Z zagadnień ontologicznych informatyki

Nakładem wydawnictwa UAM ukazała się interesująca książka Izabeli Bondeckiej-Krzykowskiej pt. Z zagadnień ontologicznych informatyki (Poznań 2016).

Wstęp

Informatyka jest stosunkowo młodą dyscypliną naukową, wywodzącą się z matematyki, logiki i inżynierii, zajmującą szczególne miejsce w naszej rzeczywistości. Z osiągnięć informatyki korzystamy na każdym kroku: sys­temy komputerowe – rozumiane jako połączenie maszyn nazywanych komputerami oraz oprogramowania – stanowią nieodłączną część współ­czesnego życia. Kolejnym pokoleniom coraz trudniej jest wyobrazić sobie świat bez całej gamy komputerów przenośnych, telefonów komórkowych, Internetu, sklepów on-line, komunikatorów, portali społecznościowych czy też bankowości internetowej. Znacząca część naszego życia związana jest z wytworami informatyki – komputerami oraz z ich oprogramowaniem.

Systemy komputerowe stają się również nieodłączną częścią wielu gałę­zi nauki. Wykorzystywane są nie tylko do wykonywania skomplikowanych obliczeń, lecz także do eksperymentowania, a nawet do dowodzenia twier­dzeń matematycznych. Mówi się często o nowym paradygmacie w nauce – paradygmacie obliczeniowym lub informacyjnym.

Spoglądając na wszechobecne wytwory informatyki okiem filozofa, za­dajemy sobie pytania o naturę samej informatyki, o to, jakie obiekty bada, jakimi metodami posługują się (lub powinni się posługiwać) w tych bada­niach informatycy. Pytamy zatem o kwestie filozoficzne związane z informa­tyką – o to, jakie szczegółowe problemy filozoficzne z nią się wiążą.

Jednym z pierwszych tematów rozważań filozoficznych związanych z in­formatyką była szeroko rozumiana sztuczna inteligencja. Co to jest sztuczna inteligencja? Jakie są jej rodzaje? Czy istnieje związek, a jeśli tak, to jaki, pomiędzy obliczaniem a poznaniem? Czy komputery mogą myśleć? A jeśli mogą, to jak je rozpoznać? – to tylko niektóre z licznych pytań związanych z tą tematyką. Wydaje się, że również dziś powyższe zagadnienia są często podejmowane przez badaczy, pomimo że istnieje już bogata literatura z nimi związana.

Rozważania filozoficzne dotyczące informatyki nie ograniczają się jed­nak wyłącznie do badań nad sztuczną inteligencją. Szuka się bowiem rów­nież odpowiedzi na pytanie o status informatyki jako nauki, o to, jakie obiekty ona bada, oraz jakimi metodami posługują się informatycy. Bada się również związki pomiędzy podstawowymi obiektami i pojęciami związa­nymi z informatyką: programem i algorytmem, algorytmem i procedurą, programem i jego specyfikacją, programem i implementacją, modelem i programem, jak również – komputerem i oprogramowaniem. Analizuje się ich definicje i własności. Stawia się pytania o to, czy istnieją dziedziny życia, w których komputery nie powinny podejmować decyzji oraz – czy można decyzjom tym zaufać, kto (lub co) ponosi za nie odpowiedzialność.

Wśród kwestii filozoficznych związanych z informatyką można zatem znaleźć zarówno zagadnienia ontologiczne, jak i metodologiczne czy etycz­ne. Obecnie powstaje wiele prac filozoficznych dotyczących różnych, często bardzo od siebie odległych, zagadnień. Monografie i prace zbiorowe po­święcone tej tematyce noszą tytuły, w których termin „filozofia” w odnie­sieniu do informatyki pojawia się najczęściej w połączeniach typu „informa­tyka a filozofia” lub też „filozofia i informatyka”. Dotychczas jednak żaden z autorów nie zatytułował swojej monografii „Filozofia informatyki”. Jaka może być tego przyczyna?

Informatyka jest dość „młodą” dyscypliną. Obecnie trudno jest odróżnić filozofię informatyki od filozofii umysłu, filozofii sztucznej inteligencji, filo­zofii informacji, filozofii obliczeń, filozofii techniki, a nawet filozofii matema­tyki. Zdarza się również, że autorzy stosują niektóre z tych pojęć zamiennie. I tak na przykład mówi się o filozofii informatyki i filozofii informacji, bądź też o filozofii informatyki i filozofii obliczeń. Twierdzi się nawet, że pojęcie „filozofia informatyki” jest zbędne, ponieważ taka dyscyplina nie istnieje; informatyka jest bowiem jedynie kolejnym działem inżynierii lub też jedną z wielu dyscyplin matematycznych, a zagadnienia filozoficzne z nią związa­ne mieszczą się w rozważaniach filozofii techniki czy też filozofii matematy­ki. Czym zatem jest albo – czym powinna być filozofia informatyki?

