вторник, 28 января 2020 г.

Государство и наука

Фундаментальная наука, как и большая часть прикладной, в России делается в государственных научных организациях — университетах и НИИ. Об особенностях развития науки в нашем богоспасаемом отечестве пойдёт речь в этом посте. Будет изложен основополагающий принцип, и от него протянуты нити к заботам простых научных сотрудников. Но сначала — небольшая иллюстрация.

Вид на Зимнюю канавку. Автор: Александр Петросян (источник)

Почему так красива застройка центра Петербурга? По совокупности трёх причин.

  1. Петербург с начала XVIII в. застраивался по генеральному плану.
  2. В течение двух веков здания, которые было недостаточно красивыми, сносились и на их месте строились новые.
  3. С 1920-х гг. исторические здания сносить запрещено.

Аналогично застройке центра Петербурга, на пульте управления государственной наукой в России сейчас включена кнопка номер три. В ситуации, когда планирование слабое, а механизм положительного отбора не работает, актуальна консервация. И если этот подход неплохо работает для зданий, то для научных организаций он влечёт своеобразные последствия, которые мы сейчас и разберём.

Консервация

Итак, основополагающий принцип: все научные организации, существующие сегодня, должны существовать завтра. Их состояние имеет меньшее значение, чем факт их существования. Как и с исторической застройкой: фасад может осыпаться, перекрытия могут прогнить, но здание должно стоять.

Механизмы соблюдения этого основополагающего принципа стабильности в России отлажены и работают безупречно. Что и неудивительно: государство, не могущее поддерживать стабильность, за много веков успело бы исчезнуть и уступить место другому.

Допускается номинальное разделение и объединение организаций, но оно по сути ничего ничего не меняет. Научные ставки, бывшие в присоединяемой организации, переносятся в ту, к которой её присоединили.

Возникновение новых организаций не воспрещается, но происходит редко и всегда по инициативе сверху. Инициативы снизу, имеющие своей целью создание чего-то нового, блокируются многими уровнями бюрократии. Что тоже неудивительно: если всем позволить создавать новые вещи, то для их последующей консервации не хватит ресурсов.

Из закона сохранения организаций вытекает закон сохранения единожды созданных научных направлений. Его невозможно перебить никакой инициативой — ни сверху, ни снизу. Проще всего рассмотреть действие этого закона на примере гипотетического министра, который вознамерился уничтожить сложившееся научное направление. Что он может предпринять?

  • Закрыть институт, уволив тем самым всех сотрудников? Сотрудники поднимут вой в прессе о том, как власти предержащие убивают последнее, оставшееся от отечественной науки. Вой дойдёт до верхов. Верхи намекнут, что надо быть поаккуратнее, и закрытие отменят.

  • Поставить директором лояльного человека и закрыть направление внутри института, уволив половину сотрудников? ТК РФ не позволит уволить никого без веского основания. А ещё есть профсоюзы. В «лучшем» случае — возникнет многолетняя окопная война внутри института, как сейчас происходит в ГАО РАН. Война, в редких случаях, может закончиться, но никогда не может закончиться победой одной из сторон.

  • Закрыть направление внутри института, переведя сотрудников на другие темы? Кто-то переведётся, а остальные не захотят или не смогут ничего изменить и продолжат работать над своей темой.

  • Сократить несогласным зарплаты до минимально допустимых по закону? Это можно, и это приведёт к упадку атакуемого научного направления, но никогда не приведёт к его исчезновению. Если какие-то сотрудники не выдержат пытку и уволятся, на их место придут другие, готовые работать за гроши. А ещё есть гранты.

  • Объединить институт с другим и растворить его направления в других? Объединить можно, но фактически это мало что изменит. Люди продолжат работать, как всегда работали. Даже спустя десятилетия после объединения институтов не произойдёт объединения коллективов, изначально работавших над разными темами.

  • Подождать, пока немодное и потерявшее прикладной смысл направление угаснет само собой? Это никогда не случится. Когда-то бывшее модным направление продолжит жить благодаря тому, что остались увлечённые им люди. Эти люди будут набирать себе учеников. Какие-то да найдутся. Со временем возникнет новое приложение, хотя бы и маленькое, или возобновится старое.

    Характерен пример морской навигации. С появлением средств спутниковой навигации наука определения положения судна по наблюдениям Солнца, Луны, планет и звёзд, казалось, должна была сойти на нет. В США это и происходило — до тех пор, пока не оказалось, что штурманы, способные делать свою работу без GPS, практически исчезли. А это означает, что США не готовы к войне, в которой противник собьёт или заглушит навигационные спутники. Поднялся шум, и классическое образование штурманов восстановили. В России происходило то же самое, с задержкой по времени. В настоящее время выпуск вспомогательных справочников — Ежегодников — продолжается; более того, появилось новое приложение: создание компьютерных программ, анализирующих фотоснимки неба на корабле и выполняющих задачу определения положения для штурмана.

Борьба

В режиме консервации государственная машина науки наиболее обильно производит тонны всевозможных бумаг и требует от подведомственных организаций отвечать ей взаимностью. Многие считают излишнюю бюрократию не имеющей смысла, и это ошибочное мнение. Смысл производства макулатуры заключается в том, чтобы что-то делать, ничего не делая. Как раз это и нужно — пока не пришло время что-то делать по-настоящему.

Многих, однако, такое положение дел по разным причинам не устраивает. Одни несогласные придают наибольшее значение событиям в науке, которые произойдут в течение их собственной жизни и по их собственной воле. Другие переживают о том, что Россия отстаёт в научном развитии от иностранных государств. В конце концов, образовательные программы рассчитаны на людей, в которых есть творческий интерес — и выпускники, оный интерес не потерявшие и при этом не уехавшие из страны, устраиваются работать в государственные научные организации. Потому что других нет.

Теперь рассмотрим руководителя, находящегося в точке столкновения противоборствующих стихий — воды бюрократии и огня научной мысли. Вода льётся сверху, огонь... ну, вы поняли. Встречаются руководители, подчиняющиеся воде и работающие в режиме «приказы вниз, отчёты наверх» — по лености или, наоборот, активно, в целях продвижения собственной карьеры. К счастью, таких личностей меньшинство. Остальные берегут вверенных им сотрудников и вечно лавируют в поиске компромисса между прихотями чиновников и потребностями достижения научных целей. Руководитель находится на положении князя под игом Золотой Орды. Спорить с ханом нельзя, навлечь гнев хана нельзя, не выплачивать дань нельзя, отвергнуть милость хана немыслимо. Можно лишь, умело пользуясь выданным ханом ярлыком, не допускать превращения княжества в Орду.

Общие принципы принятия решений в государственных научных организациях следующие:

  • Если предлагают деньги, надо брать. Отказываться от денег недопустимо, потому что в следующий раз не предложат.
  • Если требуют работать, надо выполнить работу в минимально возможном объёме. Нередко этот минимально возможный объём близок к нулю, см. ниже.
  • Внутренние дела организации, такие как занятость работников и структура выплат, скрываются с не меньшим тщанием, чем скрывалось устройство сицилийской мафии. Юридически в отдельных аспектах требуется прозрачность; она формально обеспечивается, но за ней скрывается второе дно.
  • Любые попытки государства вмешаться во внутренние дела организации встречают твердокаменное сопротивление на фоне полного подчинения на словах.

Численность внутренней армии, отражающей вмешательство государства, повышается с размерами организации, и, соответственно, с объёмом финансирования. В минимальном варианте можно обойтись канцелярией во главе с учёным секретарём. Это позволит соблюдать базовый уровень отчётности — конечно, не без помощи рядовых сотрудников. (Бухгалтерию, отдел кадров и пр. не считаем, поскольку они есть в любой организации вообще, а нам интересна государственно-научная специфика). Далее, если организация в рамках прикладных исследований выполняет опытно-конструкторские работы (ОКР), то для рутинного оформления проектной документации появляется нормоконтроль. Если в организации создаются оригинальные объекты интеллектуальной собственности (изобретения, программы, базы данных), то рано или поздно возникают патентный и юридический отделы. И, само собой, для хранения документации нужен архив в отдельном помещении с железной дверью. Для воспроизводства научных кадров появляется диссертационный совет и отдел аспирантуры. Для облегчения публикационной ноши аспирантов, да и обычных сотрудников, в организации заводится свой журнал и, соответственно, издательский отдел. При работе с военными появляется военпред. При работе с секретными документами — Первый отдел (филиал ФСБ в научной организации). И так далее. Отделы растут в размере и в количестве. Их сотрудники добросовестно работают с девяти до шести пять дней в неделю, обслуживая интересы организации как части государственной машины. Научные сотрудники, глядя на всё это, морщат нос и считают себя самыми главными, а всех остальных — своей обслугой, и они неправы, потому что, как уже говорилось, их картина мира неадекватна происходящему в России.

Вмешательства в научные дела со стороны государства не происходит, не считая редкого принуждения к пиар-акциям военно-политического толка. Например: российской армии нужен ГЛОНАСС — российская наука работает на ГЛОНАСС — российские астрометристы участвуют в обслуживании наземного сегмента ГЛОНАСС. Россия дружит с Кубой — российская наука дружит с кубинской наукой — российские астрономы строят обсерваторию на Кубе. Россия дружит с Китаем — китайские строители строят радиообсерваторию в России.

Принуждение достаточно мягкое, в форме выделения финансирования под соответствующие цели. Теоретически можно в них не участвовать, но принцип неотказа от денег (см. выше) это перечёркивает.

Тем не менее, прямой вред науке, наносимый этими инициативами, минимален. В конце концов, Эйнштейн опубликовал свои труды по Специальной теории относительности, работая в патентном бюро, а Кеплер, изобретая оптику и открывая законы движения планет, подрабатывал составлением гороскопов. Что касается международного сотрудничества, то однозначным благом для любой области науки является возможность сотрудничества с США и, в редких случаях, с Европой. К счастью, пути сотрудничества с США в данный момент не перекрыты. В этом смысле Россия более удачлива, чем Китай, которому США не разрешают сотрудничать с собой в области астрономии и освоения космоса. Двери европейской науки для России и вовсе широко распахнуты и вряд ли закроются в ближайшие 50-100 лет.

Помогательство

Российские граждане должны видеть, что государство заботится об отечественной науке. Эта потребность реализуется пиар-акциями более суровыми, чем акции военно-политические, о которых сказано выше. Как бы ни была на первый взгляд привлекательна очередная новая инициатива, она часто сводится к вмешательству в сложившийся порядок дел. Объекты инициативы быстро адаптируются и нейтрализуют её увеличенным количеством макулатуры. Приведём несколько примеров.

