Об информационном языке-методе RHA

В чём оригинальность  языка-метода RHA

В отличие от господствующих практик, а именно исследований содержания одного компонента или изучения соотношений между двумя-тремя компонентами составов, автор предлагает возможность работать с одной полуколичественной ‒ смысловой ‒ и тремя количественными  характеристиками полных, или целенаправленно сокращённых составов объектов ‒ последнее необходимо для их  сопоставимости

Работы по методу с использованием метода RHA и программы Petros открывают два новых класса возможностей:

 А. Создание и эксплуатация Баз Данных, иерархически упорядоченных по известным или создаваемым пользователем компонентным алфавитам, с автоматическим группированием сходных составов.

Б. Диаграммное представление неорганизованных собраний и упорядоченных в пространстве и времени изменений целостных составов объектов любой природы на диаграммах с координатными осями:  информационная энтропия, анэнтропия, толерантность, как мерами, соответственно, равномерности, неравномерности и высокой неравномерности распределений, открывающим новые возможности в области  проблематики исследования составов.

Немного о вещах,  составах и порядках 

Как вещи и цветы ждут имён, чтобы найти своё место в едином алфавитном словаре, так и их составы долго ждали, чтобы стать словами для того же в словарях составов. Великое изобретение человечества ‒ алфавит ‒ позволило приводить в единый порядок все уже придуманные и будущие слова во всех языках. И так были созданы и упорядочены разнообразные энциклопедии. Но у всех алфавитных словарей был общий недостаток. Отдельные знаки алфавита естественных языков, как и звуки стоящие за ними, бессмысленны. Поэтому слова, имеющие одинаковую букву, две, а то и три, и даже пять, иногда рядом стоящие, могут не иметь ничего общего, кроме начал слов (кровь, крой, крокус, кролик, кроманьонец, крона, крот, кросс, кроха, крохаль, крошка). Ещё есть омонимы. Поэтому часто нужно искать похожее не по названию в алфавитном справочнике, а по смыслу, по составу в алфавитно-компонентном каталоге, а для этого требуется систематизировать анализы.

Замечание. Один и тот же объект может рассматриваться с разных сторон (к этому мы ещё вернёмся) и, соответственно, как совокупность компонентов разных типов. Так галечник морского пляжа можно рассматривать как совокупности (или распределения) фрагментов горных пород по размерам, весовых масс минералов или оксидов, интервалов масс или средних размеров зёрен, атомных  долей  химических элементов. Характеристики сообщества людей это распределения их возрастов, национальностей, уровней образования, вероисповеданий, размеров доходов, жилищных площадей, болезней,  видов преступлений  и так далее.

Алфавит химического языка ‒ Периодическая Система Химических Элементов упорядочила “простые” вещества, однокомпонентные. Соединения и смеси так же строго упорядочить не удавалось после этого многие десятки лет. В этом была проблема до 1971 года, когда была опубликована первая статья по методу RHA1, приведшая в алфавитный порядок химические составы горных пород, в которой было сказано также, что способ упорядочения будет пригоден и для других составов: минеральных, национальных, возрастных… . Позднее, когда удалось представлять на новой диаграмме любые процессы, пришло осознание того, что метод обрушил границы между всеми отраслями знания, предметом которых является существование и изменения  объектов в  форме  и контексте их составов.

Всё: вещи, вещества, ценозы, горы, люди, комары, социумы и сами атомы, из чего-то состоит. Совокупность относительно стабильных  соотношений компонентов составов при относительно  стабильных температурах и давлениях образуют  и формируют смысловые поля ПОХОЖЕГО. Изменения температуры, давления и соотношений компонентов плавно  переводят это ПОХОЖЕЕ в не очень похожее и дальше – в нечто ДРУГОЕ и дальше, и дальше… .  Жестких границ между составами разных горных пород нет.  Все они  образуют единое поле непрерывно связанных друг с другом смесей элементов. При фазовых переходах изменения происходят скачком, – они происходят с изменениями структуры (зарождение кристаллов, их полиморфные превращения, смены политического устройства), но компонентный состав систем при этом может оставаться неизменным, или слабо изменяться, например, кристаллизация в растворе может начинаться при изменении  одной лишь температуры.

Имена компонентов более определённы по смыслу, чем слова, обозначающие их композиции ‒ целое.

