Кибернетика

Оглавление.

 

 

 

Кибернетика как наука, основные понятия кибернетик

 

Вклад кибернетики в научную  картину мира

 

От хаоса к порядку. Синергетика как наука 

 

Синергетические закономерности

 

Значение синергетики  для современной науки и мировоззрения 

 

 

 

Вводная часть

 

Фронт современной науки  простирается от сравнительно частных, конкретных концепций относительно различных областей физического  и химического мира, до глубочайших  теорий, охватывающих различные сферы  природы, общества и технической  деятельности человека. К последним  следует отнести кибернетику  и синергетику. Поражает дерзость новых  наук. Первая посягнула на познание механизмов управления в разных системах. Вторая -на проблему самоорганизации  самой материи, творения нового.

 

Рассмотрим различного рода системы, представляющие на первый взгляд смесь различных и далеко отстоящих  друг от друга предметов и явлений. В мире есть "самодействующие" физические системы (от атома до планетарных  систем и звездных ассоциаций), химические системы (например, органические соединения, биополимеры), биологические системы (растения, животное, человек), социальные системы (коллективы, отрасли производства, народное хозяйство, общество в целом). На самом деле, во всех этих системах есть общие свойства: способность  к самодействию, подчиненность законам  управления, процессы переработки информации, способность к самонастройке  и самоорганизации и др. Изучением  процессов управления в природе, обществе и технике и занимается наука кибернетика.

 

1. Кибернетика как наука,  основные понятия кибернетики

 

 

 

Кибернетика - наука об общих  закономерностях процессов управления и передачи информации в технических, биологических и социальных системах. Она сравнительно молода. Её основателем  является американский математик Н. Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу "Кибернетика, или управление их связь в животном и машине". Своё название новая наука получила от древнегреческого слова "кибернетес", что в переводе означает "управляющий", "рулевой", "кормчий". Она  возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс  как живых, так и неживых систем.

 

Со сложными системами  управления человек имел дело задолго  до кибернетики (управление людьми, машинами; наблюдал регуляционные процессы у  живых организмов и т.д.). Но кибернетика  выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику. В “докибернетический”  период знания об управлении и организации  носили “локальный” характер, т.е. в отдельных областях. Так, еще  в 1843 г. польский мыслитель Б. Трентовский  опубликовал малоизвестную в  настоящее время книгу “Отношении философии к кибернетике как  искусству управления народом”. В  своей книге “Опыт философских  наук” в 1834 году известный физик  Ампер дал классификацию наук, среди которых третьей по счету  стоит кибернетика – наука  о текущей политике и практическом управлении государством (обществом).

 

Эволюция представления  об управлении происходила в форме  накопления, суммирования отдельных  данных. Кибернетика рассматривает  проблемы управления уж ком фундаменте, вводя в науку новые теоретические  “заделы”, новый понятийный, категориальный аппарат. В общую кибернетику  обычно  включают теорию информации теорию алгоритмов, теорию игр и  теорию автоматов, техническую кибернетику.

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА - отрасль  науки, изучающая технические системы  управления. Важнейшие направления  исследований разработка и создание                     автоматических и автоматизированных систем управления, а также                     автоматических устройств и комплексов для передачи, переработки и хранения  информации.

 

К основным задачам кибернетики  относятся:

 

1) установление фактов, общих  для управляемых систем или  для некоторых их совокупностей;

 

2) выявление ограничений,  свойственных управляемым системам. и установление их происхождения;

 

3) нахождение общих законов,  которым подчиняются управляемые  системы;

 

     4) определение  путей практического использования  установленных фактов и найденных  закономерностей.

 

“Кибернетический” подход к системам характеризуется рядом  понятий. Основные понятия кибернетики: управление, управляющая система, управляемая  система, организация, обратная связь, алгоритм, модель, оптимизация, сигнал и др. Для систем любой природы  понятие "управление" можно определить следующим образом: управление - это  воздействие на объект, выбранное  на основании имеющейся для этого  информации из множества возможных  воздействий, улучшающее его функционирование или развитие. У управляемых систем всегда существует некоторое множество  возможных изменений, из которого производится выбор предпочтительного изменения. Если у системы нет выбора, то не может быть и речи об управлении.

 

Есть существенная разница  между работой дачника, орудующего лопатой, и манипуляциями регулировщика - "гибэдэдэшника" на перекрестке  улиц. Первый оказывает на орудие силовое  воздействие, второй - управляет движением  автомобилей. Управление - это вызов  изменений в системе или перевод  системы из одного состояния в  другое в соответствии с объективно существующей или выбранной целью.

 

Управлять - это и предвидеть те изменения, которые произойдут в  системе после подачи управляющего воздействия (сигнала, несущего информацию). Всякая система управления рассматривается  как единство управляющей системы (субъекта управления) и управляемой  системы - объекта управления. Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешней среде. Поведение  любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей с  окружающей средой. Поскольку все  объекты, явления и процессы взаимосвязаны  и влияют друг на друга, то, выделяя  какой-либо объект, необходимо учитывать  влияние среды на этот объект и  наоборот. Свойством управляемости  может обладать не любая система. Необходимым условием наличия в  системе хотя бы потенциальных возможностей управления является ее организованность.

 

Чтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых  элемента:

 

1. Каналы сбора информации  о состоянии среды и объекта.

 

2. Канал воздействия на  объект.

 

3. Цель управления.

 

4. Способ (алгоритм, правило)  управления, указывающий, каким образом  можно достичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии  среды и объекта.

 

Понятие пели, целенаправленности. Основатель кибернетики Н. Винер  писал, что "действие или поведение  допускает истолкование как направленность на достижение некоторой цели, т.е. некоторого конечного состояния, при котором  объект вступает в определенную связь  в пространстве и во времени с  некоторым другим объектом или собы­тием" (Кибернетика. М., 1968. С. 288). Цель определяется как внешней средой, так и внутренними  потребностями субъекта управления. Цель должна быть принципиально достижимой, она должна соответствовать реальной ситуации и возможностям системы (управляющей  и управляемой). За счет управляющих  воздействий управляемая система  может целенаправленно изменять свое поведение. Целенаправленность управления биологических управляемых систем сформирована в процессе эволюционного  развития живой природы. Она означает стремление организмов к их выживанию  и размножению. Целенаправленность искусственных управляемых систем определяется их разработчиками и пользователями.

 

Понятие обратной связи. Управление по "принципу обратной связи". Вели между воздействием внешней Среды  и реакцией системы устанавливается  связь, то мы имеем дело с обратной связью. Принцип обратной    связи характеризует информационную и простран­ственно-временную зависимость  в кибернетической системе. Если поведение системы усиливает  внешнее воздействие, то мы имеем  дело с положительной обратной связью, а если уменьшает, -то с отрицательной  обратной связью. Понятие обратной связи имеет отношение к цели управления. Поведение объекта управляется  величиной ошибки в по­ложении объекта  по отношению к стоящей цели. Яркий  пример обратной связи - работа термопары  в холодильнике.

 

Понятие информации. Управление - информационный процесс. информация - "пища", "ресурс" управления. Поэтому кибернетика есть вместе с тем наука, об информации, об информационных системах и процессах. Самый исходный смысл термина "информация" связан со сведениями, сообщениями и их передачей. Бурное развитие в нашем  веке телефона, телеграфа, радио, телевидения  и других средств массовой коммуникации потребовало повышения эффективности  процессов передачи, хранения и переработки  передаваемых сообщении информации. "Докибернетическое" понятие информации связано с совокупностью сведений, данных и знаний. Оно стало явно непонятным, неопределенным с возникновением кибернетики. Понятие информации в кибернетики уточняется в математических "теориях ин­формации". Это теории статистической, комбинаторной, топологической, семантической информации.

 

В отечественной и зарубежной литературе предлагается много разных концепций (определений) информации:

 

информация как отраженное разнообразие,

 

информация как устранение неопределенности (энтропии),

 

информация как связь  между управляющей и управляемой  системами,

 

информация как преобразование сообщений,

 

информация как единство содержания и формы (например, мысль - содержание, а само слово, звук - форма),

 

информация - это мера упорядоченности, организации системы в ее связях с окружающей средой.

 

Общее понятие информации должно непротиворечиво охватывать все определения информация, все  виды информации. К сожалению. такого универсального понятия информации еще не разработано.

 

Информация может быть структурной, застывшей, окостенелой. например, в минералах, машинах, приборах, автоматических линиях. Любая машина - это овеществленная научная и  техническая информация, разум общества, ставший предметом.

