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第39章 问题解决(1)

有些心理学家把“问题解决”看做是狭义的思维,换句话说,思维就是解决问题。例如鲁宾斯坦和鲁利亚等。(鲁宾斯坦《关于思维及其研究道路》,鲁利亚《神经心理学原理》)这种观点在一定意义上是有道理的。在现代社会,解决问题的一个重要特点就是:它主要表现为符号信息的操作过程,而不是实际物质的操作过程。当然,从现实性来说,问题的真正解决,最终离不开物质实践活动。

什么叫“问题”?简单地说,当人们想要达到某个目标而又不知怎样实现,或者有多种途径可供选择,这就面临着问题。西蒙说,解决问题的过程就是一个聚集信息的过程,也可以说是一个搜索的过程。在寻找答案的过程中,信息的积累允许这种搜索带选择性,并且在非常大的问题空间里为解决问题提供一个成功的机会。这意味着,解决问题的一个前提条件是收集充分的信息,在这个基础上选择和寻找答案。实际上,它就是要求解题者面对问题空间有丰富的知识和经验,使得解题者能够很好地发现问题、描述问题,通过信息的操作和控制变换,以及现实的工具操作活动,来解决问题。

1.曹冲称象与汉诺塔

解决问题的方法从不同角度看可以有许多种,我们把它归结为大致两类:共轭方法和搜索方法。

共轭方法,是一种“目的-手段”的分析方法,就是把复杂的问题,特别是难以直接解决的问题,变换成简单的子问题,通过特定的手段,消除事物的当前状态与目的状态之间的差距,从而达到目的。“共轭”这个概念最初由数学、物理、化学的概念而来。轭是架在牛背上的架子,共轭,就是通过每个个体的互相作用、制约与配合,产生功能放大、创造新质的效应。我们在此借用这个概念,提出在人类生产过程和思维过程中,通过相互协调产生某种新质的变化,从而增加总体效应的原理。

有一个三国时代的故事叫“曹冲称象”。一些大臣让曹操7岁的儿子曹冲把大象的重量给称出来,这是一个难题。问题在于,称量大象体重没有足够大的称量工具,又不能肢解大象。曹冲就用一艘大船分别来载量大象和一堆石头,使两者吃水线相同,再分别称出这堆石头的重量,也就知道了大象的体重。这样,通过共轭变换,解决了复杂问题。其中,大船和石头是共轭变换的物质操作工具。这种共轭方法是一种质变的方法,它首先通过信息操作,使复杂问题的性质发生改变,成为人们可以控制的状态和变量,然后再将其付诸实践。不难看出,一定的知识背景和灵活的解题程序在这里是必不可少的。可以这样认为,此例中曹冲想出了主意,就是基本上解决了问题,因为在这个过程中的信息操作符合客观事物的规律,符合事物可行性和可靠性的要求。而具体实施操作,只是将这个在思维中预演的解题模式加以物化和现实化的过程。

解题的信息操作,就是在大脑中建立起实践的思想模型,它需要丰富的想象,严密的逻辑推理,甚至还有灵感。运用共轭方法解决问题,最深刻地体现了人类使用劳动工具从事实践活动的机制和意义:人们认识和改造客观物质世界,总是通过一定的手段变换,使问题变成可控制状态,引导它向自己需要的方向发展,从而达到自己的目的。在生产实践中,人们使用生产工具,突破了人的体力和脑力的界限,即生理的与心理的界限。工具的操作物化和再现了人的依靠思维模式所进行的信息变换操作,消除了主体的目的与事物自然状态之间的差距,使人类不断地解决各种问题,实现征服客观对象的目的。

问题解决的目标手段方法,是一种递归的策略。在人类社会的历史长河中,人们解决各种各样的问题,都是把问题的性质变换成可控状态,为解决复杂层次问题,我们先解决次复杂层次问题,次复杂层次仍然较为复杂,那我们就先解决再次复杂问题,最后的策略就是递归到从最简单问题入手。

这对于一些大系统、大工程复杂问题的解决尤为重要而且实用。在解决诸如人类登月等这样的大系统问题时,往往从最初层次入手,用目标递归策略,倒推出解题步骤,从而实现问题的解决。这是一种“汉诺塔”式的问题解决方法,在日常生活中经常使用。