Поэтому, если расположить компоненты состава конкретного объекта по снижению их содержаний в составе, можно иметь перечень, как иерархически упорядоченное – содержательное – компонентное описание состава объекта. Обычно объекты имеют  бессмысленные названия – посмотрите на названия лекарств, горных пород, минералов, продуктов питания… . В упорядоченном виде компонентов становится видна относительная значимость, роль, важность всех компонентов состава в данном объекте – какой главный,  второй по значимости и дальше – иерархия до последнего. Получаем рейтинг компонентов – ранговую формулу. Примем её за единое слово, в котором роль букв играют сокращённые обозначения компонентов (если это необходимо для обозримости).  Тогда слово ApatNephOrtcAlbt,  довольно естественно (для геолога) будет соответствовать своему содержанию как название породы, в которой важнейшим является  минерал апатит, на втором месте – нефелин, и далее будут ортоклаз и альбит, а слова  OSi и НО  обозначат группы  кварца и льдов.

Дальше ‒ просто. В соответствии с изначально выбранным упорядоченным  набором компонентов как алфавитом (например, элементов в Периодической системе или национальностей в обычном алфавитном перечне) ранговые формулы, как обычные слова, упорядочиваются по алфавиту компонентов. Это влечёт иерархическое группирование составов, что при работе с программой не требует от исследователя никаких «классификационных» усилий. Таким образом, при наличии достаточно большой базы составов, идентификация объектов с одинаковыми и сходными составами, а также выявление новых объектов, становится рутинным делом.

Но, пожалуй самое значимое заключается в том, что используя ранговые формулы как универсальное обозначение – код – химических составов  и опираясь на Периодическую систему ЭЛЕМЕНТОВ как алфавит, можно создать Иерархическую Периодическую систему СОСТАВОВ (Петров Т.Г. Иерархическая периодическая система химических составов и ее связь с периодической системой элементов. Вестник С.-Петерб. у-та Сер. 7. 2009. Вып. 2. С.21-28) Такая система объединит в единой последовательности все без исключения вещества, молекулы, кристаллы и их смеси, известные, возможные и невозможные (пока, может быть, – а потом позовёт к их синтезу).

Упорядочение составов по перечням элементов позволило (кстати, вручную) создать первую алфавитную систематику всех известных на 2009 год минералов, что обеспечивает быстрый поиск минералов или их узких групп по их химическим формулам2. А по совсем другому – числовому алфавиту метод позволил создать первый  каталог возрастных распределений населения стран мира. В этом каталоге, где в начале таблицы было большое число строк с одинаковыми ранговыми формулами, были уточнения положения строк в виде двух числовых характеризаций (количественных характеристик) при одинаковых “словах”, но об этом дальше. Подобные каталоги были созданы для химических, а также минеральных составов горных пород, отдельных минералов, метеоритов и объектов, очень далёких и от химии, и от возрастов – типографских шрифтов (Е.Т. Петрова, Т.Г. Петров, С.В.Чебанов, С.В.Мошкин  2019).

Можно задаться вопросом, зачем создавать единый каталог, когда каждый занимается своим кругом объектов,  и, например, специалисту по минералам золы теплоэлектростанций совершенно не нужны метеориты или состав речного песка. Узкому специалисту ‒ не нужны.

Такой каталог нужен экологам. Они, наверное, наиболее глубоко понимают  взаимную связность всех сред жизни на планете, которая поддерживается ветрами, потоками воды на суше и в океанах и усиливается ростом вмешательства в природу при добыче полезных ископаемых, строительстве любых видов, ускорении подвижности средств транспорта. Истирание при трении любых видов, взрывы, измельчение  с любыми целями, и независимо от них,  способствуют переносу веществ и смешению продуктов промышленности, жизнедеятельности и веществ природы. С другой стороны, происходящее обеднение разнообразия природных продуктов разделения ‒ месторождений  ‒ приближает время  исчерпания природных ресурсов и обращения к переработке бывших отходов. И усиления интереса к проблемам связи здоровья населения и состояния среды обитания. Лет 8-10 (?) назад была опубликована работа о химическом составе крови человека (на большой список элементов)  крупных городов страны. (Сожалею – не сохранил. Сообщите, кто узнает.) А это ‒ к возможности помощи врачам в диагностике заболеваний.

Такой каталог  нужен геологам для  выявления сходных месторождений, зон оруденения,  аналогичных горных пород, минералов, для углублённых исследований процессов эволюции химических составов в доступных частях земной коры, при поиске полезных ископаемых и для разработки надёжных критериев извержений вулканов по составам газов и вод. Включение в такой каталог собраний материалов по составам метеоритов и космической пыли поможет в  решении проблем планетологии.

Такой каталог нужен специалистам по космосу для систематизации сведений о составах космических объектов.

Информационно-энтропийные диаграммы, сопровождающих каталог, будут серьёзным подспорьем при  решении задач реконструкции и прогноза процессов эволюции составов объектов.

