Hogyan döntenek a számítógépek: a bináris igazság, amiről senki nem beszél

Hogyan döntenek a számítógépek: a bináris igazság, amiről senki nem beszél

A folyosói villanykapcsoló

Hadd meséljek egy történetet a folyosói villanykapcsolódról. Biztos, hogy ezerszer kapcsoltad már fel és le anélkül, hogy különösebben gondoltál volna rá. Fel, és felgyullad a lámpa. Le, és elalszik. Egyszerű, nem?

Ez a szerény villanykapcsoló, az, amelyiket alig veszel észre, magában rejti a titkot, hogyan működik a világon minden számítógép. Nem nagyjából. Nem átvitt értelemben. Hanem szó szerint, teljesen.

Ugyanis ez a kapcsoló csak két állásban lehet: be vagy ki. Soha nem félúton. Soha nem „valamennyire bekapcsolva”. Vagy folyik az áram, és világít az izzó, vagy nem folyik, és sötét marad a folyosó. Két lehetőség. Ennyi.

És ebből a milliárdnyi egyszerű igen-vagy-nem, be-vagy-ki kapcsolóból jön minden:

Mindez abból származik, hogy kapcsolók kapcsolnak be és ki nagyon, nagyon gyorsan.

Túl egyszerűnek hangzik ahhoz, hogy igaz legyen? Maradj velem. Megmutatom, hogyan hoz létre valami olyan alapvetőt, mint egy villanykapcsoló, olyasmit, ami varázslatnak tűnik.

A vendéglő problémája

Képzeld el, hogy felhívod a kedvenc vendéglődet, hogy asztalt foglalj vacsorára. Aki felveszi, kérdéseket kezd feltenni:

Most képzelj el egy másik hívást:

Észrevetted, mi történt? Az étterem személyzete egyszerű igen-nem kérdésekkel döntötte el, hová ültetnek, vagy egyáltalán le tudnak-e ültetni. Minden válasz bináris volt: igen vagy nem. És ezek alapján a válaszok alapján hoztak egy olyan döntést, ami bonyolultnak tűnik.

Pontosan így, és tényleg pontosan így hozza meg a számítógép az összes döntését. Milliónyi igen-nem kérdést tesz fel, hihetetlen gyorsan, és a válaszok alapján dönti el, mit tegyen.

Bonyolult döntések, amelyek rengeteg egyszerű igen-nem kérdésből születnek, és gyorsabban érkezik rájuk a válasz, mint amennyi idő alatt pislantasz egyet.

Miért csak kettő? A háromállású kapcsoló, ami mindent tönkretett

Lehet, hogy azon gondolkodsz: miért csak igen és nem? Miért ne lehetne három lehetőség? Vagy tíz? Nem lennének ettől okosabbak a számítógépek?

Van egy történet, ami elmagyarázza, miért nem működik ez.

Az 1940-es és 50-es években, amikor az emberek először építettek számítógépeket, néhány mérnök azt gondolta: „Hé, miért korlátoznánk magunkat a be- és kikapcsolásra? Csináljunk háromállású kapcsolókat: ki, közepes és be!"

Okosnak tűnt. Több lehetőség, több teljesítmény, nem igaz?

Olyan, mintha megkérdeznéd valakitől: „Otthon vagy?" szemben azzal, hogy „Egy 1-től 10-ig terjedő skálán mennyire vagy otthon?" Az első kérdésre egyértelmű a válasz. A második csak zavarba ejtő.

A számítógépek ezért használnak két állást, be és ki, mert csak így lehet valami megbízható. És ezt a két állást hívjuk „1"-nek és „0"-nak, vagy „igen"-nek és „nem"-nek, vagy „igaz"-nak és „hamis"-nak. Más szavak, ugyanaz a gondolat: bináris. Két választás.

A titkos mintázatok: hogyan épít mindent az igen és a nem

Rendben, tehát milliárdnyi kapcsolónk van, amelyek lehetnek be- vagy kikapcsolva. Hogyan jutunk el onnan mondjuk odáig, hogy felismerjük a hangodat, amikor megkérdezed a telefonodtól, milyen idő lesz holnap?

