серверах, мы хотим с ней поработать, и вдруг один из серверов выходит из строя. Что делать? Казалось бы, то, что делали всегда - дублировать. Например, размещать копии одной и той же информации на разных серверах, из них какой-нибудь да выживет. В свое время специалисты сказали: «У нас есть замечательные коды Рида-Соломона, которые всё сделают, и они оптимальны». Со временем стало понятно, что новая практическая постановка задачи меняет и теоретическую постановку задачи и что оптимальность нужно понимать иначе. Раньше никто даже не задумывался, что нам обычно нужно не всё сообщение, а только его часть. Но мы же храним в файловой системе массу всего.  Мне говорят: «Мы тебе сейчас восстановим всё слово», а я говорю: «Хорошо, а сколько это времени займет?», - Ну, нам его надо всё прочитать». Я говорю: «Что вы? Мы будем с тысячи data-центров считывать только потому, что один такой центр рухнул? Нет, я так не могу. Мне это ни по ресурсам, ни по времени вообще не нравится. А можно восстановить нужный мне кусок информации, считав совсем немного символов?». Оказывается, можно. Для этого применяются локально-восстанавливающие коды. Заслуга профессора Барга в том, что он построил класс кодов, которые оптимальны или близки к оптимальным.

Третий наш приглашенный докладчик – Марсель Фернандес, он из политехнического университета Барселоны, занимается кодами цифровых отпечатков пальцев. Но это не отпечаток пальцев в традиционном понимании, это совсем другое - когда мы хотим, распространяя или продавая информацию, обеспечить ситуацию, чтобы у того, кто захочет после нас информацию перепродать, ничего не получилось, даже если речь идет о целой коалиции. Марсель в этой области известный специалист.

Математики часто говорят: «Хорошее открытие открывают много раз». Нередки переоткрытия. И вот буквально вчера у последнего лектора, Петра Бойваленкова, был день рождения. И он в этот день был приглашенным лектором. Но главное другое: ему исполнилось столько же лет, сколько конференции – 55. И для всех нас это было открытие! Он занимается задачами, где произошло обратное влияние – от теории кодирования в сторону математики. Известные математические задачи о плотных упаковках шаров (у одной из них забавное название - «число поцелуев в многомерном пространстве»), которые «чистые» математики раньше не могли решать, стали решаемыми благодаря теории информации и теории кодирования, развившим новые математические методы.

Должен сказать, что МИЭМ предоставил замечательную возможность для проведения конференции. Сам зал ученого совета МИЭМ - идеальный для конференции такого состава, на 50-60 человек. Большие конференции – престижные, ученые часто используют их, чтобы встретиться, переговорить, там самой интересной является кулуарная часть. На доклады ходят, чтобы услышать про что-то новое. Но по-настоящему рабочая атмосфера бывает только на таких вот камерных конференциях как наша. Ежегодный симпозиум IEEE - огромный, около тысячи участников. Это большие затраты денег и людских ресурсов.

"А для развития науки нужны именно небольшие рабочие конференции, которые позволяют ученым разных стран много общаться друг с другом на научные темы".

Хочется также отметить заметное участие в работе конференции ученых из Вышки, в том числе и представляющих другие факультеты. В итоге, мы честно отработали четыре дня, заслушали 46 докладов ученых разных стран, и общее впечатление участников однозначное: всё очень понравилось и первое московское издание удалось. Будем думать о втором, которое должно выйти не позднее чем в 2021 году.

 

Вольф Мессинг, заводы без людей, машины без водителей и человеческий фактор

- Как изменилась предметная область конференции? Ведь больше чем полвека для теории информации – мягко говоря, немало.

Ответ не может быть коротким. Роланд Львович Добрушин, заведующий лабораторией, в которой я долго работал, любил приводить знаменитый пример с Вольфом Мессингом, который после войны давал свои сеансы под эгидой общества «Знание», поскольку публично демонстрировать свои способности по-другому он не мог.  На этих сеансах он загадывал какую-то вещь, удалялся из зала, а потом возвращался, брал человека за руку и быстро эту вещь находил, проходя по рядам. Сам Мессинг писал в своих воспоминаниях, что ему вовсе не нужно было брать человека за руку, он и без того справлялся с задачей, но это было нужно другому лектору от общества «Знание», который после Мессинга всё объяснял с точки зрения науки и марксистско-ленинской философии. Этот пример – как иллюстрация. То, что в 50-е годы казалось лженаукой, чем-то немыслимым, сегодня не просто не оспаривается, но и используется. Читать мысли друг друга мы пока еще не можем, но управлять при помощи мысли устройством - вполне, и сколько уже таких устройств. А ведь еще полвека назад мы не верили, что можно осуществить прием сигналов с такой точностью.

