Как объяснить компьютеру, кто такой счастливый человек? Евгения Герасименко — о технологии Fuzzy Logic

В 1965 году выходец из Азербайджанской ССР Лютфи Аскерзаде опубликовал работу, идеи которой должны были использоваться в гуманитарных сферах. Мог ли он представить, что спустя полвека его разработки будут применяться в автомобилях, холодильниках и стиральных машинках? Как развивалась нечёткая логика и чем ещё она сможет нас удивить, рассказывает кандидат технических наук, доцент Института компьютерных технологий и информационной безопасности ЮФУ, руководитель гранта Российского научного фонда и специалист в области нечёткой логики Евгения Герасименко.

— Евгения Михайловна, почему вы решили заняться наукой?

— Началось всё ещё в школе. Я увлекалась литературой и английским языком, была призёром областных олимпиад. Я писала рецензии, аналитические обзоры и, видимо, тогда поняла, что склад ума у меня аналитический. Мне очень нравилось описывать различные явления, пытаться найти причинно-следственные связи.

Нечёткой логикой я увлеклась в институте. На втором курсе мой будущий научный руководитель Александр Витальевич Боженюк выбрал круг сильных студентов и стал с нами работать. Занимались дискретной математикой, нечёткой логикой, транспортными сетями, оптимизационными задачами. Тогда я поняла, что мне это интересно. Выступала на студенческих конференциях, занимала первые места. Нравились все этапы научной работы: исследовать поставленные задачи, искать в литературе аналоги, думать над тем, что можно разработать ещё в этой области, как можно модифицировать существующие алгоритмы.

Я защитила диплом по нечёткой логике, а затем научный руководитель предложил мне идти в аспирантуру. Там я изучала тему, тоже связанную с нечёткой логикой, — нахождение потоков в транспортных сетях в нечётких условиях. А затем кандидатская. Это всё продолжение работы в институте.

—Не могли бы вы рассказать о нечёткой логике? Когда и как появилась эта область знания?

— В 1965 году вышла первая работа по нечёткой логике. Даже правильнее сказать — по нечётким множествам. Лотфи Заде опубликовал исследование, в котором помимо теории нечётких множеств предлагались основы нечёткой логики. Смысл в том, что у нас есть двоичная логика, которая используется в компьютерной технике: да — нет, истина — ложь. Она не оперирует данными, которые имеют в себе нечёткость, неопределённость. А вот нечёткая логика должна была научить технические устройства функционировать подобно мышлению человеческого мозга.

Компьютеры на тот момент не могли решать интеллектуальные задачи, не могли понимать относительные определения. Как объяснить, что такое удачливый человек, хорошая погода или высокая скорость? Где границы? Лотфи Заде предложил ввести понятие «частичное вхождение элемента в множество». Элемент может принадлежать множеству с какой-то степенью уверенности. Число находится в пределах от 0 до 1. То есть можно сказать: человек счастливый со степенью уверенности 0,7.

Нечёткая логика — это точная логика, которая позволяет работать с нечёткими рассуждениями.

— Где используется нечёткая логика?

— На самом деле люди часто сталкиваются с термином «нечёткая логика». Например, на стиральных машинках есть фраза Fuzzy Logic. По сути, это обозначает, что машинка будет сама эффективно стирать бельё, анализируя объём загружаемого, тип порошка, уровень загрязнения. Она будет выбирать оптимальный режим стирки из огромного количества вариантов. Ещё Fuzzy Logic можно встретить в холодильниках, в системе управления автомобилями и многом другом. В огромное количество проектов внедрена технология Fuzzy Logic.

— Чем сейчас занимаются учёные в сфере нечёткой логики?

— Есть несколько направлений. Первое — нечёткое моделирование и управление. Учёные, работающие в этом направлении, занимаются системами управления, которые оперируют лингвистическими правилами, и выдают некое эффективное правило. Второе — нечёткое принятие решений. Я работаю как раз в этом направлении, мы занимаемся принятием решений в нечётких условиях. Третье — современные расширения нечетких множеств, такие как колеблющиеся, интуиционисткие нечёткие множества, нечёткие множества типа 2. Это такие множества, которые добавляют нечёткость, сомнение в значение степени принадлежности. То есть сейчас учёные включают всё большую неопределённость в процесс принятия решений.

— Удивительно, что одна область знаний, нечёткая логика, соединяет в себе такие разные направления — математику и лингвистику.