Rapaport (2005a) pisze: „definiujemy 'filozofię X-a’ jako badanie fun­damentalnych założeń i głównych celów dyscypliny X” (s. 322). Zgodnie z tą definicją można uważać filozofię informatyki za rozważania dotyczące pod­stawowych założeń i celów informatyki. Wśród nich powinny się zatem znaleźć tematy ontologiczne, epistemologiczne i etyczne dotyczące tej dys­cypliny.

W niniejszej książce przedstawiono główne kwestie związane z ontolo- gią informatyki, a w szczególności rozważania dotyczące przedmiotu jej badań. Czym są obiekty zainteresowań informatyków? Jaka jest ich natura? Jakie istnieją między nimi związki?

Mówiąc o ontologii informatyki, należy rozpocząć od refleksji na temat samej tej nauki. Czy jednak mówiąc o informatyce, jesteśmy zgodni co do tego, o czym właściwie mówimy? Czy wiemy, co to jest informatyka i jaka jest jej istota? Co dokładnie mamy na myśli, kiedy mówimy: informatyka lub computer science?

Wydaje się, że odpowiedzi na to podstawowe pytanie już dawno udzie­lono, gdyż wytwory informatyki towarzyszą nam od dziesięcioleci. Wiemy zatem, jaką gałąź nauki nazywamy informatyką, choć nie zawsze rozumie­my, czym dokładnie zajmują się informatycy. Czy wiemy jednak cokolwiek o naturze tej dziedziny wiedzy i o tym, jakie jest jej miejsce wśród innych nauk?

To podstawowe pytanie ontologiczne – o tożsamość informatyki jako nauki – nie jest tylko problemem czysto filozoficznym, ma bowiem również swoje konsekwencje praktyczne. Pozwala bowiem odpowiadać na pytania: gdzie i w jaki sposób kształcić informatyków?, czy wydziały informatyki powinny znajdować się na uniwersytetach, obok wydziałów matematyki (lub nawet w ich obrębie), czy też na politechnikach i w innych szkołach technicznych?

Szukając odpowiedzi na pytanie, czym jest informatyka sama w sobie, warto przyjrzeć się pochodzeniu słów określających tę dyscyplinę. Polskie słowo informatyka zaproponował w 1968 roku Romuald Marczyński na odbywającej się w Zakopanem ogólnopolskiej konferencji poświęconej „ma­szynom matematycznym” (jak wtedy nazywano komputery). Pochodzenie tego słowa sugeruje bliski związek informatyki z informacją. Podobnie rzecz ma się w przypadku wyrazów określających tę dziedzinę nauki w języku francuskim (informatique) i niemieckim (Informatik). Jednakże angielska nazwa informatyki – computer science – nasuwa zupełnie inne skojarzenia. Budzi ona wiele kontrowersji i rodzi rozmaite pytania, nie tylko natury filo­zoficznej, lecz także praktycznej. Po pierwsze, pierwszy człon tej nazwy (icomputer) podkreśla związek definiowanej dyscypliny z komputerami, a nie z informacją (inaczej niż w języku polskim, francuskim czy niemiec­kim). Po drugie, słowo science sugeruje, że jest to dziedzina nauk ścisłych. Dlatego też wiele prac filozoficznych, szczególnie anglojęzycznych, poświę­cono próbom odpowiedzi na pytanie, czy informatyka jest nauką ścisłą [science), czy też gałęzią inżynierii.

Do definiowania dyscypliny naukowej można podejść na dwa sposoby: poprzez zdefiniowanie obiektu jej badań bądź też – przez określenie metod i technik, jakimi się posługuje. W książce tej wybraliśmy pierwszą możli­wość – próbując spojrzeć na informatykę przez pryzmat badanych przez nią obiektów. W każdym z czterech rozdziałów omówione zostały kwestie filo­zoficzne związane z jednym z obiektów najczęściej uważanych za przedmiot badań informatyki: z komputerem, programem komputerowym, informacją oraz z rzeczywistością wirtualną.

