double arrow
Лекция 11. Кибернетика: концептуально-понятийная характеристика

Основные понятия, включенные в систему тренинг-тестирования:

кибернетика; управление; понятие «поведение» в кибернетике; активное поведение; пассивное поведение; целенаправленность, обратная связь; гомеостаз; кибернетическая концепция гомеостаза;информация по определению Н. Винера; энтропия; негэнтропия; инфодинамика.

Процессы саморегуляции исследуются еще одной научной областью, развивающейся в русле системных исследований – это кибернетика.

Необходимо отметить, что между синергетикой и кибернетикой как современными направлениями развития знания о самоорганизующихся системах существует принципиальная разница:

ü кибернетика изучает самоорганизацию и саморегуляцию в равновесных системах, тогда как синергетика исследует процессы самоорганизации в существенно неравновесных системах;

ü в синергетике изучаются механизмы возникновения состояния новых структур и форм, а не поддержание исходных состояний, что характерно для кибернетики.

Разработка базовых понятий кибернетики осуществлялась в середине ХХ века трудами многих ученых. Основателем кибернетики принято считать американского математика Норберта Винера (1894 –1964). Существенный вклад в кибернетику внесли: американский биолог А. Розенблют, американский математик К. Шеннон, английский математик А. Тьюринг, английский биолог и кибернетик У. Эшби, российские ученые: А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, В.М. Глушков и другие.

Понятие кибернетики происходит от древнегреческого слова «кибернес» – «искусство управления» или «рулевой».




По определению Н. Винера, кибернетика – наука об управлении и связи в животном и машине. Понятие управления здесь употреблено в широком смысле, поскольку оно относится в равной мере к техническим, биологическим и социальным системам.

В.М. Глушков полагал, что кибернетика выступает как наука об общих законах преобразования информации и управляющих системах.

Кибернетика является интегральной наукой, возникшей на стыке ряда специальных дисциплин – теории автоматов, техники связи, математической логики, теории информации и других. Основной корпус кибернетического знания неоднороден и включает в себя:

ü теоретическую кибернетику;

ü техническую кибернетику;

ü прикладную кибернетику.

Многогранен и объект кибернетического исследования, поскольку эта наука изучает процессы управления в живых, неживых (технических) и социальных системах. Для учебного курса концепций современного естествознания более важна теоретическая составляющая кибернетики, ее исходные принципы и понятия, посредством которых кибернетика оказала существенное влияние на естественные, технические и гуманитарные науки. Кибернетические понятия управления, обратной связи и другие приобрели общенаучный статус и сегодня выступают неотъемлемым компонентом методологического инструментария современного естествознания.



Исходными понятиями кибернетики являются: управление и информация.

Управлениеесть процесс информационного воздействия управляющего устройства на исполнительное. Конкретная природа управляющих и исполнительных систем может быть различной, но принципиальная схема процессов управления оказывается одинаковой.

Примеры управления в системах различной природы:

ü термостат (техническая система) – прибор для поддержания постоянной температуры. В простейшем случае его можно представить в виде духовки с электрическим терморегулятором, в которой терморегулятор генерирует сигнал об изменениях температуры внутри системы. Этот сигнал по цепи обратной связи поступает на реостат и координирует силу тока в цепи нагревателя в зависимости от потребностей в увеличении, либо уменьшении тепла, таким образом температура в духовке всегда поддерживается на заданном уровне.

ü поддержание достаточного уровня концентрации глюкозы в крови (живая система)– цепочка биохимических превращений гликогена («животный крахмал», основной запасной углевод животных и человека, содержащийся в печени) в глюкозу, находящаяся под контролем адреналина (гормон надпочечников) и инсулина (гормон поджелудочной железы).

ü движение финансовых средств в государстве (социальная система)механизм данного контроля сложен и осуществляется системой различных организаций (банковские структуры, налоговая инспекция, судебная система и т.д. на основании действующего финансового законодательства).

В процессах управления управляющее устройство играет ключевую роль. Поэтому понятие управляющей системы имеет значение не только в кибернетике, но и в других науках. К примеру, в ЭВМ оно определяет порядок выполнения операций (команд) и координирует работу всех узлов ЭВМ. Конкретная природа управляющего устройства может быть разной, но для всех случаев кибернетика устанавливает общую функциональную структуру.

Любоеуправляющее устройство должно иметь:

ü Чувствительный элемент (входное устройство), с его помощью воспринимаются сведения (информация);

ü Механизм преобразования информации, полученной от чувствительного элемента;

ü Механизм передачи преобразованной информации от управляющего устройства к исполнительному устройству;

ü Выходное устройство, для осуществления механизма передачи преобразованной информации;

ü Запоминающее устройство (имеется в кибернетических системах), предназначенное для хранения программы и исходных данных.

Понятие «управление» в кибернетике в его первоначальном смысле характеризовалось следующими тремя основными признаками: 1. Автоматические действия системы; 2. Действия системы в соответствии с определенной целью; 3. Наличие обратной связи. В последние годы кибернетические представления управления подверглись усложнению и обобщению.

