24. Кибернетика: предмет исследования, особенности.
Автор: Анохина Мария
Кибернетика – наука об управлении на базе информации; то, что живое – уникальная информационная система, где есть кодирование, способы считывания и управления информацией – это факт. И возник новый соблазн определить жизнь как форму существования информации и кодирующих ее структур.
Кибернетика связывается в своем начале с именем Норберта Винера, англо-американского ученого, который во время Второй Мировой войны пытался решить проблемы самонаведения артиллерийских систем, которые сбивали вражеские самолеты. И он понял, что система, которая могла бы предсказывать поведение другой системы, а самолет, во-первых, обладает само ограничениями по маневрам, внутри него находится летчик, который также свободен в выборе маневра, который он может осуществлять на самолете определенной марки, должна учитывать вот эти поправки на управление и высказал идею, что можно создать науку, которая выработала некий общий подход к процессам управления в системах самой разной природы. Он даже предположил, какой должна быть такая система, которая бы могла учитывать информационные процессы как основу управления. Именно Винеру принадлежит идея, которая была реализована всем развитием электронно-вычислительной техники. Он сказал о том, что вычислительные устройства должны состоять из электронных ламп, а не из зубчатых механизмов. Так собственно возникла идея электро-механических реле для того, чтобы обеспечить быстрое действие. И еще одно требование, которое сформулировал Винер и которое было реализовано – использование не десятичной, а двоичной системы, по принципу 0, 1 = включено, выключено. И вот с этого момента началось развитие стратегической линии человечества на использовании машин, которые ранее были всецело зависящими от воли человека, а сейчас все больше приобретают способность самостоятельно решать все расширяющийся круг задач.
Классическое представление о мире, состоящем из материи и энергии, уступило место представлению о мире, состоящем из трех составляющих: энергии, материи и информации.
Информация – обозначает меру организованности системы в противоположность понятию «энтропия» как меры неорганизованности.
Заслуга Винера в том, что после него, когда он показал принципиальное значение информации в процессах управления, картина классической науки, что мир состоит из вещества и энергии, сменилась представлениями о том, что мир состоит из вещества, энергии и информации.
Управление – информационный процесс. Все об этом знают – расхожее утверждение: «Кто владеет информацией, тот владеет миром». Посмотрите сколь разные определения информации использует наука. Вспомним, какое определение информации мы использовали на информатике. Информатика – раздел, выделившийся из кибернетики.
Докибернетическое понятие информации связывало информацию с совокупностью сведений, данных из знаний. И развитие кибернетики уточнило понятие информации и показало, что у информации множество свойств.
Информация: подходы к определению
информация как отраженное разнообразие,
информация как устранение неопределенности (энтропии),
информация как связь между управляющей и управляемыми системами
информация как преобразование сообщений
информация как единство содержания и формы,
информация - это мера упорядоченности, организации системы в ее связях с окружающей средой
Единица измерения информации бит – сокращение от «Binary digIT».
Соответственно, преобразование информации, возможность ее передачи и возможность ее изменения как раз влияет на организацию системы, на то, как при объединении элементов в системе возникает нечто новое – организованность, согласованность поведения элементов в системе.
Кибернетика как наука об управлении имеет объектом изучения не любые системы, а только те, в которых есть процессы управления. И для этого у системы должны быть ключевые свойства.
Свойства информации:
способность управлять процессами
способность передаваться на расстоянии
способность подвергаться переработке
способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во времени
способность переходить из пассивной формы в активную
И рассматривая сложные динамические системы, кибернетика не изучает их полностью, детально. Кибернетика отвлекается от свойств, не связанных напрямую с процессами управления, то есть изучает объекты мира как кибернетические системы, моделирует, отказывается от неважного. Сосредотачивается только на тех сторонах функционирования систем, которые связаны с протеканием в системах процессов управления, то есть процессов сбора, обработки и хранения информации, а также ее использования для целей управления. Соответственно, система может считаться управляемой, то есть кибернетической системой, независимо от того, является она по веществу живой, или технической, или неживой, или социальной. Особенность кибернетики в том, что это первая наука, предмет которой был сформирован не по веществу, а по функциям исследуемых систем.
