Кибернетика и синергетика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

    Введение……………………………………………………………

1. Кибернетика как наука, основные понятия кибернетики………………………...

2. Вклад кибернетики в научную картину мира……………………………………

3. От хаоса к порядку. Синергетика как наука

4. Синергетические закономерности

5. Значение синергетики для современной науки и мировоззрения

    Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

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.