Омоложение руководящего состава

В 2014 г. был издан закон, по которому возраст директора института или его заместителя ограничивается сверху 65 годами. Денежной компенсации за исполнение закона не предлагалось. Подразумевалось, что с омоложением руководителей и сами институты войдут в период творческого расцвета. В действительности это не произошло и не могло произойти. Сам принцип отбора прежде по возрасту, чем по профессиональным качествам, более чем спорен. Кроме того, из науки в России произошёл отток молодых кадров в 1990-е. Сейчас в институтах примерно поровну молодёжи и пожилых людей, и по пальцам можно пересчитать таких, которым по 40-50, что есть самый подходящий для начинающего руководителя возраст.

Буква нового закона была соблюдена, по факту же он был проигнорирован — не потому, что он не помогает науке (хотя он не помогает), а потому, что он вмешивается в сложившуюся в организации структуру управления. Для бывших директоров институтов, за редкими исключениями, была заведена должность научного руководителя. Для бывших заместителей тоже были придуманы какие-то должности. Дерево субординации удлинилось, разветвилось и местами запуталось; расцвета не произошло. Тем временем организации сообща ведут тихую работу по продавливанию исключений из нового закона, с той конечной целью, чтобы каждый руководитель и каждый его заместитель рано или поздно попали под какое-нибудь исключение.

Кратко: не дали денег, попытались вмешаться в структуру управления → провал.

Увеличение зарплат научным работникам и преподавателям в вузах

В 2012 г. правительству было поручено сделать так, чтобы средняя зарплата научных сотрудников и преподавателей вузов достигла к 2018 г. удвоенной средней зарплаты по региону. Государственное финансирование организаций, в которых эти сотрудники работают, не увеличилось (во всяком случае, после 2014 г.); осталось два очевидных выхода — изыскивать дополнительное финансирование (включая частное) или сокращать знаменатель формулы, т. е. количество сотрудников. В обоих сценариях можно усмотреть какие-то положительные черты, но поиск дополнительного финансирования требует усилий, а сокращение штата идёт вразрез с традициями и политически недопустимо (также см. выше о ТК РФ и профсоюзах). Большая часть институтов выбрала неочевидный выход в виде сокращения ставок при сохранении зарплат: если вместо 1 человека станет 0.25 человека при той же зарплате, значит зарплата вырастет в 4 раза. В вузах сделали то же самое, либо пошли на другой трюк: ввели должность под названием «тьютор», не входившую в формулу средней зарплаты, и часть преподавателей сделали «тьюторами» при фактическом сохранении обязанностей. Тем временем, постепенно всем становится ясно, что истинный уровень зарплат не повышается в подавляющем большинстве научных организаций, что позволяет им сообща исподтишка формировать дискурс, в котором вина за неповышение зарплат возлагается на правительство.

Кратко: не дали денег, фактически потребовали сокращения штата или поиска новых источников дохода → провал.

Увеличение количества публикаций в рейтинговых журналах

В том же 2012 г. перед правительством была поставлена ещё более амбициозная цель: сделать так, чтобы к 2020 г. не менее пяти российских вузов вошли в верхнюю сотню международного рейтинга.

Один из компонентов этого рейтинга — публикационная активность сотрудников вуза. Поскольку речь о международных рейтингах, то правительство разработало программу увеличения количества статей с российскими аффилиациями в индексируемых зарубежных журналах и выделило под эту программу финансирование.

В реальной научной деятельности публикации являются следствием работы увлечённых людей над интересными задачами и их, людей, желания поделиться своими находками с миром. См. пример сайтов ArXiV и MathOverflow, на которых наука прямо-таки бурлит без всяких официальных публикаций и рейтингов. А ещё есть конференции и личные контакты. В тигле общения и экспериментов из неиндексируемой руды идей выплавляется научный результат и за ним следует статья. Приравнивать научную деятельность к публикациям — значит ставить телегу впереди лошади. Вытягивание публикационной активности не обязательно должно привести к повышению активности научной. Тем более за восьмилетний срок.

И не привело. Финансирование вузы освоили с большим рвением, выполнение же поставленной задачи организовали по стандартной схеме: увеличением объёма макулатуры, в роли которой в данном случае выступили те самые индексируемые статьи. Возник новый рынок, товаром на котором являются публикации в журналах, входящих в системы цитирования SCOPUS и Web of Science. Эти системы обслуживаются зарубежными коммерческими организациями. В итоге немалая часть целевого финансирования осела на счетах этих организаций, а также на счетах российских и зарубежных интеграторов-посредников, организующих публикацию «под ключ». Особенной неразборчивостью в средствах заработка отличается SCOPUS, куда за деньги может попасть фактически любой новый журнал, и начать публиковать статьи на любые темы без рецензии. Через два года, когда «мусорность» журнала становится чересчур очевидна, его всё же исключают из индекса, после чего хозяева исключённого журнала открывают ещё один, и всё повторяется.

Предложение помощи в публикации статей

Не меньший бум возник на внутреннем рынке авторства статей. Этот вид бизнеса давно существовал, обслуживая интересы будущих кандидатов наук, и благодаря новой инициативе правительства усилился. Соавторство в статьях сейчас является товаром. В том числе в приличных статьях в приличных журналах, с тем отличием, что рыночные механизмы в этом случае более тонкие. Наличествует и продажа самих авторов: организации, не набирающие нужных показателей силами своих сотрудников, могут нанимать на работу совместителей из других организаций, лишь только за то, чтобы те вписывали в свои статьи на одну аффилиацию больше.

Тем временем международные рейтинги вузов динамически адаптировались к увеличенному количеству мусорных статей, больших коллективов авторов и артелей самоцитирования. Настройки учёта статей в рейтинге были изменены — не говоря уже о том, что статьи изначально не являлись единственной или определяющей составляющей рейтинга. В итоге ни один из 21 вуза, получившего целевое финансирование, не вошёл в топ-100. Показателен пример Казанского федерального университета, который, увлёкшись публикациями в «мусорных» изданиях, ещё и опустился в рейтинге, т. е. уронил репутацию во всех смыслах. Единственным российским вузом из топ-100 был и остаётся МГУ, который целевое финансирование не получал. Хороший материал по теме приведён в статье «Ведомостей» от 8 сентября 2019 г.

Похожая история в последние годы развернулась в академических институтах, которые, хоть в международных рейтингах и не участвуют, но тоже попали под ряд инициатив ФАНО (а сейчас — Минобрнауки), нацеленных на повышение «эффективности» институтов, выраженной в количестве индексируемых публикаций. Ещё одним слагаемым этой «эффективности» было количество патентов, что привело к появлению массы патентов, представляющих собой не изобретения, а научные идеи, к тому же изложенные в форме, непригодной для чтения.

Кратко: дали денег, не вмешивались в дела, но поставили недостижимые цели → провал.

Борьба с коррупцией

Выполнение научно-исследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских (ОКР) по государственному заказу подчиняется общему закону 94-ФЗ о госзакупках. С учётом сумм, выделяемых государством на науку, смешно говорить о сколько-нибудь заметной коррупции, но закон есть закон.

По 94-ФЗ вся цепочка расходов от федерального агентства к его головному институту, от него к дочерним и сторонним, и от них к частным фирмам, должна осуществляться на конкурентной основе с чётко заданными критериями выбора поставщиков/подрядчиков. (Частные фирмы далее по цепочке могут выбирать как угодно, на них закон не распространяется.)

Вспомним о том, что организации-исполнители научных работ десятилетиями одни и те же. Связи между ними также не имеют тенденции образовывать новый узор с каждым новым госзаказом. Организации, давно настроенные на совместную работу, повторяют её по одному и тому же сценарию из года в год. Аналогично с поставщиками оборудования: у каждой организации есть предпочитаемые поставщики, к которым она обращается годами. Поставщик, не желая потерять расположение клиента, работает честно, быстро и идёт навстречу в сложных ситуациях. (Начиная с необходимости соблюдения 94-ФЗ, которая сама по себе является сложной ситуацией, и далеко не все поставщики готовы работать с государственными организациями по этой причине.) Знакомый поставщик может брать дороже других, зато все спокойны за результат.

Получается, что государство заставляет организации менять партнёров, а организации этого не хотят. Возникает всеобщий сговор по формальному соблюдению закона. Соблюсти его можно двумя способами: объявить конкурс или запросить котировки. При запросе котировок сценарий зависит от масштаба. При выполнении НИР организации договариваются между собой. НИИ А выдаёт коммерческое предложение (КП) на выполнение НИР X с ценой выше, чем НИИ Б, который на эту работу претендует. Сам НИИ А претендует на НИР Y, на который НИИ Б даёт КП с ценой выше, чем А. С заказами меньших масштабов, при закупке оборудования, сама фирма-поставщик может завести себе псевдоконкурентов, которые выдают КП на бо́льшие суммы. Человекочасы, потраченные на работу по соблюдению антикоррупционного закона, организации включают в цену, т. е. государство в итоге оплачивает свою же инициативу по борьбе с коррупцией.

Если запрос котировок невозможен (закон ограничивает эту практику), то приходится объявлять конкурс. При объявлении конкурса на поставку оборудования требования составляются так, чтобы никто, кроме заранее известного победителя, не смог подать на него заявку. В одной закупке объединяются кондиционеры, мониторы, оптические кабели и компиляторы. В наименованиях товаров в закупке идёт беспорядочный набор брендов и характеристик, вкраплены случайные аббревиатуры, перемешаны русский и английский языки. Важные характеристики могут отсутствовать, а ничего не значащие — присутствовать. Всё это как бы говорит конкурентам, что победитель конкурса определён заранее.

Если конкурент всё же примет участие в конкурсе и победит, то конкурс под каким-нибудь благовидным предлогом отменят и затем объявят новый, ужесточив требования. Или не отменят — чтобы обнаружить впоследствии, что победивший поставщик трактовал описания товаров иначе, чем предполагал заказчик, и поставил не то, что действительно нужно. Скажете, что заказчик сам виноват, что дал нечёткое описание? Даже при чётком описании незнакомый поставщик может сэкономить и поставить слегка не то, что просилось, и, несмотря на юридическую правоту заказчика, призывать исполнителя к ответу окажется дороже, чем стерпеть и жить с тем, что дали.

Чтобы закон о госзакупках действительно оправдал своё существование, должны выполниться четыре условия, а именно:

  1. Нашёлся поставщик/подрядчик, отличный от предполагавшегося изначально;
  2. он смог участвовать в борьбе за заказ;
  3. он предложил меньшую цену и выиграл;
  4. он сделал свою работу не хуже, чем ожидалось от изначального кандидата.

Ситуации в научных проектах, когда бы всё это произошло, исчезающе редки.

Кратко: не дали денег, потребовали прозрачности и попытались вмешаться в процесс принятия решений → провал.