A titok abban rejlik, hogy a kapcsolókat olyan mintázatokba kombináljuk, amelyek bizonyos típusú kérdésekre adnak választ. Mutatok néhányat olyan dolgokkal, amelyeket már ismersz.

A bankpáncél: mindkét kulcs kell

Tudod, ahogy a filmekben a bankpáncélhoz két ember kell két különböző kulccsal, és mindkettőjüknek pontosan ugyanabban a pillanatban kell elfordítania a kulcsát ahhoz, hogy a páncél kinyíljon?

Ez az egyik mintázat, amelyet a számítógépek folyamatosan használnak. Azt ellenőrzik: teljesül az A feltétel ÉS teljesül a B feltétel? Csak akkor mond a számítógép igent, ha MINDKETTŐ igen.

A ház két ajtóval: bármelyik megteszi

Most képzeld el, hogy a házadnak van egy bejárati és egy hátsó ajtaja. Be tudsz jutni, ha a bejárati ajtó nincs bezárva VAGY ha a hátsó ajtó nincs bezárva VAGY ha mindkettő nincs bezárva. Csak legalább egy bejutási módra van szükséged.

Ez egy másik minta. A számítógép azt ellenőrzi: igaz-e az A feltétel VAGY igaz-e a B feltétel? Ha legalább az egyik igen, a számítógép igent mond.

Az Ellentét Napja: Fordítsd meg

Emlékszel, amikor gyerekként az ellentét napját játszottátok? Minden az ellenkezőjét jelenti annak, amit általában jelent.

A Lépcsőházi Lámpák: A Csere

Ez a kedvencem, mert fogadni mernék, hogy már használtad anélkül, hogy észrevetted volna, mit tanít nekünk a számítógépekről.

Ismered azokat a lépcsőket, ahol a lámpakapcsoló lent és fent is van? Bármelyik kapcsolót átbillentheted, hogy fel- vagy lekapcsold a lámpát. Felsétálsz a sötétben, átbillented a felső kapcsolót, és a lámpa felgyullad. Lesétálsz, átbillented az alsó kapcsolót, és a lámpa lekapcsol.

És ennek van egy másik oldala is: annak ellenőrzése, hogy két dolog AZONOS-e. Például jelszavak egyeztetése, vagy annak ellenőrzése, hogy a mai arcod ugyanúgy néz-e ki, mint a tegnapi. Azonos? Igen. Különböző? Nem.

Ezek az egyszerű minták, a igen-nem válaszok kombinálásának ezen egyszerű módjai az építőkövei mindannak, amit a számítógéped tesz. Mindennek.

A Reggeli Kávéfőződ (És Hogy Miért Okosabb, Mint Gondolnád)

Beszéljünk valamiről, amit valószínűleg minden reggel használsz: a kávéfőzőről. Arról az egyszerű fajtáról, amelyik időzítővel rendelkezik.

Este megtöltöd vízzel és őrölt kávéval. 7 órára állítod az időzítőt. Lefekszel aludni. És mint valami varázslat, reggel friss kávéra ébredsz.

Honnan tudja a gép, hogy mikor kezdje el a főzést?

Igen vagy nem kérdéseket tesz fel, folyamatosan, egész éjjel:

Ezerszer másodpercenként, ugyanaz a kérdés. És abban a pillanatban, amikor a válasz nemről igente változik, a gép cselekszik.

A számítógéped ugyanezt csinálja, csak milliónyi kérdés zajlik egyszerre:

Milliónyi igen vagy nem kérdés, másodpercenként milliárdszor feltéve, és a számítógép abban a pillanatban reagál, amint bármelyik válasz megváltozik.

Ezért tűnik olyan gyorsnak a telefonod. Valójában nem is okos. Csak nagyon, de nagyon, de nagyon gyorsan kérdez.

A Különbség a Drága és az Olcsó Között (Amit Senki Sem Mond El Neked)

Íme valami, ami meglephet: nem minden igen vagy nem kérdés feltevése kerül ugyanannyiba.

Képzeld el, hogy megpróbálod kitalálni, van-e elég pénzed valaminek a megvásárlásához. Lehetőségeid:

Mindkettő választ ad. De az A opció sokkal több időt és erőfeszítést igényel, nem igaz?