— Нечёткая логика находится на стыке нескольких областей и является междисциплинарным знанием. Но сам Лотфи Заде считал, что его разработки найдут наибольшее применение в гуманитарных сферах. Он был удивлён, что его исследования приобрели популярность именно в технических областях.

— Вы верите, что люди действительно делятся на гуманитариев и технарей?

— Очень сложный вопрос, я его себе часто задаю. Всю жизнь я искренне считала себя гуманитарием. Мне хорошо давалась математика, но больше меня интересовали гуманитарные науки — английский, русский, литература. Я верю, что у человека есть наклонности к чему-то. Но точно можно доразвить то, что даётся не так легко.

— Расскажите, пожалуйста, о вашей научной работе.

— Я занимаюсь разработкой теоретических методов поддержки принятия решений при эвакуации в случае различных чрезвычайных ситуаций в нечётких условиях. То есть создаю математические модели, которые должны помочь при принятии решений. Понять вообще, случится ли ЧС? Как перевезти максимальное количество людей из опасной зоны?

Я работаю в коллективе, в котором занимаюсь теоретическими основами. А коллеги занимаются разработкой непосредственно программного обеспечения. То есть реализовывают на практике мои идеи.

— Какими своими достижениями в науке вы наиболее гордитесь?

— В 2017 году в соавторстве с польским коллегой, крупным учёным в области нечёткой логики Янушем Каспрчук мы выпустили монографию «Потоки в сетях в нечётких условиях». В ней описана нечёткость в транспортных сетях. Монография получила приз комитета информатики Польской академии наук за лучшую монографию в области информатики. Ещё в 2023 году вышла моя статья в журнале первого квартиля Applied Soft Computing («Прикладные мягкие вычисления»), посвящённая эвакуации максимального числа пострадавших в безопасные зоны в нечётких условиях.

— Два года назад вы выиграли грант Российского научного фонда. Как стать лауреатом конкурса?

— По сути система получения грантов одна. Научная разработка должна иметь новизну, актуальность и практическую реализацию. Это три самых важных момента. А ещё должен быть конкретный план. В заявке необходимо тщательно расписать все этапы, как и куда вы будете двигаться. Конечно, также оцениваются публикации участников гранта. Должен быть большой багаж качественных публикаций, связанных с темой гранта. Поощряются и заграничные стажировки, и другие виды вовлечённости в научную жизнь.  

Молодым учёным я советую как можно раньше принимать участие в научных проектах.  

— Как вы думаете, есть ли приоритетные области при выдаче грантов?

— Нет. Я внимательно знакомлюсь с документацией фондов, в которые подаю заявки. Квоты не скрываются. Видно, какое количество проектов предполагается для каждой научной сферы. Как правило, первые два места выделяются инженерным наукам и химии, затем идут гуманитарные науки, а потом уже математика и информатика. Другое дело, количество заявок. В конкурсе на получение грантов по гуманитарным наукам всегда больше участников, чем по техническим.  

— Грант — это эффективная мера поддержки?

— Грант — это источник, который двигает вперёд. Понимаешь, что необходимо находить интересные задачи. Или развивать идею, которая уже есть. Больше работать, писать научные статьи. Грант помогает оплачивать публикации в зарубежных журналах. Также материальное стимулирование позволяет сохранять сотрудников. У людей не будет мысли уйти в более оплачиваемую сферу — IT, например. А так они остаются в институте и занимаются наукой. Ещё победа в гранте — это престижно. Я с гордостью говорю, что являюсь руководителем гранта РНФ. (Грант РНФ № 22-71-10121 «Развитие теоретических основ поддержки принятия решений для задач эвакуации при чрезвычайных ситуациях в нечетких условиях». — Прим. авт.)

Грант — толчок к написанию докторской диссертации. За два года участия в гранте РНФ мы прочитали огромное количество литературы, написали много статей, опубликовали более 20 научных работ, причём большинство из них в высокорейтинговых журналах. Благодаря гранту меня пригласили на Конгресс молодых учёных в «Сириус». А это знакомства, связи в научном мире.

Грантовая система — мощный инструмент стимулирования.

— Какие у вас профессиональные мечты?

— Есть мечты, а есть цели. Если мы говорим о целях, то это защита докторской. А мечта — разработать такие методы, которые могли бы эффективно эвакуировать людей в случае ЧС.

Ева КИТАЕВА

Фото из личного архива Евгении Герасименко