Мегагранты

Не все государственные научные инициативы проваливаются. Хорошим примером являются мегагранты, введённые постановлением правительства в 2010 г. Это финансирование, выделяемое под конкретные направления с тем условием, чтобы возглавлять новое направление был приглашён учёный с мировым именем из-за рубежа (при этом не обязательно иностранец; по факту большая часть мегагрантов выданы гражданам России). Реализация новых направлений происходила в виде создания новых лабораторий в различных университетах; финансирование шло через эти университеты. Процедура выбора приглашаемых руководителей была организована так, что приехали одновременно квалифицированные и деятельные люди, готовые искать молодых специалистов на новом месте, организовывать семинары и конференции и писать содержательные статьи в приличные журналы. Бюрократическая нагрузка на новые лаборатории была не очень большой, к тому же были использованы макулатурные ресурсы университетов. Существующие департаменты этих университетов не были затронуты; таким образом, сопротивление среды было минимальным. Приехавшие из-за рубежа грантополучатели, находясь вне паутины теневых договорённостей с местными деятелями науки, смогли сконцентрироваться на своём деле. По итогам программа были признана успешной и продолжается до сих пор, расширившись и на НИИ. Старые мегагранты продлеваются (но не все) и появляются новые.

Кратко: дали денег, поставили достижимые цели, не потребовали модификации существующей системы → успех.

Госзаказы

Оставим тему пиар-акций и вернёмся к рутинным отношениям государства с научными организациями. В основе этих отношений лежит выдача финансирования с целью поддержки организаций на плаву без особой оглядки на научные достижения. После того, как финансирование организации по какой-то научной программе или ОКР заканчивается, должна появиться новая, чтобы поток финансирования не иссякал — и она появляется, иначе нельзя. Поток может ослабнуть, но не иссякнуть. Львиная доля НИР и ОКР заключается в «улучшении», «развитии», «расширении», «переработке», «оптимизации», «модернизации» и «эксплуатации» того, что было сделано раньше. Процесс повторяется из года в год. Некоторые аспекты этого процесса даны далее в разделах.

Консенсус

По общей договорённости, государственные чиновники не обладают (а если обладают — не имеют возможности пользоваться) знаниями, позволяющими им:

  • формировать ТЗ на будущие научные проекты;
  • решать, какие проекты финансировать сейчас, а какие — позже или никогда;
  • выбирать исполнителя;
  • констатировать успех или неуспех выполнения работы.

С другой стороны, полностью во власти чиновников находится контроль трат и управление имуществом.

В таких условиях естественным образом возникла следующая модель жизненного цикла госзаказов:

  • Каждый крупный (головной) исполнитель формирует ТЗ на новую работу с расчётом, что эта работа будет поручена ему. Он может заранее выбрать себе субподрядчиков и обратиться к ним за помощью в формировании отдельных частей ТЗ, а может не обратиться. Формирование ТЗ — ни головного, ни субподрядчиков — не оплачивается. ТЗ составляется с максимально туманными формулировками, с тем, чтобы впоследствии было проще сделанную работу притягивать за уши к ТЗ. Прочая деятельность, от которой зависит получение будущих заказов, также ведётся бесплатно, и порой в колоссальных объёмах.
  • Для определения судьбы проекта госзаказчик собирает комиссию, в которую приглашаются представители всех организаций, исторически имеющих отношение к данной области науки. Плюрализм в комиссии считается явлением неуместным. Если в комиссии произойдёт спор, председатель будет вынужден либо воспользоваться своим положением, чтобы принять чью-то сторону, либо собрать для разрешения спора ещё одну комиссию, более высокого ранга. Споры увеличивают риск того, что финансирование не будет выделено вовсе. Чтобы такого не происходило, члены комиссии договариваются между собой заранее. Непосредственно развитию науки в этих теневых договорённостях уделяется меньшее внимание, чем дележу финансового пирога. Вплоть до того, что часть заказа могут отдать определённому исполнителю не для того, чтобы он выполнил эту часть хорошо, или выполнил вообще, а для того, чтобы он, будучи участником проекта, не смог выступать против него в комиссиях.
  • Всё то же самое происходит при приёмке работы и её отдельных этапов.

Сроки

Жизнь государства подчинена годичным циклам. Государственный бюджет формируется по годам, федеральные целевые программы (ФЦП) формируются на целое число лет. Выполнение НИР и ОКР делится на этапы, соответствующие годам. Соответственно на этапы, т. е. на года, делится при заключении договора финансирование. Между этапами оно может пересматриваться, но пересматривается редко и преимущественно в сторону уменьшения (из-за секвестра финансирования).

Кстати, по причине секвестров организации стараются как можно большую часть средств получить как можно раньше, вне зависимости от истинного распределения объёма работы по этапам. Внимание руководителей к заказу варьируется со временем и находится в линейной зависимости от суммы договора. Ко времени наступления финального, решающего этапа основные выплаты уже прошли и до проекта никому из руководителей нет дела. Именно тогда, когда пора по-настоящему выполнить все предшествующие обещания вида «будет доработано на последующем этапе».

Государственные организации не имеют права распоряжаться средствами иначе, чем предусмотрено годичными циклами. Если средства выделены в 2019 году, хоть в декабре, они должны быть потрачены в 2019 году. Переносить траты на следующий год нельзя. Если средства не будут потрачены в том году, на который они выделены, они исчезнут навсегда. Заметим, что они исчезнут и для заказчика, потому что и он не имеет права перенести средства на следующий год или потратить на что-то другое. В интересах всех участников находится своевременное освоение средств, т. е. успешное, хотя бы на бумаге, завершение работы или её этапа.

Срок сдачи работы зависит от положения исполнителя в цепочке. Головные исполнители сдают работы государству в конце ноября. От своих субподрядчиков они принимают работы в начале ноября, чтобы оставить время на объединение результатов в единое целое. Если и те имеют своих субподрядчиков, они вычитают ещё месяц. Сдача всей документации и защита (доклад с последующей поркой) обычно происходит за две-три недели до формального закрытия договора, с последующей авральной доработкой по результатам порки.

Срок заключения договора не регламентируется, кроме очевидного требования, чтобы договор был заключён раньше, чем работа будет сдана. Хоть на один день. Действует то же правило, что и со сдачей, с обратным знаком: чем дальше исполнитель находится в цепочке субподрядов, тем позже заключается договор. Несложное следствие из этого такое, что формальная продолжительность работы тем меньше, чем дальше исполнитель находится от головного. Нередко приходится начинать работать под залог того, что договор будет заключён и что в ТЗ в последний момент не будут внесены изменения. Торг насчёт ТЗ может идти долго, но не дольше, чем позволяют сроки сдачи. Поскольку обе стороны заинтересованы в сделке (в первую очередь; и лишь во вторую очередь — в самой работе), то торг нередко превращается в игру «кто первым струсит».

Кто бы ни выиграл в этой игре, обеспечив себе лучшие условия, морока впоследствии ждёт всех. Научная работа тесно переплетается (и по времени выполнения, и по кадрам) с оформлением. Нарыв из недосказанностей и «неожиданных» требований ТЗ и договора вскрывается для всех в последний момент, и над его лечением работают все сообща, забыв об иерархии. Отношения заказчика с исполнителем начинают напоминать Стокгольмский синдром. Совместная работа продолжается неформально после сдачи, чтобы не запороть вышестоящую сдачу. В итоге все участники одновременно приходят к финишу, подводя под свои действия мотив совместного благородного порыва в служении отечественной науке и промышленности.

Следует отметить, что эпоха электронного документооборота в нашей стране (во всяком случае, в научной деятельности) пока не наступила. Бумажные отчётные материалы должны существовать и должны соответствовать ГОСТам и частным капризам государственного заказчика (в основном титульные и подписные листы, поскольку дальше редко кто смотрит). Отправка документов должна происходить официальной посылкой, с сопроводительным письмом, исходящим/входящим номерами. Что не отменяет активного обмена электронными документами и сканами подписных листов. В течение двух-трёх дней перед сдачей и в выборочные дни после люди только тем и занимаются, что распечатывают документы, сканируют листы, расшивают документы, заменяют страницы в них и сшивают обратно, рисуют подписи отсутствующих коллег, в общем происходит форменный цирк. На второй сцене в то же время даётся параллельное представление, также не без участия научных сотрудников, посвящённое сбору годовой отчётности о деятельности организации.

Как бы то ни было, к концу года работа закончена, и в январе никто практически ничего не делает, все отходят от прошлогодней гонки. В феврале возобновляется ленивая работа по согласованию договоров и ТЗ (для продолжающихся работ — дополнений к договорам и ТЗ). Весной и в начале лета все вспоминают, что надо заниматься хоть какой-то научной деятельностью и готовят статьи и выступления на конференциях. Июль и август — пора отпусков. Осенью оказывается, что договор по госзаказу, увы, заключён и сдача через два месяца, и возобновляется гонка. Так идут годы.

Непотопляемость

Подчеркнём вещи, сказанные выше: госзаказ должен быть сдан, потому что (а) это в интересах заказчика и исполнителя и (б) в завале госзаказа нет никакого смысла, т. к. картину происходящего эта дисциплинарная мера нисколько не изменит, а нервы потреплет всем.

Если этап работы сделан плохо, его проще принять «с рекомендациями доработки на последующих этапах», чем не принять. Если этап последний — можно адаптивно растянуть работу ещё на несколько этапов; если растяжение невозможно в связи с закрытием линии финансирования (окончание ФЦП, например) — заморозить и доделывать в следующей ФЦП.

В исключительно редких случаях работа может быть провалена. Скажем, в ТЗ сказано, что нужно создать такое-то изделие, и это изделие нужно государству сейчас, и не создано. Что случилось бы после этого в справедливом мире? Штраф, банкротство подрядчика, выкуп активов, поручение работы другому подрядчику. В российской науке это не так. Других подрядчиков на эту работу, как правило, не будет, потому что ТЗ составлялось под конкретного исполнителя. Не сделавший работу исполнитель будет годами доказывать, что виноват был не он, а третьи стороны, сам заказчик или обстоятельства непреодолимой силы. Тем временем выбивая себе параллельно новые госзаказы, включая заказы по той же тематике.

НИР провалить вовсе невозможно, потому что материальных объектов (не считая макетов) в НИР не создаётся. Программно-математические модели и научно-технические отчёты (НТО) можно не сделать, но невозможно не сдать. В ТЗ на НИР нет критериев квалификации сделанной продукции. Любой документ, соответствующий ГОСТу, годится. В том числе документация на программу, состоящую из десяти строк. Или база данных, состоящая из одного файла, к тому же взятого с зарубежного сайта. Или научный отчёт, являющийся копией прошлогоднего с минимальными обновлениями.

Но предположим, что государственный чиновник, или исполнитель ниже по цепочке, пошёл на принцип и решил не принять работу, которая сделана из рук вон плохо. Получится ли у это него? Давайте подумаем.

  • Работа, вероятнее всего, состоит из многих несвязанных между собой фрагментов. Из-за антикоррупционного законодательства государственному заказчику проще заказать одну большую работу, чем несколько поменьше. Это экономит и накладные расходы исполнителей на составление договоров, ведение канцелярии, согласование титульных листов, борьбу с борьбой с коррупцией, командировки и пр. Фактическая близость объединяемых фрагментов в научном смысле не интересует руководителей. Исследования по обеспечению работы ГЛОНАСС под землёй и под водой идут в одной работе с реализацией пульсарных шкал времени. Строительство лунного лазерного дальномера соседствует с созданием национального астрономо-геодезического стандарта.

    По договору работа, как и оплата за неё, делится на этапы по времени, но внутри этапа работы по разным направлениям идут вместе. Можно сдать один этап и не сдать следующий за ним, но невозможно сдать этап частично. Даже в случае безупречного выполнения всех этапов работы, кроме последнего, работа в целом считается невыполненной. Таким образом, добросовестные или удачливые исполнители находятся в заложниках у своих менее добросовестных или менее удачливых коллег, и вместе с ними попадают под раздачу в случае провала, см. следующий пункт.

  • Невыполнение работы по госконтракту — это растрата государственных средств. Когда эта растрата происходит, на сцену выходят люди, далёкие от понимания научных задач, поднимают все юридические и финансовые документы и привлекают действующих лиц к ответственности, вплоть до уголовной. Всё это — безотносительно того, насколько полно и хорошо выполнены отдельные части работы. Каков бы ни был исход, огромные траты времени и сил ждут всех участников — и исполнителя, и заказчика.

  • Если репутационные потери от несданной работы будут заказчику легко прощены, то финансовые — не будут. Финансовая обида нарушит хрупкий баланс теневых договорённостей и взаимозачётов между организациями и их директорами и может разрастись в окопную войну при выполнении других, настоящих и будущих работ.

Вывод из этого следующий. Работу следует принять любой ценой — с рекомендациями по доработке, с переносом сроков и т. д. Если не принять невозможно, то любой ценой следует свалить всю вину на кого-то, кто находится далеко от круга участников. Лучше всего — на другое ведомство. Например, если заказ гражданский, но его как-то касается министерство обороны, то все участники с готовностью обвинят в неуспехе его.

Проблемы простого работника

Всем известно, что сотрудники институтов чином выше завлаба никакой наукой и прикладными задачами не занимаются. У них попросту нет на это времени. У завлабов время есть — не более 25-30%, остальное отнимает бюрократия и околонаучные процессы — разные заседания, совещания, экспертные оценки и пр. В вузах схожая ситуация, с дополнительным фактором в виде преподавательской нагрузки. В результате содержательная часть работы по госзаказу наиболее часто достаётся более молодым сотрудникам, у которых времени побольше, вплоть до студентов. В определённом смысле это удачно, потому что неопытность исполнителя, хоть и может привести к огрехам в содержательной части, не представляет финансовых рисков, см. выше про непотопляемость. А для самого работника будет польза в виде приобретённого опыта. Тем не менее, лучше быть предупреждённым о следующих вещах.

  • Добросовестное отношение к работе в научных организациях отнюдь не является повсеместным. Человек, попавший в научную организацию, рано или поздно замечает, что среди его коллег немало таких, кто годами ничего не делает и прекрасно себя чувствует. К этому факту можно по-разному относиться, но надо понимать, что ничего не делать — это норма, самый безопасный способ работы. Сделав что-то существенное, придётся, во-первых, отвечать за результат впоследствии (а если ничего не делать — то и отвечать ни за что не придётся, что очень удобно). Во вторых, придётся столкнуться с недоумением или даже подозрительным отношением к себе отдельных коллег. Которое, впрочем, становится понятным, если посмотреть на мир их глазами.
  • В случае прикладных и производственных задач профессионализм и вовсе является редкостью. Многие уважаемые люди, профессора, кандидаты и доктора наук, авторы статей и книг, при работе над вещами, которые они не считают значимыми, превращаются в первокурсников. Требуется некоторое усилие, чтобы примирить в своей голове образ состоявшегося учёного с рядом наблюдаемых явлений:

    • НТО, представляющий собой коллекцию фрагментов научных статей, написанных авторами отчёта, и других написанных ими ранее текстов. Работа по согласованию фрагментов, оформлению и адаптации под текущую тему может быть проведена или не проведена.
    • Глава НТО, представляющая собой некачественный перевод англоязычной статьи. Статья-оригинал может быть хорошей или второсортной; во втором случе все глупости из неё сохраняются в переводе. Ссылка на оригинал может (i) присутствовать, (ii) присутствовать, но без явного указания, что из неё заимствована вся глава, (iii) отсутствовать.
    • Иллюстрации к НТО, предствляющие собой экранные снимки, сканы или даже фотографии иллюстраций к зарубежной статье или книге. Без перевода поясняющих подписей на русский. Ссылка на оригинал может присутствовать или отсутствовать.
    • Программа, ни разу не запускавшаяся (и не работающая, конечно) ни на одной машине, кроме машины её автора. Автор мог всю жизнь работать на одной ОС и компилировать программы одним компилятором в одной конфигурации сборки. Помимо привязки к ОС и компилятору, в программу могут быть вбиты абсолютные пути к входным и выходным файлам.
    • Программная документация, содержащая орфографические ошибки и оформленная максимально непригодным для чтения и редактирования образом. О соответствии ГОСТу и речи нет.
  • Невозможно полностью отделаться от работы по оформлению. Градус бюрократического маразма в ней может приводить в уныние.

    Фрагмент оформленного по всем правилам документа. Может показаться, что содержательная часть оставлена за кадром? Нет, увы, он целиком такой.

    Речь не только об НТО и программной документации. Договор требует массы сопроводительной документации. Её количество практически не уменьшается от головного исполнителя к вторым и третьим — потому что соответствующие формулировки договора и ТЗ копируются ниже по цепочке без изменений. Все государственные исполнители должны работать по одинаковой схеме, чиновники за этим следят. Логические соображения не учитываются. Например, субподрядчик, не имеющий военпреда, может быть вынужден работать по военному ГОСТу (вообще говоря, недоступному ему) — исключительно потому, что головной исполнитель работает по военному ГОСТу.

    Приведём для иллюстрации перечень сопроводительной документации, требуемый при работе с Роскосмосом.

    • Технический акт приемки этапа, содержащий перечень всей сделанной работы.
    • Информационная карта (ещё один своеобразный перечень всей сделанной работы).
    • Выписка из протокола внутреннего заседания совета организации, на котором рассматривались результаты работы (в действительности количество людей, готовых собираться ради рассмотрения этих результатов, равно нулю).
    • Акт о разработке (для программы или базы данных).
    • Уведомление о получении результата интеллектуальной деятельности, способного к правовой охране (для будущей регистрации программы или базы данных в федеральном реестре).
    • Реферат (тоже для регистрации).
    • Согласия всех авторов на указание сведений о них (тоже для реестра). Включает паспортные данные авторов.
    • Согласия всех авторов на обработку персональных данных, указанных в предыдущем пункте, во исполнение федерального закона о персональных данных. Эти согласия также включают паспортные данные. Фактически никакой охраны персональных данных не происходит, поскольку в пылу срочной сдачи и постоянной переделки документов все эти согласия в виде сканов путешествуют между организациями по электронной почте и о приватности никто не заботится.
    • Аннотационный отчёт (короткая версия НТО, которая никому не нужна).
    • Перечень созданного имущества (да, бумажные отчёты и компакт-диски с программами — это имущество, оно должно иметь инвентарные номера и храниться на складе).
    • Сохранная расписка (то же самое, что в предыдущем пункте, по другой форме и с упором на хранение на складе).
    • Перечень результатов интеллектуальной деятельности. В него входят и НТО (как «произведения науки»), и программы. То есть то же самое, что и в предыдущих двух пунктах — но на этот раз не как имущество, а как объект интеллектуальной собственности.
    • Сведения о результате научно-технической деятельности (то же самое, что в предыдущих трёх пунктах, по другой форме и неизвестно зачем).
    • «Форма 1» по учёту результатов интеллектуальной деятельности. Ещё одна анкета для ещё одного федерального реестра, но со спецификой применения, а не охраны прав. Требуется для программ и баз данных, но не для НТО.

    Безжалостные проверки чиновников не оставляют права на ошибку в соблюдении формальностей. Придирки и требования перепечатать и переподписать 100-страничный документ могут возникать и из-за одной буквы. Через год после всех мытарств сданные документы могут потребовать переделать задним числом ещё раз по причине того, что нашлись ещё какие-то несоответствия, вроде неверно указанной должности перед чьей-то подписью.

  • При долгой работе неизбежно замечается несовершенство обстановки в научной организации. Это нормально. Хуже, что это несовершенство невозможно исправить никакими инициативами снизу. «Снизу» в данном случае находятся все сотрудники, не входящие в верхнюю десятку руководителей. Мнение этих сотрудников по научным вопросам может цениться. Предложения, не затрагивающие сложившийся порядок вещей, типа «поставить вешалку в прихожую» или «принять на работу студента», могут приниматься. Мнения же по любым другим вопросам игнорируются. Такая схема является закономерным следствием истории развития организации, которая, как и всякий живой организм, подчинена внешним условиям.

Заключение

Наука в России, несмотря на лошадиные дозы формалина, всё ещё жива и развивается — по большей части за счёт терпения и усилий преданных ей (науке или России — выбирайте по своему усмотрению) людей. Для справедливости ещё раз отметим опыт мегагрантов, в котором государство сыграло положительную роль. Кстати, внимательный читатель мог отметить нарушение мегагрантами основополагающего принципа: часть созданных лабораторий перестаёт получать финансирование, вместо них заводятся новые. Это даёт надежду на реализацию положительного отбора. Также вспомним о том, что научное сотрудничество с заграницей не запрещено и ценится с обеих сторон. В 2019 г. попытка ограничить это сотрудничество вызвала такой шквал возмущения в прессе, что Минобрнауки дало задний ход.

Вызывают уважение, граничащее с изумлением, успехи Росатома, который при равных исходных данных с Роскосмосом (советское наследие, атмосфера войны и секретности, иностранные заказы) за последние 30 лет нисколько не сдал позиции, коммерчески успешен и радует инновациями на мировом уровне. Объяснением этому может быть то, что Росатом представляет собой государство в государстве — и правительство Росатома хорошо делает свою работу.

Напоследок вернёмся к самому началу: наука в России делается преимущественно в государственных учреждениях. Почему это так? Ведь наука — это не печатание денег и не содержание тюрем. Нет закона, делающего науку прерогативой государства. Нет и законов, запрещающих частным организациям выполнять научные госзаказы. Государство не мешает науке развиваться в частных организациях и даже может платить им за исследования.

Три верхние позиции всемирного рейтинга университетов занимают частные университеты США (MIT, Стэнфорд, Гарвард). Наиболее известная организация в США и в мире, ведущая космические исследования — это Лаборатория реактивного движения (JPL), являющаяся подразделением NASA — государственного агентства. Но есть нюанс: при том, что имущество JPL — это имущество NASA, работники JPL — это работники Калифорнийского технологического института (Caltech), занимающего четвёртую строчку всемирного рейтинга. Это тоже частный институт.

Это не означает, что вся наука должна быть частной. Последующие строки рейтинга заняты британскими государственными университетами и Швейцарской высшей технической школой (ETH). Да и в США есть сильные государственные университеты, а также Центр космических полётов Годдарда (NASA GSFC), сотрудники которого являются государственными служащими. GSFC является ближайшим конкурентом JPL; в целом американские государственные организации в США конкурируют с частными, находясь в равных условиях.

Бытует мнение, что лишь прикладная наука может развиваться частным образом, тогда как фундаментальные исследования нужны лишь государству. Это не совсем так. Фундаментальные исследования нужны исследователям. Нередко эти исследователи познают устройство мира, параллельно работая над вполне прикладными задачами. Карл Янский, инженер Белловских лабораторий, занимавшийся изучением радиопомех, открыл космическое радиоизлучение, идущее из центра Млечного пути. С этого открытия в 1933 г. началась радиоастрономия. Эдвард Лоренц, работая в MIT над численным расчётом модели погоды, обнаружил в 1961 г. явление математического хаоса. Впрочем, в этом случае нельзя сказать, что теория хаоса началась с этого открытия; она началась с работ Пуанкаре в XIX в. и была развита Колмогоровым в середине XX в. В свою очередь, Пуанкаре и Колмогоров заинтересовались теорией динамических систем, решая более практические задачи расчёта орбит планет и течения жидкостей, работая на профессорских должностях в государственных университетах.

Подытожим: для здорового развития полезна и государственная наука, и частная. В России исторически сложился сильный перекос науки в сторону государства, и частной науки в стране почти нет, но на самом деле чуть-чуть есть, см. например Независимый московский университет, JetBrains, Яндекс.

Сильная сторона государства — возможность многолетнего планирования (в данный момент не задействована). Сильная сторона частных организаций — эффективный положительный отбор. Что ж, положительный отбор и без планирования может давать порой неплохие результаты.

Вид на Пьяцца-дель-Кампо в Сиене. Автор: Филип Каппер (источник)

пятница, 10 января 2020 г.

Итоги года

... и заодно всех восьми лет работы в ИПА РАН.
  • Исследованы перспективы размещения радиотелескопа на Луне. Кратко: такой инструмент, работая в совокупности с земными радиотелескопами, позволит многократно уточнить точность привязки лунной системы координат к земной и точность карты внегалактических радиоисточников; а также открыть новые явления в динамике лунной коры и строении активных ядер галактик. Статья (препринт).
  • Показано, что лазерная локация Луны при нынешней точности и частоте наблюдений (благодаря инфракрасному лазеру) может быть применена не только для анализа динамики Луны и системы «Земля-Луна», но и — впервые с 1980-х годов — для уточнения суточных параметров вращения Земли, что актуально для реализации связи между земной и небесной системами отсчёта. Статья (препринт).
  • Показано, что радиоинтерферометрические наблюдения внегалактических радиоисточников, расположенных близко к Солнцу на небесной сфере, чувствительны не просто к электронной плотности плазмы в солнечной короне, но и к асимметрии этой плотности, что открывает возможности для использования радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) для сравнения различных моделей строения солнечной короны. Статья (препринт). Презентация.
  • Разработан метод численного интегрирования систем дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом (включая отрицательное запаздывание, т. е. опережение). Такие уравнения встречаются в описании движения небесных тел, подверженных приливам, в частности системы «Земля-Луна». Метод является расширением классического многошагового метода численного интегрирования с предиктором и корректором. Статья (препринт). Презентация. Исходный код.
  • Придуман предметно-ориентированный язык программирования (DSL) под названием Landau для описания динамических систем. Особенность Landau и его компилятора — в поддержке автоматической генерации кода для вычисления производных вычисляемых величин по произвольным параметрам, в т. ч. при интегрировании этих производных вместе с самими уравнениями, описывающими динамическую систему. Создан транслятор (на Racket), преобразующий код на Landau в код на Racket или C. Статья. Презентация. Исходный код.

пятница, 30 марта 2018 г.

GOSTdown: автоматическая вёрстка документации по ГОСТам

Введение

В данном посте описаны решения, которые легли в основу GOSTdown — набора шаблонов и скриптов для автоматической вёрстки. GOSTdown предназначен для тех, кому приходится писать и оформлять научно-технические отчёты (НТО) или программы по Единой системе программной документации (ЕСПД). Такие документы нередко имеют крупный размер, создаются долго и несколькими людьми, и перед сдачей проверяются на соответствие ГОСТам. Традиционно для создания таких документов используется Microsoft Word. Исполнители привыкли делать в Word, заказчики привыкли принимать в Word. Заказчиков мы обсуждать не будем, а поговорим об исполнителях и их проблемах.

Проблема

При создании документации нередко требуются следующие вещи:
  • Нумерация глав и разделов, генерация оглавления
  • Вставка и нумерация формул, таблиц и рисунков
  • Нумерация и форматирование многоуровневых списков
  • Ссылки на главы, разделы, формулы, таблицы и рисунки
  • Ведение перечня использованных источников, генерация списка литературы и ссылок на него в тексте
  • Автоматический подсчёт и вставка в текст количества страниц, таблиц, рисунков, приложений
  • Вставка текста из других документов и оформление его под стиль
  • Протоколирование изменений, внесённых разными людьми
  • Слияние изменений, сделанных разными людьми в своих копиях документа
Само собой, подразумевается отсутствие ручной работы. Никакой перенумерации ссылок или сравнения двух документов «на глаз». Никакого выставления отступов и промежутков индивидуально для абзаца. Рутинные задачи должен делать компьютер.

Строго говоря, Word имеет средства для всех вышеперечисленных задач. Да, для всех. С параллельным редактированием и слиянием изменений Word в одиночку не справится, но установка сервера Sharepoint решит и этот вопрос.

Допустим, существуют люди, которые используют Word и его возможности, и у них всё получается. Им будет неинтересно читать дальше. Этот пост может представлять интерес для людей, у которых:
  • Какие-то заголовки упорно не появляются в оглавлении, а другие, которые в нём не нужны — упорно появляются
  • Текст документа пестрит сообщениями [ошибка! источник ссылки не найден] или ненадёжными прямыми номерами, вставленными отчаявшимися коллегами
  • Постоянно ломается форматирование многоуровневых списков
  • Съезжает форматирование при вставке пункта списка из буфера обмена, вне зависимости от способа вставки
  • Отслеживание изменений невозможно, потому что от «Отформатировано: русский» рябит в глазах
  • Нет Sharepoint, а если он и появится, никто не научится им пользоваться
  • При сохранении doc-файла в .docx работа Word необъяснимо и фатально замедляется
  • Любая попытка привести в порядок зоопарк стилей в 100-страничном документе делает всё только хуже
  • Есть необходимость редактировать основной текст документа в iOS или Android, и при этом не портить оформление при сохранении.

Решение

Решение заключается в том, чтобы редактировать документ в формате, основанном на тексте (plain text), а для чтения, печати и сдачи осуществлять преобразование текста в docx-файл, оформленный по всем правилам.

Исходный текстовый формат позволит легко отслеживать и сливать изменения (в идеале — с применением git или иной системы контроля версий). Автоматизированная процедура преобразования в docx пронумерует всё необходимое, расставит номера ссылок и применит стили оформления.

Пример исходного текста в Markdown:

Результат в PDF, сохранённом из docx:

Полный пример документа см. в репозитории. Там же находится руководство пользователя (README.md). Примеры результатов см. в архиве артефактов репозитория.

Остальное — технические детали, в которых всё самое интересное.

Выбор исходного формата и конвертера

С конвертером всё просто: он фактически единственный и называется Pandoc. Он обладает уникальным движком преобразования латеховских формул в формулы Word 2010.

Pandoc — универсальный инструмент для преобразования более чем 20 форматов друг в друга. Но схема его работы такова, что любые преобразования идут через внутреннее промежуточное представление документа в самом Pandoc. Модель внутреннего представления не содержит всех возможностей всех исходных форматов (и наоборот, содержит возможности, которые присутствуют не во всех исходных форматах). Это фактически приводит к выбору формата для нашей задачи. Есть только один формат, на 100% соответствующий внутреннему представлению Pandoc: Markdown. Точнее, Pandoc’s Markdown (формат Markdown сам по себе существует во многих вариациях).

Формулы в Pandoc’s Markdown вводятся в формате LaTeX. Для библиографии доступны разные варианты, включая BibTeX. Это привычно многим сотрудникам научных организаций, которые занимаются написанием статей.

Иллюстрации в Markdown вставляются в виде внешних файлов в форматах PNG, JPEG и EMF (последний — для графиков и векторных рисунков).

Ссылками в Pandoc занимаются т.н. фильтры: pandoc-citeproc (для библиографических ссылок) и pandoc-crossref (для всего остального). Эти фильтры — отдельные программы, запускаемые из Pandoc и работающие с документом в его внутреннем представлении.

Библиография

Существует два ГОСТа: 7.1-2003 (Библиографическая запись. Библиографическое
описание) и 7.0.5-2008 (Библиографическая ссылка). При создании списка
литературы в программной и научно-технической документации формально требуется применять ГОСТ 7.1. Но реально его никто не применяет из-за нелепых требований:
  • вставлять пометку «[Текст]» в ссылки на любые тексты (т.е. практически во все ссылки);
  • повторять имя первого автора дважды (включая случай, если автор всего один);
  • писать полный список авторов после названия (до трёх включительно), а если их четыре и более, то упоминать только первого «и др».
ГОСТ 7.0.5 обходится без этих требований, поэтому его более охотно используют
вместо 7.1 — ту его часть, которая называется «затекстовые ссылки», про
которые, впрочем, сказано, что «Совокупность затекстовых библиографических
ссылок не является библиографическим списком».

В пакете pandoc-citeproc, используемом в Pandoc, есть стилевой файл в формате CSL 1.0.1, основанный на ГОСТ 7.0.5 с отдельными элементами ГОСТ 7.1.

В целом, правила ГОСТов (как 7.1, так и 7.0.5) настолько сложны, что автоматизировать библиографию по всем правилам невозможно. Вышеупомянутый формат CSL 1.0.1, задуманный как универсальный окончательный формат для формирования всей библиографии на свете, разумеется, не подходит в полной мере для этих ГОСТов.