Во-первых, само управление рассматривается уже не просто как автоматическое действие, а как управленческая деятельность, которая лишь частично может быть автоматизирована. Управление нельзя сводить только к информационным процессам, в конечном счете, предполагающим его автоматизацию.

Во-вторых, управленческая деятельность понимается как осознанная, а ее цель – не конечное состояние данного преобразования, а его представление, образ, который формируется до реализации цели. Управление представляет собой целенаправленный процесс, результатом которого является переход объекта из одного состояния в другое.

В-третьих, ситуация управления имеет одну важную особенность: управление – это воздействие одной деятельности на другую, т.е. объектом управленческой деятельности является другая деятельность, подлежащая управлению (к примеру, производственная, хозяйственная, научная и др.) Управление – это корректировка деятельности, подлежащей управлению, в соответствии с целью и осознанием (руководителем) всей деятельности и образа действия управляемого индивида. Большое значение приобретает не только осознание, но и корректировка собственных действий управляющим индивидом (или соответствующим социальным институтом).

В-четвертых, усложнено понятие обратной связи. Это не просто обратное физическое воздействие, сущность ее заключается в том, что от объекта управления к управляющим органам по особым каналам связи передается информация о фактическом положении дел, прежде всего об отклонениях от намеченных планов, которая используется управляющими органами для выработки управляющих воздействий. Иначе говоря, деятельность такой системы регулируется результатами деятельности этой же системы. Результат деятельности не может полностью совпадать с поставленной заранее идеальной целью. Несовпадение цели и результата деятельности и является основой регуляционного механизма обратной связи.

Метод кибернетического исследования является поведенческим, по схеме «стимул –реакция», которую кибернетика заимствует из психологии бихевиоризма и обобщает через понятия «вход- выход». Это означает, что в кибернетике используется поведенческое рассмотрение объекта, а не структурно-функциональное. Здесь объект управления уподобляется некоему «черному ящику» в том смысле, что мы ничего не знаем о его содержимом. Известно лишь, какая серия сигналов подается на вход исполнительного устройства, а также его реакция, или поведение на выходе. Тогда как при структурно-функциональном подходе главное внимание уделяется изучению внутренней организации объекта, а не его поведению.

Под поведением в кибернетике понимается любое изменение отношения объекта управления к окружающей среде. Поведение может быть:

ü Активным, в том случае, когда объект управления является источником энергии своих действий. Активное поведение подразделяют на:

Ø нецеленаправленное (случайное)

Ø целенаправленное

ü Пассивным, если же реакция объекта управления совершается за счет энергии, поступившей на входе извне.

Целенаправленность означает, что поведение определяется заранее заданным (или известным) результатом, то есть конечным состоянием. Совершая произвольное действие, человек произвольно выбирает специфическую цель, но не специфическое движение. Н. Винер отмечал, что, решив взять стакан с водой и поднести его ко рту, мы не приказываем отдельным мышцам сократиться в определенной последовательности, мы просто задаемся целью и действие происходит автоматически. Хотя многие виды устройств функционируют нецеленаправленно, к примеру, часы, характеризующиеся регулярным, но нецелеустремленным поведением, так как в их механизм не заложена никакая цель.

Активное целесообразное поведение подразделяют на два вида – с обратной связью (ОС) и без неё. При наличии ОС сигнал с выхода исполнительного устройства, несущий информацию о поведении объекта управления, подается обратно на вход управляющего устройства, чтобы контролировать и регулировать поведение исполнительного устройства, корректируя его в соответствии с целью. Понятие обратной связи (положительной и отрицательной) также широко используется в разных видах науки и практики.

Важным для кибернетики является понятие гомеостаза. Гомеостазэто процесс саморегуляции систем любой природы относительно заданного состояния на основе обратных связей, обеспечивающий динамическое равновесие системы, называемой гомеостатом.Это слово происходит от древнегреческого «гомеостазис», что означает «одинаковое состояние». Термин был предложен американским биологом У. Кенноном в 1929 г. Позднее в 1948 г. английский биолог У. Эшби провел детальное исследование и разработал концепцию устойчивости динамических равновесных систем, которая применима к системам любой природы. Так возникла кибернетическая концепция гомеостаза.

Наиболее сложными и недостаточно разработанными понятиями кибернетики являются понятия информации и искусственного интеллекта. В самом общем смысле информацию идентифицируют с человеческим знанием. Говорят, что сообщение дает нам знание или информацию. Что в таком случае понимать под знанием? В статистической (математической) теории информации К. Шеннона сообщение рассматривается не как осмысленное знание о фактах действительности, а лишь как некоторая последовательность знаков, например, букв алфавита. Для исчисления количества информации важно лишь одно – знаем мы или не знаем, из какого числа и сочетания знаков образовано ожидаемое сообщение. В качестве основного условия выдвигается разделение знаковой (синтаксической) и смысловой (семантической) сторон сообщения при полном абстрагировании от семантики (смысла слова). Для случая с телеграфным аппаратом, не воспринимающим смысла слов, достаточна лишь последовательность цифровых кодов букв, посылаемых по линии связи. А поскольку общая теория информации включает в себя и телеграфную связь, то для такой теории представление сообщений только в синтаксической форме вполне оправдано.