 Поэтому надо начать собирать и систематизировать данные обо всем химическом разнообразии всего оставшегося природного и всего накапливающегося содеянного. Заново анализировать всё имеющееся, имея в виду, что вековое пренебрежение “летучими” компонентами со стороны литологии и петрологии как  ведущих разделов геологии,   обесценило колоссальные массивы информации, полученные в прошлом веке, имея ввиду, что анализы ограничивались тем же классическим набором оксидов, достаточных лишь для называния породы, а эти названия менялись и забывались.

О составах ещё немного, но важное:

Любые составы это результаты процессов. Конкретные составы ‒ лишь зафиксированные следы непрерывных, кроме актов возникновения новых фаз, изменений соотношений компонентов.

Нормированный к 100 или 1 состав ‒ это мало приятная при работе вещь. Среднее арифметическое состава как средство его сжатия бессмысленно ‒ для всех анализов одинаковой длины эта величина постоянная. Изменение содержания одного-единственного элемента изменяет содержания всех остальных. Когда одни растут, другие, связанные нормировкой, уменьшаются. Возникает вопрос ‒ о каком ОБЩЕМ направлении изменения состава может идти речь. В геологии это далеко не всегда очевидно.

Ответ:

речь идёт о двух тенденциях движения к двум тупикам в процессах изменения любого состава, к которым ведут два генеральных процесса. Эти процессы ‒ разделение и смешение. Процессы разделения вездесущи: на зерно и отруби, руду и “пустую” породу, христиан и магометан, песок и ил,  изотопы одно и другие, на воду чистую и примеси; разделение властей, труда, денег, медицинских услуг, а в школьном классе ‒ на умников и тупиц (осторожно, – среди последних, пусть изредка, подрастают, но пока дерутся гении). Может быть, наиболее хорошо изученный процесс, идущий в природе и в технике ‒ кристаллизация. Его продукты: лёд, алмаз, сахар, гранит и все другие “камни”, в том числе почечные, кости… . Разделение может идти, наверное, по любым (?!) признакам, как фундаментальный процесс возникновения и нарастания различий в составах всего. Наша планета  – результат разделения вещества по плотности на литосферу, гидросферу и атмосферу. Важнейший физико-химический результат этого процесса в глубинах Земли ‒ формирование из первичной жидкой магмы минимум двух разных составов: кумулатов как скоплений  образовавшихся в магме кристаллов и магматов как жидкостей, отдавших часть вещества на формирование кристаллов. Эти составы разделяются в пространстве по плотностям.

При разделении состава на два различных проявляется тенденция изменения состава по крайней мере одного из них к максимальной простоте (минимальной сложности ‒ энтропии), то есть к чистейшему состоянию “простого вещества” ‒ химического элемента. Состоянию, никогда не достигающего идеала, а именно – ни одного постороннего атома на моль элемента, то есть на 1023 атомов.

Общей теории разделения не видно, при том, что только среди технологий известны более ста конкретных способов разделения…

Также часто (не всё чаще ли ‒ сейчас?) протекают процессы, противоположные процессам разделения ‒ процессы смешения, протекающие при деятельности человека и природных явлениях: загрязнение ВСЕГО окружающего, приготовление бетона, краски, взрыв бомбы, обвал, сель, падение метеорита, половодье, цунами, торнадо, внесение удобрений, полив цветов, сильное землетрясение, сход лавины в горах, растворение сахара в чае и добавление молока в кофе…

При всех процессах смешения возникают составы, которые сложнее, по крайней мере одного из двух смешивавшихся компонентов.

Сама жизнь ‒ единство процессов разделения и смешения. Существует известное смешение компонентов на входе в организм, а ‒ результаты процессов  разделения компонентов пищи: “усвоенное” и “отходы”. Дыхание ‒ процесс поглощения нами смеси газов с вездесущей пылью, и разделение с механизмом отбора из этой смеси необходимого организму кислорода с выносом остатков, обогащенных углекислым газом и парами воды. При этом в лёгких одновременно идёт разделение пыли по растворимости частиц и выведение их компонентов из лёгких в кровь и в мокроту.

При возрастании энергии движение усиливается до развала всех структур, перемешивание возрастает вплоть до полной хаотизации компонентов контактирующих систем и объединения их составов.