W rozdziale pierwszym przeanalizowano problemy filozoficzne związa­ne z twierdzeniem, że przedmiotem zainteresowań informatyków jest kom­puter, rozumiany dwojako: jako urządzenie oraz jako obiekt abstrakcyjny. Przedstawiono próby odpowiedzi na pytania związane z jego historią: która z maszyn liczących była pierwszym komputerem?, czy wynalazek ten został opatentowany?, a także – kogo można nazwać jego twórcą? Najwięcej miej­sca poświęcono jednak kwestiom ontologicznym związanym z komputera­mi. Jakie cechy odróżniają komputer od innych maszyn? Czy jest to zawsze samodzielne urządzenie, czy też część innych, większych systemów? Często mówi się bowiem o komputerach wbudowanych w telefony, samochody, a nawet w sprzęt gospodarstwa domowego. Jakie cechy komputerów po­winna uwzględniać ich ontologia? Czy możliwe jest zastosowanie do kom­puterów istniejących już ontologii artefaktów technicznych oraz jak rozwią­zać związane z tym trudności, na przykład w jaki sposób określić ich funkcję i kryteria poprawnego działania. W rozdziale tym omówiono również kon­sekwencje definiowania komputera w terminach czysto syntaktycznych – jako obiektu matematycznego, gdzie nacisk położono na problem uniwer­salnej realizowalności. Przedstawiono też inne, ciekawe z filozoficznego punktu widzenia charakterystyki komputera, w tym te, które oparte są na pojęciu obliczania.

Komputery, określane często jako „hardware”, nieodłącznie związane są z wykonywanymi na nich programami – „software”. Badanie związków po­między terminami „hardware” i „software” oraz próby ich zdefiniowania jako odrębnych, jednoznacznie zaklasyfikowanych bytów są również jed­nym z tematów rozważań rozdziału pierwszego.

Programom komputerowym, rozumianym jako przedmiot badań infor­matyki, poświęcono rozdział drugi. Wielu informatyków twierdzi bowiem, że ich głównym zadaniem jest tworzenie programów i badanie ich własno­ści, komputery natomiast interesują ich tylko jako maszyny, na których się je wykonuje. Czy program ma zatem pewnego rodzaju pierwszeństwo onto- logiczne przed komputerami? Co to jest program i jakie są jego podstawowe cechy?

Pojęcie programu pojawia się w informatyce w różnych kontekstach, które przeanalizowano w rozdziale drugim. Dokonano w nim, między in­nymi, odróżnienia programu jako obiektu abstrakcyjnego od programu jako procesu fizycznego (wykonywanego na komputerze). Spróbowano również odpowiedzieć na pytanie, czy owa dualna natura programu – obiektu abs­trakcyjnego i fizycznego jednocześnie – stawia w nowym świetle klasyczne problemy filozofii, takie jak związek pomiędzy umysłem a ciałem czy też podział bytów na abstrakcyjne i konkretne. Czy programy komputerowe są przykładami obiektów o szczególnym statusie ontologicznym, które nie są ani konkretne, ani abstrakcyjne? Czym w istocie są programy kompute­rowe? Gdzie szukać ich ontologii – w filozofii muzyki czy też w filozofii ma­tematyki? Jakie jest kryterium rozróżniania programów? Co o nich samych można wywnioskować z analizy procesu ich tworzenia?

Tworzenie programu nie jest prostą czynnością, lecz złożonym proce­sem, który rozpoczyna się sformułowaniem wymagań przed nim stawia­nych (stworzeniem specyfikacji), a kończy sprawdzeniem jego poprawno­ści. W rozdziale drugim omówiono więc kwestie filozoficzne związane z różnymi rodzajami specyfikacji, próbując tym samym odpowiedzieć na pytania: jak rozróżnić specyfikacje od opisywanych przez nie programów?, czym są specyfikacje – definicjami warunkowymi artefaktów czy też odpo­wiednikami teorii naukowych? Przeanalizowano również wieloznaczny termin „implementacja”, pojawiający się w informatyce w kontekście two­rzenia programów.

Jednym z najszerzej dyskutowanych w literaturze zagadnień związa­nych z programami komputerowymi jest sprawdzanie ich poprawności. Jest to również historycznie jeden z pierwszych tematów refleksji filozoficznej związanej z informatyką, nie sposób więc go pominąć. W rozdziale drugim znalazły się zatem również rozważania związane z badaniem poprawności programów, mimo że wykraczają one poza ramy rozważań ściśle ontolo- gicznych. Jak rozumieć termin „poprawny” w odniesieniu do programu komputerowego? Jakimi metodami badać „poprawność” programu? Czy two­rzyć odpowiednie dowody formalne czy też ograniczyć się do testowania?

Współcześnie dominuje pogląd, że informatyka jest nauką o procesach przetwarzania informacji bądź też nauką o samej informacji. Czym zatem jest informacja? Jaka jest jej natura? Rozważania przedstawione w rozdziale trzecim są próbą odpowiedzi na pytania filozoficzne związane właśnie z informacją. Termin „informacja” jest bowiem używany w różnych kontek­stach, zarówno w mowie potocznej, jak i w wielu dyscyplinach nauki – po­cząwszy od informatyki, a skończywszy na naukach społecznych – często mówi się nawet o „nauce informacyjnej”. Czy termin ten oznacza zawsze to samo? Czy informacja dla informatyka jest tym samym, czym informacja dla biologa zajmującego się genetyką? Jak rozumie się to pojęcie w informaty­ce? W rozdziale trzecim omówiono aspekty filozoficzne wybranych teorii informacji, kładąc szczególny nacisk na wykorzystywane w informatyce teorie matematyczne. Przedstawiono również próby odpowiedzi na pytania filozoficzne dotyczące natury informacji, wykraczające poza jej aspekt czy­sto ilościowy: czy informacja może być fałszywa?, jaki jest związek pomię­dzy informacją, dezinformacją a informacją błędną?, co czyni informację użyteczną?, jaki jest jej związek z wiedzą? Omówiono ponadto filozofię in­formacji: czym jest, jakimi zagadnieniami się zajmuje oraz jakie są jej pod­stawowe cele badawcze.