 

Информация может быть также функциональной, " актуальным управлением". Информация измеримая  величина. Она измеряется в битах.

 

Каковы свойства информации? Первое - способность управлять физическими, химическими, биологическими и социальными  процессами. Там, где есть информация, действует управление, а там, где  осуществляется управление, непременно наличествует и информация. Второе свойство информации - способность  передаваться на расстоянии (при перемещении  инфоносителя). Третье - способность  информации подвергаться переработке. Четвертое - способность сохраняться  в течение любых промежутков  времени и изменяться во времени. Пятое свойство - способность переходить из пассивной формы в активную. Например, когда извлекается из "памяти" для построения тех или иных структур (синтез белка, создание текста на компьютере и т. д.).

 

Информация существенно  влияет на ускоренное развитие науки. систем управления, техники и различных  отраслей народного хозяйства. Политика, политическое управление, экономика - это концентрированная смысловая  информация, т. е. такая, которая перерабатывается человеческим сознанием и реализуется  в различных социальных сферах. Она  обусловлена политическими, экономическими потребностями общества и циркулирует  в процессе управления производством  и обществом. Социальная информация играет огромную роль в обеспечении  правопорядка, работы правоохранительных органов, в деле образования и  воспитания подрастающих поколений. Информация -неисчерпаемый ресурс общества. Информация - первооснова мира, всего сущего. Современным научным обобщением всех информационных процессов в  природе и обществе явилась информациология -генерализованная наука о природе  информации и законах информации.

 

Понятие самоорганизации. В  современную науку это понятие  вошло через идеи кибернетики. Процесс  самоорганизации систем обусловлен таким неэнтропийным процессом, как управление. Энтропия -мера неорганизованности, хаоса. Энтропия и информация, как  правило, рассматриваются совместно. Информация - это то, что устраняет  неопределенность, количество "снятой" неопределенности. Тенденция к определенности, к повышению информативности - процесс  негэнтропийный (процесс с обратным знаком).

 

Термин "самоорганизующаяся система" ввел кибернетик У. Росс Эшби для описания кибернетических систем. Для самоорганизующихся систем характерны:

 

      1) Способность  активно взаимодействовать со  средой, изменять ее в направлении,  обеспечивающим более успешное  функционирование системы:

 

2)наличие определенной  гибкости структуры или адаптивного  механизма, выработанного в ходе  эволюции;

 

3)непредсказуемость поведения  самоорганизующихся систем;

 

      4)способность  учитывать прошлый опыт или  возможность научения.

 

Одним из первых объектов, к  которым были применены принципы самоорганизации, был головной мозг.

 

Использование понятий и  идей кибернетики в вопросах физики, химии, биологии, социологии, психологии и других науках дали превосходные всходы, позволили глубоко продвинуться в сущность процессов, протекающих  в неживой и живой природе. Нет никакого сомнения в том, что  грядущий XXI век и прогресс естествознания и науки всей будет протекать  по линии изучения закономерностей  управляющих процессов в сложноорганизованных системах. Самоорганизующаяся система - это познавательная модель науки XXI века.

 

2. Вклад кибернетики в  научную картину мира

 

Кибернетика устранила ту принципиально неполную научную  картину мира, которая была присуща  науке XIX и первой половине XX века. Классическая и неклассическая наука строила  представление о мире на двух фундаментальных  постулатах - материя и энергия. Создавала  вещественно- энергетическую, вещественно- полевую картину мира.

 

На постулатах о материи  и энергии строились представления  о пространстве и времени. Но в  палитре научной картины мира не хватала важнейшей " краски" - информации. Самая глубокая причина  сопряжения пространства и времени, а равно всех изменений в мире проистекает из изменения массы, энергии и информации. Опыт развития науки последнего времени показал, что реальный мир состоит из этих предельно фундаментальных элементов- Системы материальных объектов, вещественно-энергетические процессы являются и носителями, хранителями  и потребителями информации. И  подобному тому, как Эйнштейн установил  закон эквивалентности вещества и энергии, есть закон (не открытый еще) эквивалентности массы, энергии  и информации. Кибернетика (вместе с  теорией информации) дала новое представление  о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи, целенаправленности. Создала информационную картину  мира. Не энергия, а информация выйдет в XXI столетии на первое место в мире научных понятий.