A számítógépek is ugyanezzel a választással szembesülnek. Egyes feladatoknál használhatják a gyors pillantás módszerét: gyors, egyszerű, alig fogyaszt akkumulátort. Más feladatoknál a lassú, precíz, filléres módszert alkalmazzák: pontos, de sok akkumulátort fogyaszt és tovább tart.

Néhány cég (például a Dweve és néhány másik) olyan rendszereket épít, amelyek a gyors módszert használják, amikor annak van értelme. Az eredmény? A telefonod akkumulátora napokig bírja órák helyett. Az alkalmazásaid azonnal reagálnak késlekedés helyett. És a személyes adataid a telefonodon maradhatnak, ahelyett hogy valamelyik cég szervereire kerülnének.

Ugyanazok az eredmények, sokkal hatékonyabban. Mindez azért, mert egyszerű igen-nem kérdéseket használnak bonyolult számítások helyett.

Amikor a telefonod felismeri az arcod (a mindennapi csoda)

Beszéljünk valamiről, ami varázslatnak tűnik: a telefon feloldásáról, ha ránézel.

Amikor először beállítod ezt, a telefon néhány fényképet készít az arcodról. De amit nem csinál: nem tárolja el ezeket a fényképeket. Ehelyett úgy néz az arcodra, mint egy barát, aki próbál megjegyezni téged.

Aztán mindezekből a megfigyelésekből egy mintát alkot. Ujjlenyomatot, de az arcodra.

Később, amikor fel szeretnéd oldani a telefonod, a kamera újra rád néz. Ugyanazokat a dolgokat méri. És akkor lejátssza azt a párosító játékot, amiről korábban beszéltünk:

Több ezer ilyen ellenőrzés, hihetetlenül gyorsan. És ha elég válasz igen, a telefon azt mondja: „Ő ugyanaz a személy!", és feloldja a zárat.

Nem elég az egyezés? „Ő valaki más", és zárva marad.

És mivel minden igen-vagy-nem kérdés (ugyanaz ez a tulajdonság, mint a tárolt?), ez közvetlenül a telefonodon történhet. Gyorsan. Privát módon. Internet nélkül. Az arcod mintája soha nem hagyja el a készülékedet.

Ez az egyszerű igen-vagy-nem kérdések ereje, nagyon, nagyon gyorsan végrehajtva.

Mit jelent ez a mindennapjaidban (a gyakorlati rész)

Rendben, a számítógépek igen-nem kérdésekkel hoznak döntéseket. Klassz. De téged ez miért érint?

Mert olyan dolgokra hat, amikkel minden egyes nap találkozol.

Ezek nem jövőbeli előnyök. Ez most történik. Egyre jobb szoftvereket építenek, amik tiszteletben tartják, hogyan működnek valójában az igen-nem kérdések.

A 100 milliárd döntés, amit észre sem vettél

Szeretnél hallani valami hihetetlent? Amíg ezt a cikket olvasod, a számítógéped nagyjából 100 milliárd döntést hozott.

Ez nem túlzás. A készüléked másodpercenként milliárdszor ellenőriz dolgokat. Érintik a képernyőt? Érkezik új adat? Ez a betű ebben a színben jelenjen meg? Görget a felhasználó? Töltsünk be több szöveget? Itt az ideje ellenőrizni az új e-maileket? Az akkumulátor rendben van?

Mindez olyan gyorsan történik, hogy észre sem veszed. Mind igen-nem kérdés, milliárdnyi, együttműködve hozzák létre azt, amit látsz.

Csak milliárdnyi apró kapcsoló, amelyek igen-nem kérdéseket tesznek fel, és a szabályokat követik, amelyeket mi, emberek terveztünk. Egyszerű kérdések, hihetetlenül gyors válaszok, amelyek valami okos dolog illúzióját keltik.

Ami, ha belegondolsz, lenyűgözőbb, mintha tényleg okos lenne. Mert mi építettük ezt. Hétköznapi emberek, ötletekkel és mérnöki tudással olyan gépeket hoztak létre, amelyek másodpercenként milliárdnyi tökéletes döntést hoznak, semmi bonyolultabbal, mint a villanykapcsolók.

Miért Kezdődött Ez Egy Villanykapcsolóval

Emlékszel, amikor az elején meséltem neked a folyosói villanykapcsolóról? Most már tudod, miért kezdtem ott.

Az a kapcsoló csak két állásban lehet. Be vagy ki. És ez a korlát, ez az egyszerűség pontosan az, amiért minden egyes alkalommal megbízhatóan működik, amikor átbillented.

A fényképeid. Az üzeneteid. A térképeid. A bankod. A videóhívásaid a családdal. Mindez a legmélyebb szinten csak kapcsolók, amelyek ki-be billennek, igen-nem kérdéseket tesznek fel, másodpercenként milliárdszor.

Ez nem varázslat. Ez valami jobb a varázslatnál. Ez az emberi leleményesség, amely valami olyan egyszerű dolgot, mint egy villanykapcsoló, a modern világ építőkövévé tesz.

Amire Emlékezned Kell

Ha ez soknak tűnik, íme, ami számít:

1. 1 A számítógépek mindent igen-nem kérdésekkel oldanak meg. Minden döntés, bármilyen bonyolultnak is tűnik, milliónyi egyszerű igen-nem válaszból épül fel. Mint az az éttermi foglalás, csak milliószor gyorsabban.
2. 2 Az egyszerű megbízható. Két állapot (be/ki, igen/nem) mindig tökéletesen működik. Három vagy több állapot megbízhatatlan lenne, és hibákhoz vezetne. Ezért használ minden eddig épített számítógép kettes számrendszert.
3. 3 A minták kombinálódva hozzák létre a bonyolultságot. Az az öt minta, amiről beszéltünk (páncélterem, két ajtó, fordított nap, lépcső, párosító játék), milliárdnyi módon kombinálódik, hogy mindent létrehozzon, amit a számítógéped csinál.
4. 4 Nem minden megközelítés kerül ugyanannyiba. Egyes számítási módok sokkal több energiát és időt igényelnek, mint mások. A leghatékonyabb mód gyakran a legegyszerűbb: gyors igen-nem ellenőrzések bonyolult számítások helyett.
5. 5 Ez hatással van a mindennapi életedre. Akkumulátor-élettartam, adatvédelem, sebesség, környezeti hatás, költség. Mindezekre közvetlenül hatással van, hogy az alkalmazásaid hatékony igen-nem számítást vagy pazarló, bonyolult számításokat használnak.
6. 6 Az egyszerű igen-nem számítás lehetővé teszi az adatvédelmet. Ha a dolgok elég hatékonyak ahhoz, hogy a telefonodon fussanak, az adataidnak soha nem kell elhagyniuk az eszközödet. Nincs felhő. Nincs fotók vagy hang elküldése a cég szervereire.
7. 7 A jövő az alapokhoz való visszatérés. Évekig tartó bonyolult megoldások után az okos mérnökök rájönnek: sok feladathoz az egyszerű igen-nem kérdések jobban, gyorsabban és hatékonyabban működnek.

A lényeg

A számítógéped, legyen az telefon, laptop vagy bármilyen más eszköz, másodpercenként több milliárd döntést hoz. És minden egyes döntés igenre vagy nemre, be- vagy kikapcsolásra, 1-re vagy 0-ra vezethető vissza.

Ez nem bonyolultabb, mint a folyosói villanykapcsoló. Csak több milliárd ilyen kapcsoló működik együtt, hihetetlen gyorsasággal.

Ez nem a jövő technológiája. Ez most történik. A következő telefonod, a következő alkalmazásfrissítésed talán már használja ezeket a hatékony igen-nem megközelítéseket.

És mindez visszavezethető valami olyan egyszerűre, mint egy villanykapcsoló. Be vagy ki. Igen vagy nem. A lehető legegyszerűbb választás, másodpercenként több milliárdszor megismételve, létrehozva mindent, amit digitális világként ismersz.

Így legközelebb, amikor felkapcsolod a folyosói villanyt, gondolj arra: pontosan ugyanazt az ötletet használod, ami az okostelefonodat okossá teszi. Egyszerű, megbízható, és valahogy mégis zseniális.