“汉诺塔”是印度神话里的玩具,在它身上有一个著名的历史故事,集神秘宗教、数学、宇宙学等秘密于一身。

传说,上帝创造世界的时候,做了三根圆锥形金刚石柱子,也就是所谓的汉诺塔。其中一根柱子上,从下往上按大小摞着64个黄金圆盘(金刚圈),另两个柱子空着。上帝命令婆罗门把这些黄金圆盘,按大小顺序重新摆放在另一根柱子上,并且有三个限制规定:

(1)搬动只能在三根柱子中进行,圆盘不能放在柱子以外的任何地方;

(2)小圆盘上不能放大圆盘,始终只能是小盘子放在大盘子之上;

(3)在三根柱子之间,一次只能移动一个圆盘。

有预言说,这件事完成时,宇宙会在一瞬间闪电式毁灭。也有人相信,婆罗门至今还在一刻不停地搬动着圆盘。

我们假设移动一个圆盘1次需要1秒钟,等到64个圆盘全部重新按顺序放在另一个柱子上并且宇宙被毁灭,那是什么时候呢?需要多长时间呢?

笔者上中学时遇到了以上的问题,当时尝试着在脑中进行思想实验。

假如让我们来搬动圆盘到另一个柱子,把64个圆盘重新摞好,需要移动多少次呢?假设最上面的最小盘是1盘,第2个盘子是2盘,以此类推,最底层的盘子是64盘。把圆盘移动到旁边任何一个柱子,搬动第1盘的时候当然是1次,搬2盘的时候需要搬3次,搬完3盘的时候就用了7次……

让我们继续逻辑推理一下,如果觉得不行,可以拿实物演示。

开始搬动第4个的时候,已经用过7次了,接下来搬动4盘时用1次,在其上面再放回前述3个圆盘时,还要用7次(把3个圆盘重新放在一起需要的次数)。因此,4个的时候是“3个圆盘重新摞在一起的次数”+1次+“3个圆盘重新摞在一起需要的次数”,即7+1+7=15次。

那么,搬动5盘时,同理推出要用的次数是“4个圆盘搬动次数”+1次+“4个圆盘搬动次数”,等于15+1+15=31次。如果用数学公式表示,可以推出,搬动第n个盘子时,所需要的次数是:(n-1盘搬动次数)+1+(n-1盘搬动次数),依照这个方法,只要我们用目标递归策略,就可以求出在搬动任何第几个黄金圆盘时,所需要的搬动次数。也就是说,我们想知道搬动第6盘的搬动次数,就要知道第5盘的次数;要知道搬动第64盘的搬动次数,就要知道第63盘的次数,以此类推。

当然,我们不必如此将所有的盘子搬动次数都计算出来。我们发现,从第1个到第5个圆盘搬动次数,显示出排列组合的某种规律。

即:1,3,7,15,31…

这样,我们改变原先目标手段方法的递归策略,把它们进行共轭变换,从原先的降低问题空间复杂性,转换为改变问题的可操作性质,目的没变,手段变换,我们用指数运算(乘方运算)代替四则运算,可以枚举出这个数列在指数形式上表现为:

1个圆盘的时候,2的1次方减1;

2个圆盘的时候,2的2次方减1;

3个圆盘的时候,2的3次方减1;

4个圆盘的时候,2的4次方减1;

5个圆盘的时候,2的5次方减1;

……

以此推理,n个圆盘的时候,2的n次方减1;

也就是说,n=64的时候是(2的64次方减1)次。

因此,如果移动一个圆盘需要1秒的话,移动64个盘总共需要(同时也是宇宙的寿命)2的64次方减1(秒)。

2的64次方减1有多大?

它是18446744073709551615,即1844万万亿多秒(这个数字太大,只好借用“云世界”,从互联网上不同的渠道得来,是否确切不得而知。在数学计算中,最怕的就是一个数爬到另一个数的肩膀上去)。用一年=60秒*60分*24小时*365天来算的话,2的64次方减1秒大约有5849亿年。

已知现在的宇宙自大爆炸以来,其年龄大约是137亿年,5849亿年以后地球还存在吗?我们的宇宙还存在吗?如果按照脉动宇宙理论,到时候我们的宇宙可能早就崩塌了。

汉诺塔问题在数学界有很高的研究价值,它可以帮助开发智力,激发我们的思维。我们在此以它为例,说明通过问题解决的倒推机制和共轭变换,通过目标与途径的设定,可以把复杂的问题变成简单的问题,或者使它改变成可操作状态,从而经济、策略地指导实践操作的过程。