В частности, в ГОСТе есть разумное требование: английские ссылки должны быть с английскими вспомогательными словами (Vol., No., pp., ed. и прочие), а русские — с русскими. В CSL 1.0.1 такой опции не предусмотрено. Опция появилась в расширении CSL-M, которое не поддерживается в pandoc-citeproc. Это препятствие удалось частично преодолеть ценой установки вспомогательного поля «note» в русскоязычных статьях и дополнительных изменений в CSL-файле.

Шаблон

Pandoc работает с основным текстом документа. Такие вещи, как титульный лист и колонтитулы, легко создаются пользователями в Word в режиме WYSIWYG, тогда как их создание в Pandoc затруднено или невозможно. Для разрешения этого противоречия в GOSTdown существует файл-шаблон в формате docx, который содержит следующее:
  1. Формат колонтитулов (Pandoc «подхватывает» этот формат при генерации документа с основным текстом)
  2. Перечень стилей, которые впоследствии использует Pandoc при генерации docx-файла
  3. Собственно неосновное содержимое документа, т.е. небольшая часть содержимого, которая не генерируется из Markdown.

Постобработка

Напомним, Pandoc преобразует файл основного текста в формате Markdown в аналогичный файл в формате docx. Сразу после получения этого файла возникает задача вставки его в нужное место шаблона (после титульного листа). Этим занимается скрипт постобработки. И не только этим: файл, сгенерированный Pandoc, хотя и содержит необходимые стили, всё же не является готовым продуктом. Для получения готового продукта необходимо следующее:
  1. Установка стилей нумерации и отступы для списков и вложенных списков (Pandoc в настоящий момент не обладает механизмом шаблонизации списков)
  2. Исправление выравнивания номеров формул (нумерованные формулы pandoc-crossref генерирует как таблицы из двух колонок)
  3. Исправление горизонтального выравнивания ячеек таблиц, в которых есть только формула и больше ничего (Word в таком случае берёт настройки выравнивания из формулы, а не из ячейки, а Pandoc не заботится о том, чтобы выравнивание в формуле совпадало с оным в ячейке.)
  4. Установка стилей таблиц (Pandoc не умеет этого делать)
  5. Установка стилей ненумерованных заголовков (они отличаются от стилей нумерованных, а Pandoc присваивает всем заголовкам одного уровня один стиль).
  6. Разные другие мелочи по части форматирования
  7. Вставление оглавления средствами Word
  8. Подсчёт количества страниц, рисунков, таблиц, приложений, литературных источников, и вставка этих чисел в необходимое место документа.
  9. Сохранение полученного документа не только в docx, но и в PDF.
Всё это делается с помощью Word COM. Фактически, любая инсталляция Word на Windows открывает возможности для программного управления содержимым документа так же, как пользователь делал бы это вручную в программе. Широко известно применение этой технологии в макросах (VBA), но макросы не очень удобны тем, что сами хранятся в документе. Менее известен следующий факт: с COM-объектами без труда можно работать в скриптах Powershell. Это и реализовано в GOSTdown, см. скрипт для запуска Pandoc и постобработки.

Вопросы и ответы

1. Где рамочки с боковыми ячейками для подписей?

В представленном примере Описания программы имеются рамки на листе утверждения и титульном листе. В основной части ГОСТ разрешает рамку не наносить. В НТО рамки не требуются нигде.

2. Всё это точно по ГОСТу?

ГОСТы соблюдены в разумных пределах. В редких случаях требования ГОСТов проигнорированы в угоду эстетической составляющей. Например, ГОСТ рекомендует форматировать списки следующим образом:
Также см. выше ремарку о библиографии.

3. Почему шрифты не Arial и Times New Roman, а какие-то другие?

Требований по гарнитуре нет в ГОСТах (за исключением ГОСТов на стандарты и на конструкторскую документацию). В представленных шаблонах используются общедоступные гарнитуры фирмы «Паратайп»: PT Serif (с засечками), PT Sans (без засечек) и PT Mono (моноширинный) Объяснение, почему паратайповские шрифты идеально подходят для документов на русском языке, см. здесь.

4. Почему docx-файлы такие большие?

Из-за вышеупомянутых шрифтов, встроенных в файл. Можно отключить встраивание шрифтов (за него отвечает опция -embedfonts), и тогда файлы станут адекватного размера, но если на компьютере вашего коллеги или заказчика не установлены шрифты PT Serif, PT Sans и PT Mono, то при открытии документа в Word шрифты заменятся на шрифты по умолчанию, и документ в итоге будет выглядеть не так, как было задумано.

5. Почему не LaTeX?

Государственные заказчики не возьмут LaTeX-файл, т.к. не знают, что это такое. В принципе, если заказчику не нужен исходник и достаточно PDF-файла, то можно использовать и LaTeX.
Pandoc умеет генерировать docx-файлы из LaTeX, но генерация осуществляется с потерями из-за разницы в идеологиях LaTeX и Word в области стилей. Теоретически возможен вариант генерации и LaTeX и docx-файлов из одного исходника в Markdown с помощью Pandoc, но в реальности такое средство пока не создано.

6. Почему не Google Docs? Там даже формулы появились

Да, и даже доступны дополнения (Add-ons) для нумерации и библиографии. В Google Docs удобные средства совместной работы, но ограниченные средства форматирования. Нет стилей (кроме небольшого исходного набора). Проблематична вставка векторных рисунков. Нет поддержки офлайновой работы. (На самом деле есть, но тогда перестаёт решаться проблема слияния изменений.)

7. Почему не LibreOffice?

Во-первых, потому, что в LibreOffice/OpenOffice крайне плохо обстоит дело с отображением формул. Позвольте не называть остальные 17 причин.

8. Как преобразовать имеющийся docx в Markdown?

Конечно же, с помощью Pandoc (он ведь преобразует в любую сторону). Конечно, информация о стилях исходного документа при этом потеряется. Возможно, после конвертации потребуется ручная правка. Дополнительные проблемы могут возникнуть с формулами: Pandoc распознаёт в docx-файлах только формулы, набранные средствами Word 2010 (не MS Equation и не MathType). Известен трюк с участием LibreOffice для пересохранения формул MS Equation в Word 2010. Для более позднего MathType он, кажется, не работает.

9. Чем редактировать Markdown?

Любым текстовым редактором, начиная с notepad.exe. Например, для Windows есть Notepad++, для Linux — Emacs, для всех десктопных ОС — Visual Studio Code. Все они бесплатные.
Преимущество текстового представления в том, что вносить правки в текст можно хоть со смартфона в самолёте (и если настроен GitLab CI, вы сразу получаете готовый документ).

10. Что такое Gitlab CI и как мне получить docx, редактируя файл не на Windows?

См. соответствующий раздел руководства. Машина с Windows (удалённая) всё же понадобится, см. раздел «Системные требования».

11. Чем редактировать Markdown так, чтобы сразу видеть результат?

Это сложнее. Вам потребуется или вышеупомянутый Visual Studio Code, или Atom. Потребуется также установить расширение Markdown Preview Enhanced (MPE). Альтернативное расширение — Markdown Preview Plus (MPP), только для Atom. Эти расширения используют Pandoc для того, чтобы делать из вашего Markdown-файла HTML-файл для предпросмотра. Прочие средства редактирования Markdown, в т.ч. онлайновые, рассчитаны на другие диалекты Markdown и не будут отображать Pandoc’s Markdown в полной мере.

Пользовательские настройки для MPE в VS Code таковы:
{
    "markdown-preview-enhanced.usePandocParser": true,
    "markdown-preview-enhanced.pandocArguments":
       "--filter=pandoc-crossref, --filter=pandoc-citeproc"
}
При нажатии Ctrl+k v включается предпросмотр, который, хоть и не совпадает в точности с будущим docx-файлом, аккуратно отображает все формулы, таблицы, блоки кода и изображения (кроме EMF).


12. Таблицы неудобно редактировать в виде текста, что делать?

В Visual Studio Code и Atom существуют многочисленные расширения для упрощения работы с Markdown, в т.ч. с таблицами. Таблицы самого сложного вида (с многоабзацевыми ячейками) они, к сожалению, не поддерживают. Такие таблицы поддерживает Emacs и его table-mode.

13. Мне нужны вещи, которые есть в Word, но отсутствуют в Markdown, что делать?

Если речь идёт об относительно небольшом фрагменте документа, не укладывающимся в формат (например, сложная таблица с объединёнными ячейками), то пользователь может держать этот фрагмент в отдельном docx-файле, редактируя его в Word. Вставка фрагмента в основной текст может делаться скриптом, аналогично тому, как сейчас сам основной текст вставляется в шаблон на место %MAINTEXT%.

Благодарности

В создании GOSTdown принимала активное участие Алёна Водолагина (ИПА РАН), также помощь оказывал Даниил Аксим (ИПА РАН). Разумеется, GOSTdown не был бы возможен без замечательного ПО: Pandoc, pandoc-citeproc и pandoc-crossref (автор последнего — Николай Якимов, МАИ). Ну и Microsoft помогла своими Word COM и Powershell, чего уж там.

понедельник, 29 января 2018 г.

Три жалобы

О компьютерных вещах, в которых я не очень глубоко разбираюсь, но которые мне не нравятся, в особенности их насильственное внедрение. Поделать ничего с ними нельзя, остаётся жаловаться в блог.

Часть первая. HTTPS

Стало сложно найти сайт на простом HTTP. Веб массово переходит на HTTPS, браузеры предпочитают защищённое соединение обычному. HTTP становится изгоем, сайты на нём вскоре будут считаться небезопасными, особенно те, на которых есть пользовательский ввод (даже форма поиска). Не за горами запрет на HTTP, как бы дико это не звучало.

Какие аргументы звучат в пользу HTTPS? Якобы этот протокол гарантирует:
  1. Защиту от прослушивания
  2. Защиту от подмены канала
  3. Защиту от модификации данных
Мне кажется, что ничего этого нет и не будет.

Прослушивание канала

Протокол защищает канал связи от прослушивания — при условии, что злоумышленник сидит исключительно на канале связи. В реальности злоумышленник не щёлкает клювом на канале, а проникает непосредственно на машину пользователя или на сервер. На машине пользователя он инсталлирует кейлоггер, крадущий пароли и номера карт при их вводе с клавиатуры. Если с кейлоггером не получилось, можно украсть ключи, которые позволят прослушать канал и получить пароли и номера карт из него. Ну а если искомые данные у пользователя хранятся в файлах, то вообще никаких усилий не потребуется.