При снижении энергии движение затормаживается, возникают сильные и более слабые связи между компонентами, ‒  формируются структуры. Разделение поликомпонентных систем, при сохраняющихся условиях, продолжается вплоть до прекращения изменений составов. Но это ещё не всё. Для разделения важен не только достаточный уровень энергии для подвижности компонентов, но и скорость её снижения. При медленном процессе, в частности, кристаллизации из растворов ‒ сложных жидкостей, разделение идёт более совершенно, эффективно. Кристалл растёт более чистым. При особо большой скорости охлаждения жидкости разделение может вообще может не происходить. Смесь  переходит стеклообразное состояние. Даже у металлов, которые упорно сопротивлялись этому насилию со стороны экспериментаторов.

Итак. Ценность подобного описания процессов с помощью описываемого языка-метода заключается в двух новых возможностях. Первая ‒ возможность сжатия серии составов в формате таблицы и получения серии точек на диаграмме.  Вторая ‒ в сведении  на одну диаграмму образов изменения составов при любых процессах, что позволяет искать причины общности картин как возможных следствий общности механизмов процессов. А это уже эвристика ‒ реальная помощь в научной работе.

Информационный язык RHA и метод на его основе возникли:

как реакция на информационный взрыв 50-60-х годов прошлого века, захвативший, среди прочих отраслей знания, профессию автора ‒ геологию, а) с её необозримой химической и фазовой аналитикой горных пород и минералов, руд, вод, газов, б) с множественными частными классификациями и попытками создать общую систему для горных пород, (но не включать в неё составы компонентов горных пород ‒ минералов, а они крайние члены разделения многих пород), что продолжается по сей день; в) с исходным традиционным расчленением всего знания о веществе на области с разной химической, фазовой и генетической природой вещества и его использования, при том, что всё существующее, как показано выше, есть временное состояние в непрерывно идущих процессах смешения и разделения, г) с декларативным назначением круглых чисел 5-10-20-50%% содержаний компонентов, как границ между названиями разновидностей минералов и горных пород, что переводит восприятие геологии из числа естественных наук, в перечень технологий; д) с изменением классификаций, что влечёт изменение терминологии, с которой связана химическая аналитика реальных объектов. Так, в давних публикациях анализы остаются, со своими уже забытыми названиями, и утрачивается возможность их осознания и включения в научный оборот (в частности, так произошло с несколькими тысячами анализов неназванных минералов). Они ждут своего места в системе RHA.

Цели публикации метода и средства его реализации ‒ программы:

ознакомить с языком-методом RHA3, предназначенным для содержательного качественно-количественного кодирования составов объектов любой природы; дать средство систематизации составов в химическом универсуме и конкретных областях знания; предложить канал связи между разными отраслями знаний, использующих химические составы атмо-гидро-лито-био-мед-техносфер и Космоса; и ширеспособствовать облегчению освоения знаний о формировании составов разных поликомпонентных объектов, имея в виду, что существуют глубокие аналогии между изменениями количественных соотношений между компонентами при процессах, идущих в системах с резко различным материальным воплощением, но сходных по уровням энергетической насыщенности, сложностям составов, по скоростям изменений, имея в виду также, что фундаментальные процессы смешения и разделения идут везде, где есть разнообразие компонентов, достаточно энергии для их движения и существует свобода их ухода-прихода в изучаемую систему.

Суть языка-метода и кода RnEnAnTnEAT

ПРИМЕЧАНИЕ. Символ H, обозначавший энтропию по К. Шеннону, сохранён  в названии метода, однако, в программе Petros 3 и её описании  H заменёно  на символ E для ухода от совпадения с символом водорода и для совпадения с первой буквой в слове Entropy.

Сжатие информации о полном анализе состава длиною N компонентов с частотами-вероятностями долями pi при условии ∑pi=1, или усечённом до длины n (nN) для сравнимости характеризаций (количественных характеристик) EAT. Представление состава в виде кода RnEnAnTnEAT как совокупности интегральных полуколичественной (R) и количественных (EAT) характеризаций состава, а именно: ранговой формулы состава Rn – последовательности компонентов, соответствующей невозрастающей последовательности их содержаний при сокращённой для сопоставимости EAT длине n;

En= -∑pilnpi,

‒ информационная энтропия К.Шеннона как мера равномерности распределения (сложности) при длине анализа n;

An=-1/n∑lnpi-lnn

анэнтропия как мера неравномерности распределения (простоты) при тех же условиях;

Tn = ln[1/n∑(1/pi)]-lnn

– толерантность, как мера высокой неравномерности распределения при тех же условиях; ‒E,A,T – те же параметры при полной длине анализа (N). Анэнтропия и толерантность введены автором.

(Код REAT аналогичен слову естественного языка, где буквы которого ‒ символы компонентов, R ‒ корень, а числа ‒EAT ‒ аналоги суффиксов и окончаний.)