"Но основные цели остались те же: как обеспечить эффективные и надежные хранение и передачу информации. Изменились масштабы и средства!"

Полвека назад ученые придумывали что-то и говорили: «О, мы будем заниматься циклическими кодами, потому что они простые в реализации». А потом позиция изменилась: «Ну да, циклические коды были популярны, но лишь потому, что не было элементной базы. Поэтому не знали, как делать быстро». Хотя даже пятьдесят лет назад коды уже применяли там, где других средств не было: например, в 70-е годы американский космический  корабль «Маринер-9», двигаясь к Марсу, передавал сигналы с помощью кодов. Иначе бы не восстановить передаваемую информацию -  сигналы были очень слабые и много помех. Естественно, и код был такой, чтобы его на той элементной базе было легко обработать. А что сегодня? Возьмем обычный смартфон – сколько в нем всего от теории кодирования! Без этой начинки мы бы не могли с вами говорить. По разным причинам, в том числе из-за того, что мы выходим сотнями-тысячами на один и тот же узел, а он должен нас всех собрать, обработать, дальше отправить. Первые мобильные телефоны были без кодов, а сейчас коды если не самая главная, то теоретически самая сложная часть смартфона. Что же изменилось? Изменились требования – мы даже на телефонах хотим передавать мегабиты в секунду. А вспомните 90-е годы, скорость интернета дома… Мы – постоянные свидетели фантастических изменений, когда скорости выросли от пары килобитов до сотен мегабитов. И ведь прошло всего ничего с точки зрения технологий. Сегодня мы должны работать на безумно высоких скоростях, успевать обрабатывать информацию, и нужно придумывать не просто код, который когда-то сработает, а который вот сейчас, за наносекунды, микросекунды должен декодировать большое количество информации.

При этом, цена потенциальной ошибки постоянно растет, причем во всех областях жизнедеятельности.  Мы движемся к производствам без людей. Мы уже имеем такие заводы – в первую очередь там, где можем. Ближе всего к этому автомобилестроение, там и так мало людей, а человек в лучшем случае где-то что-то контролирует. Но давайте зададимся вопросом: а где человечеству действительно необходимы производства без людей? В первую очередь, это опасные производства. Самая страшная катастрофа прошлого века, на Чернобыльской АЭС, произошла от незлоумышленных, но ошибочных действий персонала. И цена ошибки оказалась огромной.

Или возьмем Интернет вещей, еще одну реинкарнацию кибернетики, где необходимо иметь очень надежные передачу информации и возможности контроля. Вспомним хотя бы автомобили без водителя: они же должны обмениваться массой информации. А перед этим считывать и обрабатывать эту информацию: где едут, что вокруг, траффик движения, помехи и многое другое. И чем больше будет этих машин, тем больший будет объем информации. Машины в скором времени уже будут договариваться сами между собой, приходя к консенсусу, это будет заложено в программах. Это будет управление гораздо более эффективное, чем сейчас.

"Основная проблема будет в переходный период, когда на одной дороге будут машины с водителем и без, потому что безлюдные машины зачастую не смогут предсказывать поведение человека".

Машина будет думать, что все действуют по правилам, но людям свойственно отступать от правил, поступать непредсказуемо и совершать ошибки. Поэтому всё, что можно автоматизировать и роботизировать, лучше автоматизировать и роботизировать. Когда будет смесь робота и человека, будет сумятица. Это будущее пока еще не очень близкое, но уже и не очень далекое.  И к нему нужно готовиться – по крайней мере, теоретически.

- Григорий Анатольевич, большое спасибо за уделенное время.

- И вам спасибо.

* Б. Акунин признан иностранным агентом и включен в Перечень организаций и физических лиц, в отношении которых имеются сведения об их причастности к экстремистской деятельности или терроризму.