Не инсталлируете сомнительные программы, чтобы оградить себя от хакеров? Правильно делаете, но средства взлома бывают и в известных программах, в том числе в программах с открытыми исходниками; когда их обнаруживают, случается скандал. В программах с закрытыми исходниками средства взлома обнаружить сложнее, поэтому с ними скандалы возникают реже. Злой умысел разработчиков или случайность — неважно, вы скачали программу и тем самым подарили свою машину хакерам. Пользуетесь антивирусом? Антивирусы ловят только то, что уже известно. Если вы оказались в первой волне заражения, антивирус не спасёт.

Не инсталлируете программы, пользуетесь только браузером? В браузерах есть уязвимости, позволяющие выполнить программный код на вашем устройстве. Уязвимости находятся каждый год, их исправляют, потом находятся новые. В движках или в библиотеках типа libpng, неважно. Вы можете зайти на сайт злоумышленника, он особым образом вызовет переполнение буфера в вашем браузере, исполнит программный код по установке руткита и будет дальше делать на вашей машине всё что хочет.

Аналогичные уязвимости есть в серверных программах, которым злоумышленник может послать специально сформированный запрос и получить в итоге контроль над сервером.

Более того, злоумышленник может не озадачиваться полным контролем над сервером. Ему достаточно пропихнуть в веб-страницу свой код — после чего все данные, введённые пользователем на странице, отправятся из браузера прямиком на сервер злоумышленника. Сегодняшняя новость: «Мошенники смогли разместить на YouTube рекламу с кодом для майнинга криптовалюты». Мошеннический Javascript на сервисе Google, каково?

Особого упоминания заслуживает Heartbleed — ошибка в реализации OpenSSL, которая, фактически, сводила на нет защищённость SSH, HTTPS и всего такого. С марта 2012 по апрель 2014 хакеры могли беспрепятственно красть ключи от любых защищённых соединений.

Помимо программ есть операционные системы, также полные дыр.

Наконец, есть уязвимости в аппаратной части. В конце 2017 г. мир узнал, что почти все процессоры с 1995 года имеют уязвимости Meltdown и Spectre, позволяющие программам читать память ядра и других программ. То есть, читать пароли и ключи прямо из оперативной памяти. На мобильных устройствах тоже. Выходят заплатки для операционных систем, программ и микрокода, но их эффективность ограничена. Ошибки в процессорах не исправить.

Ещё одна декабрьская новость: найден способ захватывать контроль над выключенными компьютерами. Поток таких новостей никогда не иссякнет. Серверы и машины пользователей никогда не будут защищены от проникновений. Следовательно, HTTPS никогда не станет гарантией защиты соединения.

Подмена канала

Ленивый злоумышленник даже не станет взламывать ваш канал или красть ваши данные вышеперечисленными способами. Он просто подделает канал, и вы ему дадите все данные добровольно. По защищённому соединению. Простейший способ — заманить вас на легально заведённый адрес, напоминающий настоящий по доменному имени, дизайну и степени надёжности. Критерием надёжности сайта с защищённым соединением является сертификат. Сертификаты продаются удостоверяющими центрами (CA), гарантирующими добропорядочность сайтов. В 2016 г. появился бесплатный центр Let’s Encrypt.

Считаете, что CA помогут браузеру надёжно отличить мошенников от честных людей? Нет такого. Центры подвержены коррупции и бардаку, как и всё в мире. Платный центр Symantec недавно потерял репутацию настолько, что Google планирует отказаться от признания его сертификатов. На молодой и бесплатный Let’s Encrypt тоже поступают жалобы.

Real and fake side-by-side
Обычный PayPal (слева) и подставной (справа). Это реальный мошеннический сайт, которому Let’s Encrypt выдал сертификат. Пользователь видит успокаивающий зелёный значок, а на мелочи не обращает внимания. Источник.

Если мошеннику не удалось получить сертификат, это не повод отчаиваться: на существующих CA свет клином не сошёлся, он может создать собственный CA. Изначально браузер не будет доверять этому CA (и сайту злоумышленника). Благонадёжные CA подтверждены корневыми сертификатами, хранящимися в браузере и операционной системе. Как вы уже догадались, уязвимости, позволяющие мошенникам установить свои корневые сертификаты в систему, обнаруживаются регулярно.

Если хакер проник на вашу машину или на ваш роутер (роутеры — потрясающее решето), ему не потребуется доменное имя-приманка. Подмена DNS-сервера позволит ему поставить свой сайт вместо настоящего. Ведётся деятельность по внедрению шифрования и в DNS, что немного усложнит задачу хакеру, но в принципе ничего особо не изменит, как и HTTPS.

Модификация данных

Протокол защищает канал связи от модификации — при условии, что злоумышленник, опять же, не лезет на сервер или машину пользователя. В действительности, конечно, он это делает.
Допустим, злодей хочет показать вам рекламу. При HTTP можно быть купить у провайдера пакет рекламы, вставляемой в страницы, а HTTPS сделал это невозможным, ну и что? Показ рекламы с тем же успехом можно купить у сайта напрямую или через всякие агентства по рекламе в вебе. На десктопе рекламой блещет скайп, на мобильных устройствах рекламу содержит каждое второе бесплатное приложение.
Ещё одна иллюстрация — AdBlock, превратившийся из блокировщика рекламы в её менеджера, не говоря уже о сайтах, которые детектируют AdBlock, издеваются над пользователем и всё равно показывают ему рекламу. Словом, вам покажут всю рекламу, которая вам полагается: так работает бизнес. Если вы хотите уменьшить количество рекламы в жизни, то заниматься надо не игрой в шпионов по HTTPS, а гораздо более скучной вещью — законами.


HTTPS-сайты в своей первозданной чистоте. Тщательно запланированные и реализованные. Ни единого пикселя непрошеной рекламы от провайдера.

Что плохо в HTTPS?

  • Соединение устанавливается дольше, чем в HTTP. Шифрование/дешифрование создаёт дополнительную нагрузку на процессор.
  • Пользовательские проблемы из-за навязанной технологии. Например: на гаджете открыт сайт по HTTPS через сотовую сеть, гаджет подключается к публичному вай-фаю, пользователь совершает переход внутри сайта (т.е. обращается к тому же сайту, но к другой странице), провайдер публичного вай-фая перенаправляет пользователя на свою страницу авторизации, гаджет считает это попыткой хакерской атаки и жалуется на неправильный сертификат, страницу не показывает, пользователь во фрустрации.
  • Сложность легального анализа трафика для сбора данных и блокировки контента. Считаете, что тайна любого трафика священна и провайдер не должен его видеть вообще? Ну, заметьте, что средства анализа трафика и блокировки добровольно-принудительно внедрились во все крупные сайты с согласия хозяев. Наверняка не за горами легальное прослушивание HTTPS-трафика на стороне провайдера (изобретут официальные сертификаты для прослушивания, если ещё не). Технологии шифрования, как и в случае с рекламой, ничего принципиально не поменяли и не поменяют. Для перемен нужны законы.
  • Забота для вебмастера добывать сертификат для сайта. Самоподписанные сертификаты объявлены браузерами практически вне закона. Приличные сертификаты нужно покупать. Или получить сертификат в Let’s Encrypt и нервно ожидать момента, когда эта организация начнёт наглеть и играть в хотелки с вебмастерами; или же навыдаёт кучу сертификатов мошенническим сайтам и лишится доверия браузеров. Да и с платным центром сертификации это тоже может произойти, см. выше про Symantec.
HTTPS уместен в онлайн-платежах и на сайтах, где есть вход по паролю. Внедрение HTTPS во все сайты без оглядки на реалии приведёт к дальнейшему развитию технологий легального и преступного взлома и в итоге к ослаблению безопасности тех сайтов, где защита действительно нужна.

Часть вторая. Сглаженные шрифты

Большая часть шрифтов в наши дни — векторные: TrueType от Microsoft, Type 1 от Apple, OpenType от Microsoft и Apple вместе, METAFONT от Дональда Кнута. Глифы векторных шрифтов состоят из кривых (2, 3, 2+3 и произвольного порядка соответственно). Считается, что векторные шрифты должны быть в равной степени применимы для экрана и для печати (чего на самом деле не бывает).

С печатью более-менее всё хорошо. Лазерные принтеры растеризуют чёрные векторные глифы бинарным способом, без полутонировния. При большой плотности точек, которую имеют принтеры (600-1200 DPI), ступенчатость линий не является проблемой.

С экраном в основном всё плохо. Если при плотности пикселей ~96 PPI растеризовать кривые «как есть», получается неприятная глазу ступенчатая картинка. Алгоритмы удаления ступенчатости не дают объективно хорошего результата, это не точная наука. Существуют дисплеи высокой плотности (200-400 PPI), на которых проблема ступенчатости стоит менее остро. Но, во-первых, эти дисплеи мало распространены (преимущественно на мониторах Apple и топовых мобильных устройствах), и во-вторых, бороться со ступенчатостью нужно и на этих дисплеях тоже, особенно для прямых косых линий и для любой анимации с текстом.

Я не буду касаться рендеринга текста в PDF. Он, как правило, плох, но PDF — формат в первую очередь для печати, а не для экрана, так что грешно придираться.

Я не буду касаться рендеринга крупного текста (заголовков и пр). В конце концов, крупный текст состоит преимущественно из массивов одноцветных пикселей, и бахрома по краям не мешает его читать. Да его и не так много.

Но вот обычный текст, небольшого размера, в браузере и текстовых редакторах. Текст, который приходится читать с экрана в большом количестве. В нём, за редкими исключениями, что-то не так.

В большинстве глифов (если это не курсив или иной шрифт с украшениями) есть строгие вертикальные и горизонтальные линии. Это во всех отношениях хорошо, это упрощает чтение. Казалось бы, это должно упрощать и сглаживание. В том смысле, что вертикальные и горизонтальные линии вообще не нужно сглаживать! Они прекрасно отображаются прямоугольной сеткой пикселей на экране. Сглаживать нужно лишь косые и кривые линии.

Но, вот беда, глиф стоит в строке так, что его вертикальный край не попадает точно между пикселями. В такой ситуации можно пойти по одному из трёх путей:

1. Применить «сглаживание», несмотря ни на что

Получится как-то так:



Обратите внимание, как повезло букве f, она попала ровно по пикселям. Буквам l, i, t, h повезло меньше, хотя исходные толщины их вертикальных черт такие же, как у f. Очевидно, сглаживание не работает. Невозможно развидеть то, что вертикальные черты глифов, кроме l, размыты по краям и занимают большую, чем l, ширину.

2. Применить субпиксельное сглаживание (ClearType)

Эта технология использует физические свойства жидкокристаллических дисплеев и увеличивает разрешение растеризации чёрных глифов в три раза по горизонтали, а по вертикали не увеличивает. (По этой причине ClearType не используется на смартфонах и планшетах, каковые устройства должны работать одинаково при различных поворотах экрана.)

Диалог с шестью вариантами ClearType в Windows.


Увеличенный фрагмент второго варианта. Цветные квадраты в размене одного пикселя служат для управления яркостью трёх светодиодов, составляющих пиксель.