Итак и предварительно, обобщая и обещая: в области составистики методом RHA работа возможна:

  • с любыми компонентами: дискретными и дискретизируемыми;
  • с одно и двупараметрическими;
  • с любыми мерами интенсивности, частот встречаемости, напряженности, величины… компонента;
  • от минимальных до максимальных значений содержаний;
  • при табличном и диаграммном представлении материалов;
  • при алфавитном и авторском упорядочении баз данных;
  • с контролем близости точек на диаграмме прямыми расчётами расстояний разных видов.

ЧТО ДАЛЬШЕ?

Перечисленное работает.  При этом “существует отсутствие” серьёзного математического осознание сделанного. Автор языка-метода не математик, –  не отягощённый знанием всех богатств, выработанных математическим человечеством, он просто искал способы решения конкретных задач геологов, Он знал о традициях их  решения в петрографии и минералогии. Он счёл их тупиковыми, и у него не было знаний для  выбора из уже  имевшихся математических решений интересующих его задач. (Так идти –  очень рискованно. Будьте осторожны – могут и будут бить, как и было…)

Ричард Фейнман в своих десятитомных лекциях по физике (в не отмеченном мной месте) коротко рассказал, как возникает  новый раздел математики. Прочитано давно, передаю не точно, но, на мой взгляд, главное.

Кто-то что-то научивается считать. Приходят математики. Они разбираются в том, что сделано, наводит порядок, формулируют и доказывают теоремы, прокладывают логические дорожки,  расставляют указатели, связывают с тем, что было уже известно.  И ВСЁ.

До сих пор таких математиков не нашлось. Имея тесный контакт с одним из них, я узнал, что а) логарифмы в математике не в моде; б) у геологов всё слишком неопределённо; в) математики (хорошие) на вес золота, если бы у тебя оно было, могла бы идти речь.

Первый, узнавший об этом, тогда ещё кандидат наук, проработав с месяц, сказал, что задача не имеет определённого решения. Второй профессор – заведующий кафедрой – пообещал дать дипломную работу, но о результате не сообщил. Третий -доцент той же кафедры – попросил пять минут, потом заторопился домой, пообещав позвонить, – не дождались.  Четвёртый (сотрудник РАН), посмотрев на график НА, сказал, что этот вопрос в математике не разработан. Пятый – один из ведущих алгебраистов страны, не удостоил меня ответом на письма, посланные на три его ЕМ- адреса. Одно обращение в Research Gate к миру дало ответ, но в тупик, второе недавнее  привело к возможностям решений в интервалах Pi непомерно малых по сравнению с требующимися на практике. (Недавно прочли с женой  “Один на льдине” Михаила Веллера, у нас с ним похожая  статистика: он стучался два года в двести издательств, а автор  50 лет обратился  всего-то семь раз, но, сколько в RG познакомились с вопросом – неизвестно.  Надеюсь, что много…)

В то же – длительное  – время (50 лет) накопилось несколько вполне ясных задач, имеющих практический интерес. Семь задач, возникли на стадии написания книги Т.Г.Петров, О.И. Фарафонова Информационно-компонентный анализ. Метод RHA. 2005 (стр. 162) (последнюю из них стоит убрать как не корректно сформулированную).

Существует ещё вопрос, важный для генетической интерпретации серий составов природных объектов. Может ли один однонаправленный процесс изменения состава иметь два максимума на диаграмме НА?

Есть ещё, но пока хватит.

НО, достаточно об истории! Метод работает. Программа существует и доступна.

Программа Petros 3 предлагается на безвозмездной основе всем желающим

для работы и

как идейный зародыш для дальнейшего развития

Описание программы находится на странице Программа Petros 3

Возможности появились,

                                  можно развивать потребности!

______________________________________________________________

1 Петров Т.Г. Обоснование варианта общей классификации геохимических систем. // Вестник ЛГУ.- N18.- 1971. С.30-38;

2 Петров Т.Г., Краснова Н.И. R-словарь-каталог химических составов минералов. СПб, «Наука», 2010, 150 с. Грант РФФИ № 09 – 05 – 07070д.;

(Отклик: Булах А.Г., Золотарёв А.А., Кривовичев В.Г. Структура, изоморфизм, формулы, классификация минералов. СПб: Изд. СПбГУ, 2014, 132с.)

3 Петров Т.Г. Информационный язык для описания составов многокомпонентных объектов. //Научно-техническая информация. Сер 2. 2001, №3, с 8-18http://lamb.viniti.ru/sid2/sid2free?sid2=J10496715

На главную

Блог Томаса Георгиевича Петрова

 

Добавить комментарий