Rozdział czwarty natomiast poświęcono wirtualnej rzeczywistości, zja­wisku związanemu z informatyką, które uważa się współcześnie – w dobie wszechobecnego Internetu oraz gier komputerowych – za jedno z podsta­wowych zainteresowań informatyków. W rozdziale tym przeanalizowano zagadnienia ontologiczne dotyczące wirtualnej rzeczywistości. Czym jest wirtualność i jak ją zdefiniować? Czy jest to nowe zjawisko, które pojawiło się wraz z rozwojem technologii komputerowych i które jest od nich całko­wicie zależne? Jakie cechy ma wirtualna rzeczywistość? Jakim rodzajem rzeczywistości jest świat wirtualny? Jaki jest status ontologiczny jego obiek­tów? Co wiemy na temat związków wirtualności z realnością (światem rze­czywistym)? I wreszcie – czy pojawienie się wirtualnej rzeczywistości wpłynęło na zmiany pewnych klasycznych pojęć metafizyki?

Rozstrzygnięcia przedstawionych w niniejszej książce kwestii ontologicznych związanych z informatyką są istotne nie tylko dlatego, że pogłębia­ją nasze zrozumienie jej istoty, ale również z tego względu, że wpływają bezpośrednio na kwestie epistemologiczne i etyczne dotyczące tej stosun­kowo młodej dziedziny wiedzy.

Dziękuję recenzentowi prof. Adamowi Olszewskiemu za cenne uwagi, które pozwoliły mi uniknąć pewnych błędów, oraz pani mgr Ewie Korek za ważne komentarze i korektę maszynopisu.

Składam wyrazy wdzięczności Ewie, Ani, Lilianie oraz Agacie, których wsparcie pomogło mi przetrwać trudne chwile mojego życia i dokończyć prace nad niniejszą książką.

Książkę tę dedykuję mojemu Mistrzowi, Profesorowi Romanowi Murawskiemu, który przez wiele lat, cierpliwie i z wielką życzliwością, wprowadzał mnie w świat filozofii. Bez Niego ta książka by nie powstała. Dziękuję.

Spis treści

Wstęp 7

Rozdział 1. Komputer 15

• Komputer jako urządzenie fizyczne 16
• Komputer jako artefakt 20
• Hardware versus software 29
• Weryfikacja komputerów jako urządzeń 34
• Komputer jako obiekt abstrakcyjny 38
• Inne koncepcje komputera 40
• Podsumowanie 43

Rozdział 2. Program komputerowy 48

• Ontologia 51
• Dualna natura programów komputerowych 52
• Programy jako obiekty matematyczne 57
• Programy jako wzorce 60
• Kryteria identyczności programów 64
• Specyfikacja 70
• Implementacja 76
• Epistemologia 82
• Poprawność programów 83
• Testowanie programów 85
• Dowodzenie poprawności programów 92
• Podsumowanie 114

Rozdział 3. Informacja 127

• Definicje informacji 128
• Wybrane teorie informacji 133
  • Matematyczna teoria komunikacji 133
  • Algorytmiczna teoria informacji 144
  • Teoria informacji Mazura 147
  • Teoria informacji semantycznej 154
  • Teoria informacji silnie semantycznej Floridiego 157
• Teoria systemowa 172
• Informacja jako wynik procesu 179
• Filozofia informacji 184
• Podsumowanie 187

Rozdział 4. Rzeczywistość wirtualna 198

• Wprowadzenie 199
• Cechy wirtualnej rzeczywistości 202
• Symulacja 202
• Interaktywność 204
• Sztuczność 205
• Immersja 206
• Teleobecność 208
• Komunikacja sieciowa 209
• Fikcjonalizacja 209
• Hipertekst 210
• Czas 211
• Obiekty wirtualne jako symulacje 212
• Wirtualność a fikcja 214
• Ontologia rzeczywistości wirtualnej Gurczyńskiego 218
• Ontologia obiektów wirtualnych Breya 222
• Wirtualność a realność 227
• Podsumowanie 231

Zakończenie     235

Bibliografia 248

From ontological issues of computer science (Summary)     265