解决问题的另一种方法是搜索,它是指通过信息搜索对信息进行解释和比较,从而降低和缩小问题空间,最终解决问题,特别是有经验的专家可以直接通过捷径找到问题的答案。这是一种量变的方法。问题空间的量变搜索,往往因主要矛盾的克服而使纷纭复杂的局面迎刃而解。搜索方法就是要搜索各种已往的知识、经验和模式,借鉴它们来解决当前的情境问题。

或者搜索各种新的信息,从中发现事物发展的关节点和转折契机,从而找到解决问题的途径。在实际解决问题的过程中,共轭和搜索这两种方法常常是交互使用、互相促进的,两者都可以称作解决问题的启发式策略。西蒙等现代心理学家把思维活动看做是人脑的信息加工活动,其具体化就是搜寻,而搜寻的效率取决于思维模式的水平,取决于怎样利用专业知识和日常生活工作的经验知识来组织搜索策略。

现实社会中有些问题长期存在,久久不能解决,成为阻碍前进的顽症,就是因为没有找到问题解决的关键点。其中的原因,可能是因为无知,人们的认识水平有限,还找不到解决问题的办法。也可能是无力,受社会时代的物质条件、实践基础制约。也可能是“无耻”,由于各方既得利益的纠缠羁绊,问题陷入难以解决的僵局之中。

2.博弈和决策

博弈和决策是现代社会人们在问题解决中经常要采取的行为。西蒙认为,科学的决策包括四个方面:一是找出存在的问题,确定决策目标;二是制定各种可行方案;三是分析比较各种方案,从中选出最合适的;四是决策执行。在西蒙看来,最佳方案是不存在的,最优是不可能的,只能选择次优方案,也就是选择相对最满意的方案即可。这是因为,人们在决策时,不可能把所有的信息都掌握了,一定会有一些信息尚未被知晓。如果要把所有的信息都了解到,既不可能,也要花费太大的代价。人们的选择只是一定概率上的最优,无法预料过程中的各种潜在问题与风险。

博弈决策有两种情况。一种是决策的制定与执行不会遇到有意反抗,其中虽有可能遇到一些意想不到的困难和新问题,但是这些都是可以通过进一步研究新对策,加以克服和解决的。自然界没有抗解密性,人类改造自然的社会实践不会遇到自然界的敌意反抗。当然,在现代社会的条件下,人类实践打破人与自然均衡关系的行为,会通过不断累积而发生不利于人类的后果。在这种情况下,人们总是会适时调整自己的行为,更加注重维持原有的和谐与均衡。因此,决策的主动方是人类主体。

另一种情况是,决策的制定与执行会遇到故意反抗与破坏,这在军事战争中或企业商战中会经常发生。在社会关系处理中,职场竞争、社会突发事件处理等,决策的主体是实践过程中的各方,人们的各种决策通常会遇到另一些人们的阻碍、反对和干扰的情况。这时,就需要把普通的决策变成博弈对策,根据对手的策略,进一步改进自己的策略,以达到更优的结果。这些过程,是社会控制论需要注重研究的领域。换句话说,嫦娥奔月工程与一场战争,这是两种性质不同的博弈系统,两类不同性质的问题,人们在解决它们的过程中,博弈对策的研究制定与执行方法有着很大的区别。有的博弈是零和游戏,对他人的任何损害都对自己有好处。有的博弈是非零和游戏,人们在游戏的结局中,要么共荣,要么共衰。

现代市场经济是一种伟大的博弈,它根据无数市场主体的博弈决策,在竞争状态下自动形成某种张力,促成资源的优化配置,激励着人们生产、发明的积极性。这是一种系统化状态下自组织实现的机制,是一种非零和的社会进程。市场博弈行为导致的资源配置机制和激励创新机制,是以往传统计划经济根本无法相比的。博弈之所以伟大,就在于它能够通过无数市场主体的对策与反对策的不断演进,促成社会分工的细化,公司组织的制度演变,推动着生产力的发展、创新的出现、科技的进步、社会的前进。人类经济社会有了市场博弈,才能不至于固守或停留在原有的状态,才导致人类社会有了市场博弈以来的200多年间,经济与社会跳跃式的暴涨发展,创造了巨大的社会财富,引起了我们今天哲学世界观的根本变革。

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