При растеризации серых точек (при сглаживании) применение ClearType порождает малозаметные цветные артефакты на границах.

Для отображения белых глифов на чёрном фоне алгоритм субпиксельного сглаживания возможен, хотя и несколько отличается и, кажется, отсутствует на практике.

К сожалению, субпиксельное сглаживание всегда сглаживает линии, даже вертикальные. То есть, несмотря на втрое большее горизонтальное разрешение, ему присущи недостатки обычного сглаживания. Посмотрите на ножки буквы m, они все различаются. Вертикальные черты в h и i, T и L — все различаются.

3. Применить хинтинг

Хинтинг — это специальные инструкции по подгонке глифов под пиксельную сетку в мелких кеглях. Пропорции при этом немного страдают, но читабельность повышается значительно. Иллюстрация из Википедии (хинтинг + сглаживание):


Возможно совмещение хинтинга и ClearType. Впрочем, хинтинг сам по себе колоссально улучшает читаемость шрифта с экрана. Хороший хинтинг требует усилий от разработчика шрифта: требуется подгонять под сетку каждый глиф в отдельности, и независимо на разных экранных размерах. Хинтинг присутствует в малом количестве шрифтов. В современных движках рендеринга есть опция авто-хинтинга, с менее впечатляющим результатом.

Хинтинг бывает и без сглаживания, что не делает его хуже. Вот примеры отличного хинтинга:

Хинтинг в PT Sans без сглаживания.


Хинтинг в PT Serif без сглаживания.


Example of bi-level rendering, with detail area.
Какой-то шрифт от Microsoft без сглаживания. (Источник)

Как видно, отсутствие полутонов не уменьшает читательность текста на расстоянии. И это наводит на мысль, что можно...

4. Не использовать векторный шрифт

Пиксельные бинарные шрифты маргинальны и элитны — одновременно. Нет ничего лучше пиксельного шрифта для отображения некрупного кегля на обычном мониторе. Но пиксели не масштабируются и плохо выглядят на печати, поэтому операционные системы и программы подсовывают пользователям в первую очередь векторные шрифты. Современные браузеры и офисные программы не позволяют использовать пиксельные шрифты. Все программы на Java, включая среды разработки (NetBeans, продукты JetBrains и пр.) не позволяют использовать пиксельные шрифты. Остаются эмуляторы терминалов, Emacs, DrRacket и прочие аутсайдеры.

Пиксельные шрифты продолжают развиваться, несмотря на то, что пик их славы прошёл в 1980-е. Наиболее хорошо развиваются моноширинные пиксельные шрифты, по причине их востребованности программистами, коим не нужно масштабирование и печать. Вот блестящий Terminus, созданный в 2010 г.:



Подытожим: среди сложившегося бардака остаётся выбирать для офисных программ векторные шрифты с хинтингом (сглаживание и субпиксели по желанию), а для кода — пиксельные шрифты. Такое стремление к комфорту требует усилий и значительно сужает выбор. В браузере, как правило, пользователи вынуждены пользоваться теми шрифтами, которые пришлись по вкусу дизайнеру, и ничего не сделать.

Пользователи экранов с 200+ PPI взирают на все эти проблемы с лёгким недоумением.


Часть третья. Нейросети

Искусственные компьютерные нейросети возникли в начале 1950-х, и до поры до времени влачили своё существование на задворках прикладной математики. Была красивая идея, что вот есть мозг, в нём есть нейроны, как мозг работает — непонятно, а мы сделаем компьютерную модель с нейронами, как она работает — непонятно, вот мы и получили компьютерный мозг. Это одна из таких вещей, которые должны решать задачи, традиционно сложные для компьютера, но лёгкие для человека. То есть задачи искусственного интеллекта.

Красивая идея не давала особо заметных результатов, но энтузиасты копали тему, сочиняли различные усложнения, доказывали теоремы, в общем, дело как-то двигалось, в основном в академической среде.

Внезапно в начале 2000-х появились графические ускорители (GPU) с их особой архитектурой, существенно превосходящей архитектуру CPU для задач типа вычисления освещённости при рендеринге 3D-картинки. Пришло осознание, что GPU можно использовать не только для 3D. В 2007 году возникла Nvidia CUDA, позволяющая писать программы для GPU практически на обычном Си. За год до этого был предложен особый вид нейросетей под названием «deep learning». Он оказался лучше, чем другие виды нейросетей.

CUDA позволила применить «deep learning» на реальных задачах, для которых мощности традиционных CPU не хватало. Нейросети начали захватывать мир, и к настоящему моменту захватили.

Из каждого утюга слышны новости об успехах нейросетей. Использовать технологии машинного обучения, отличающиеся от deep leaning, стало неприлично. Для нейросетей есть современные средства на Питоне. Вся движуха AI сегодня в нейросетях, а более строгие математические методы считаются вчерашним днём и нишевыми инструментами. Школьники создают нейросети для определения жанра музыки. Геологи создают нейросети для поиска месторождений.

Откуда этот ажиотаж, зачем?

Нейросеть не может победить другие алгоритмы

Точнее, может — если эти алгоритмы такие же глупые, как она. Генетические алгоритмы, например. Но не о них речь. Нейросети уместны там, где не придумано алгоритмов, использующих специфику задачи. Нейросети не используют специфику задачи и поэтому могут решить любую задачу. В этом сила нейросетей и одновременно их слабость. Никакую задачу нейросети не могут решить хорошо и математически доказуемо.

Нейросеть — это абстрактная модель, под которую можно подогнать любые данные. Размер модели (и, соответственно, её дискриминирующие свойства) можно настраивать путём добавления нейронов или целых слоёв. Нейросеть «обучается» аппроксимировать некоторую функцию, которая, якобы, имеет какое-то отношение к требуемому результату (на самом деле не имеет, т.к. никакие свойства предметной области не находят прямого отражения в получившейся функции).

Заметим, что нейросеть — не единственный подход такого рода. Можно назвать битовые отпечатки, байесовские классификаторы, SVM, Монте-Карло + цепи Маркова, кластерный анализ. Эти вещи в принципе не хуже нейросетей и друг друга.

На этот счёт есть известная теорема об отсутствии бесплатных завтраков (No free lunch). Вкратце: все методы оптимизации в среднем одинаково (не)эффективны. То есть, метод, одинаково подходящий для любых задач оптимизации, подходит для всех задач одинаково плохо — хуже, чем методы, предназначенные для конкретной задачи и неприменимые к другим.

Оговоримся, что в некоторых случаях специфика задачи всё же используется, например свёрточные (convolutional) нейронные сети в большей степени заточены под обработку изображений. Также в ряде алгоритмов исходные данные подвергаются специально придуманному препроцессингу перед передачей их в нейросеть. С каждым таким шагом алгоритм становится дальше от нейросетей и ближе к задаче. В пределе этой деятельности нейросеть окажется не нужна, см. рус. народ. сказку «Каша из топора».

Машинное обучение на нейросетях вырвалось вперёд по сравнению с другими глупыми методами по одной основной причине: те самые GPU. Оказалось, что нейросетевые вычисления хорошо параллелятся и позволяют максимально эффективно использовать вычислительные ресурсы. Победа нейросетей — это победа видеокарт.

Это, кстати, видно и по общему положению дел в области. Львиная доля публикаций на тему нейросетевых алгоритмов сводится к описанию эксперимента вида «мы взяли фреймворк, настроили какие-то параметры, достали где-то обучающее и тестовое множества, и что-то получилось». Фактически, наука превратилась в игры с инструментами. Почему люди считают это стоящим занятием? Потому что конфигурирование и запуск фреймворков — большая работа, есть над чем потрудиться и испытать гордость за хорошо сделанное дело. В поддержке популярности нейросетей есть и экономическая подоплёка: продажи GPU, продажи обучающих и тестовых множеств, продажи обученных моделей.

Польза нейросетей дико преувеличивается

Большая часть задач решается более адекватными средствами: хоть линейная регрессия, хоть байес, хоть алгоритм Дейкстры для поиска кратчайшего пути. Нейросеть, как правило, на таких задачах с треском проваливается. Если можно применить математически обоснованный метод, его нужно применять, и он будет выгоднее нейросети. Использование нейросети равнозначно печальному признанию в том, что приличного алгоритма придумать не получилось.

В задачах с динамикой процессов нейросети бесполезны в принципе. Нейросеть не знает, что такое время и динамическая модель.

Генерация или дорисовывание красивых бесполезных картинок давно делалось и без нейросетей методами математической статистики.

Нейросеть распознала кота на картинке не хуже человека? Прекрасно, но картинка-то была похожа на обучающее множество. На картинке, не похожей на обучающее множество, нейросеть ошибётся, а человек подумает и выдаст правильный ответ.

С распознаванием речи всё то же самое.

Нейросеть без всякого обучения выиграла в шахматы или го? Серьёзно, кому нужны программы, играющие в шахматы или го, пусть даже лучше всех в мире? По-моему, это не про интеллект вообще.

Увлечение нейросетями проникло даже в астрономию. Нейросеть нашла экзопланету! Нейросеть ищет резонансы в движении астероидов! Конечно, без нейросетей всё это делалось и делается куда лучше. Просто мода.

Нейросети разорительны

IBM вложила миллиард долларов в нейросетевой компьютер Watson, который якобы научился выдавать диагнозы онкобольным и назначать курс лечения. Оказалось, что врачи лучше справляются с этой работой. Кроме онкологии, Watson отличился интересной трактовкой песен Боба Дилана и ещё несколькими вещами.

Кстати, идея о том, что нейросеть на компьютере может каким-то образом симулировать мозг, абсолютно несостоятельна. Мозг — это не нейросеть. Это неизвестно что. Наука, кажется, до сих пор открывала лишь то, чем мозг не является. В III веке до н.э. люди изобрели гидравлику и предположили, что мозг — это гидравлическое устройство. В XVI-XVII веках с развитием механизмов появились фантазии на тему мозга как механизма. Электричество, телеграф, первые вычислительные машины — всё находило место в гипотезах о происхождении мысли. Теперь вот нейросети в тренде. А мозг всё так же непостижим.

Швейцарский профессор Генри Маркрам в 2013 г. получил от Евросоюза 1.3 миллиарда долларов на проект, посвящённый симуляции могза человека (!) на компьютере. В 2015 г. профессора выгнали из проекта за шарлатанство и распил. Сам проект закрывать не стали, неудобно. Профессор успел симулировать часть неокортекса крысы объёмом 0.3 мм3. Ещё одним выдающимся проектом является симуляция нервной системы червя-нематоды.

После AI Winter, нагрянувшей в середине 1970-х, человечество разочаровалось в Лиспе и экспертных системах. Придёт ли вторая зима, после которой упадёт популярность Питона и нейросетей на GPU?