К основным задачам кибернетики относятся:
установление фактов, общих для всех управляемых систем или по крайней мере для некоторых их совокупностей;
выявление ограничений, свойственных управляемым системам, и установление их происхождения;
нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы;
определение путей практического использования установленных фактов и найденных закономерностей
Структура кибернетических знаний:
Кибернетика пользуется методом аналогии, распространяя познанные на базе изучения одного объекта свойства на другие, то есть использует такую относительную точку зрения на систему.
Кибернетический подход отличается:
относительностью точки зрения на систему;
учетом влияния среды.
В чем относительность такого взгляда? Самолет может рассматриваться как кибернетическая система, если отрабатываются какие-то параметры управления, а может быть физической системой – если, например, отрабатываются параметры изгиба крыла для лучшего обтекания потока воздуха.
В кибернетике отвлекаются от конкретных особенностей изучаемых систем, выделяют закономерности, общие для некоторого множества систем, и вводят понятие абстрактной кибернетической системы.
То есть кибернетические задачи – это задачи не всеобъемлющие. Там нет детализации. Поэтому применение понятие «кибернетическая система» к конкретному объекту зависит не только от свойств самого объекта, но и от целей исследования систем. Поэтому говорится о том, что любая изучаемая в теории управлении, кибернетике система является абстрактной кибернетической системой.
Управление – это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся для этого информации из множества возможных воздействий, улучшающее его функционирование или развитие.
Принцип обратной связи в управлении:
если поведение системы усиливает внешнее воздействие, то мы имеем дело с положительной обратной связью, а если уменьшает, то с отрицательной обратной связью.
Важно, что в кибернетике управление – это не любое воздействие на объект, а только то воздействие, которое выбрано из нескольких возможных, а соответственно, чтобы сложилось представление о том, что есть несколько сценариев развития, об этом должна быть информация. И выбранный сценарий развития всегда связан с улучшением функционирования системы или увеличением длительности функционирования системы. Если в результате воздействия система разрушилась, то такое воздействие кибернетика не считает управлением.
Для того, чтобы в системе происходили процессы управления, обязательно система должна быть во взаимодействии с окружающей средой. Это взаимодействие называют обратной связью. И очень важно, какая это обратная связь. Есть положительная, есть отрицательная обратная связь. Если поведение системы усиливает внешнее воздействие, то это положительная обратная связь. Если поведение ослабляет – отрицательная обратная связь.
Например, наш организм перемещается по лестнице, мы оступились. Если мы предварительно не раскачали свой организм, он функционирует нормально, в автоматическом режиме управленческие сигналы будут посланы к мышцам для того, чтобы занять вертикальное положение. Источник сигнала будет связан с вестибулярным аппаратом. Наш организм – система с обратной связью. В этом примере тип обратной связи – отрицательный.
Организм не усиливает воздействие внешней среды, а пытается их ослабить. Кибернетическая система управляется именно за счет этой обратной связи. Поэтому свойством управляемости обладает не любой сложный объект, а только объект, находящийся во взаимодействии со средой, и объект, состоящий из множества неодинаковых, сложных элементов. Любое воздействие на поведение управляемой системы объекта управления направлено на то, чтобы изменить ее параметры. Не в любом направлении, а только в направлении, улучшающим функционирование или длительность ее существования.
Кибернетика
оказала влияние на содержание и методологию всех наук;
интегрировала естественные, общественные и технические науки.
создала из понятий частных наук структуры новых понятий, новый язык науки: информация, управление, обратная связь, система, модель, алгоритм и другие понятия обрели общенаучный статус.
Заслуга кибернетики в том, что в рамках кибернетического подхода был выдвинут понятийный аппарат, ставший фактически новым языком всех наук – и естественных, и общественных, и социальных наук. И конечно, очень сильное влияние техники. И сегодня наиболее обсуждаемая тема, связанная с развитием техники – проблематика искусственного интеллекта.