Однако это противоречит представлениям о человеческой коммуникации посредством естественного языка. Здесь логический смысл играет ведущую роль, и вообще семантическая организация существенно определяет синтаксический строй высказывания. Даже логический строй не исчерпывает всего качества мышления, поскольку он зависит и от эмоциональных оценок, и от образных составляющих, и от воли говорящего. Таким образом, полное отвлечение от качественной стороны информации – существенный пробел математической теории исчисления количества информации, так как качество вообще не сводимо к количеству, и одним количеством «бит» не выразить качественной стороны (природы) информации.

Вопрос о том, как можно получить качественную характеристику информации широко обсуждался в кибернетике в 60–70–х годах ХХ столетия. Одним из традиционных подходов является термодинамический. В термодинамическом подходе информация противопоставляется энтропии (мере хаоса в системе) и выступает как мера упорядоченности системы. Из этого утверждения можно сделать вывод о том, что чем выше степень организованности системы, тем выше ее информационная насыщенность. Н. Винер определил информацию как меру организации состояния и групп состояний.

Поскольку энтропия как мера дезорганизации материальных систем – это отрицательная характеристика, то ею неудобно пользоваться для описания эволюции в природе. Поэтому в 50-х годах ХХ столетия французский физик-теоретик Л. Бриллюэн ввел противоположное понятие – негэнтропии как меры организованности или упорядоченности и дал обоснование негэнтропийного принципа в определении информации. В сущности он отождествил информацию с негэнтропией. Следовательно природу информации и энтропии выражает их противоположная связь с организацией материальных систем.

В настоящий момент неясен процесс перехода информации в свою связанную форму - негэнтропию. Недостаточно изучены критерии и методы оценки количества и качества информации, особенно в общественных системах. Наиболее общими закономерностями в процессах передачи, превращения, обработки и хранения информации (или ее связанного вида: негэнтропии (ОНГ)) занимается новая наука - инфодинамика. Исходные положения инфодинамики следующие:

1. Универсум состоит из иерархически и интерактивно взаимосвязанных систем. Их пределы, структура и функции разнообразны, но все они существуют объективно.

2. Каждая система обязательно содержит вещество (массу), энергию и негэнтропию. Можно рассчитать их эквивалентное суммарное количество и соотношение преобладающих форм.

3. Информацией является любая связь между системами, в результате которой увеличивается негэнтропия хотя бы одной из этих систем.

4. Сознание, мысли, наука и другие результаты умственной деятельности человека и общества являются вторичной реальностью т.е. приближенными моделями реального мира. Однако и они являются объективно существующими информационными системами.

5. Не существует абсолютной информации. Есть многомерная информация относительно цели и события в системе, содержащаяся в другом событии или объекте. Системы взаимодействуют между собой путем передачи массы, энергии, ОЭ и ОНГ. В процессе обмена как масса и энергия, так и ОНГ могут концентрироваться или рассеиваться. В процессе инфообмена информацией считается только такая связь между системами, в результате которой повышается количество ОНГ хотя бы одной системы.В остальных случаях мы имеем дело с рассеянием информации, массы или энергии, или просто шумом.

Связанная форма информации - ОНГ содержится в каждой системе вместе с массой и энергией. Однако ее определение, также как и выяснение процессов ее превращения и переходов часто представляет большие трудности.

По вопросу упорядоченности, энтропии поля высказаны различные мнения. С одной стороны утверждается, что поля обладают бесконечной энтропией, разнообразием, беспорядком. С другой стороны считалось, что объединенное суперполе имеет нулевую энтропию, что оно обладает абсолютной упорядоченностью, бесконечным ОНГ, энергией. В действительности, как и все системы, любое поле имеет как ОЭ, так и ОНГ. Чем больше поле локально возбуждается, вибрирует с образованием волн и материальных частиц, тем больше оно содержит ОНГ. Конечно, в поле значительно труднее определить характерные для системы признаки: элементы, их взаимоотношения и целостность. Однако, и здесь признаки системной дифференциации элементов в любом случае существуют. В качестве первичных элементов поля как системы выделяются кванты. Выяснено, что квантовое дискретное строение имеют не только электромагнитные, но и гравитационные волны и даже пространство и время. Система может быть комбинирована из различных полей, с квантами различного энергосодержания и разной степенью их когерентности. Исследование квантовой структуры полей дает возможность выяснить содержание в них связанной информации (ОНГ).

Наиболее содержательная качественная характеристика информации выработана с общенаучных позиций на основе категорий разнообразия, отражения и взаимодействия. Информация в самом общем ее понимании представляет собой меру неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, меру изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принципиальная разница между синергетикой и кибернетикой в изучении самоорганизующихся систем ?

2. Что составляет предмет теоретической кибернетики ?

3. Каковы исходные понятия и принципы кибернетики ?

4. В чем смысл кибернетической концепции поведения и гомеостаза?

5. Что такое информация как понятие кибернетики и как она соотносится с энтропией и негэнтропией ?

6. Какие исходные положения заключает в себе новая наука – инфодинамика ?

7. Как определяется понятие информации с общенаучных, философских позиций ?







Сейчас читают про: