книги из ГПНТБ / Бирюков, Б. В. Кибернетика и методология науки

нию), слово «кибернетика» весьма модно, и его нередко используют те, кто не имеет о ней представления по су­ ществу; если выяснится, что «кибернетика» есть всего лишь «автоматическое управление», то придется признать, что «кибернетика» — слово ненужное. Отсюда — призыв

квыработке «формально определенных» рамок киберне­ тики; докладчик предлагал за «круглым столом» уточ­ нить предмет этого научного направления (Л. С. Алеев с соавт., 1971).

Однако возникшая на Конгрессе дискуссия не привела

ккаким-либо «строгим» определениям кибернетики и ее

основных понятий. На деле напрашивающийся сам собой переход от общего определения кибернетики как науки к определению кибернетической системы и далее — к абст­ рактным моделям этой системы вовсе не требует какогото «формального» определения кибернетики. В философ­ ском плане существенны но поиски такого определения, а трезвый учет тех характерных черт, которые присущи кибернетике как области знания и технической практики.

Кибернетика развилась как чрезвычайно широкое на­ учное и техническое направление. С одной стороны, ее прогресс был связан с конструированием и применением сложных автоматов, с автоматизацией производства, с электроникой и универсальными цифровыми машинами. С другой стороны, к кибернетическим постановкам задач ведет ряд дисциплин, издавна изучавших процессы управ­ ления и переработки информации в к о н к р е т н ы х обла­ стях, например, такие разделы науки о жизни, как теория эволюции, генетика и нейрофизиология. И, конечно, в ки­ бернетику — в ее теоретическую часть — непосредственно влился (либо вступил с ней в тесную связь) мощный комплекс математических идей и теорий, таких, как тео­ рия информации, математическая логика и теория алгорит­ мов, линейное и динамическое программирование, теория игр и исследование операций, математическая лингвистика, логическая семантика и семиотика и др.

Широта «охвата» кибернетики, «стыковой» — на грани­ цах самых различных отраслей знания — характер ее проб­ лем и решений порождают такие результаты, которые во многом «необычны», философски неожиданны. Естествен­ но, что их мировоззренческое и методологическое осмыс­ ление стало одной из неотложных задач философской мысли. Теперь для всех очевидно, что кибернетика имеет

11

существенные философские стороны. Например, значи­ тельное число методологических проблем поставлено тео­ ретическими и практическими работами по созданию электронных цифровых вычислительных машин — этой главной технической базы кибернетики. А что уж гово­ рить о проникновении методов и идей математики, кибер­ нетики и логики в такие области, как биология или эко­ номические науки! Здесь философско-методологические вопросы составляют органическую часть соответствую­ щей проблематики.

Методологический анализ кибернетических идей и ре­ зультатов важен как для философии, так и для киберне­ тики. Мировоззренческий и методологический анализ, со­ здающий условия для широких научных синтезов, должен служить задаче повышения уровня и результативности научной работы в области кибернетики. С другой стороны, философские выводы из достижений кибернетики, совре­ менной — вооруженной электронной цифровой техни­ кой — математики, математической логики, теории авто­ матов и других кибернетических дисциплин способствуют обогащению диалектико-материалистического взгляда на мир.

В начале XX столетия начался период крутой ломки идей и представлений естественных наук. Прежде всего научная революция охватила теоретическую физику. Эта «крутая ломка» в естествознании на рубеже двух столе­ тий положила начало глубоким тенденциям в развитии науки, в конечном счете породившим кибернетику.

Разумеется, мыслители прошлого не могли включить кибернетику в совокупность тех отраслей знания, кото­ рые имеют фундаментальное значение для развития тео­ рии познания. Однако ныне она органически вошла в их числю: достижения кибернетики имеют громадное значе­ ние для исследования познавательного процесса. Осмыс­ ление сущности кибернетического подхода в науке — необходимая часть проблематики диалектико-материали­ стической философии, как известно, развивающей свою форму с каждым новым к р у п н ы м открытием в естест­ вознании.

12

2. Вклад кибернетики в научную картину мира. Сложные динамические системы управления

Мы начнем с характеристики значения кибернетики для построения научной картины мира. Включив в сферу изучения математическими и естественнонаучными мето­ дами некоторую «научную целину» в виде процессов управления и процессов хранения, переработки, передачи и восприятия информации (информационные процессы), особенно в сложных объектах, кибернетика ввела в обиход науки понятие чрезвычайно большой общности — поня­ тие системы управления. Предмет кибернетики — процес­ сы, протекающие в системах управления, общие законо­ мерности таких процессов.

В настоящее время имеется несколько отличающихся друг от друга содержательных (неформальных) опреде­ лений кибернетики. В основе одних из них лежит инфор­ мационный аспект, в основе других — алгоритмический, в иных отмечаются понятия причинной сети или обратной связи как выражающие специфику кибернетики. Однако во всех определениях обязательно указывается задача изуче­ ния математическими методами систем и процессов управления и информационных процессов (Л. Б. Баженов с соавт., 1963).

Можно сказать, что в отечественной науке сложилось устойчивое представление о предмете кибернетики. Под кибернетикой обычно понимают исследование процес­ сов управления в сложных динамических системах, осно­ вывающееся на теоретическом фундаменте математики и логики и использующее средства автоматики, особенно электронные цифровые вычислительные, управляющие и информационно-логические машины. Такую дефиницию кибернетики можно, например, прочитать во втором томе «Философской энциклопедии», в статье «Кибернетика», написанной коллективом специалистов (А. Берг с соавт., 1962, стр. 495).

Эта характеристика кибернетики, основывающаяся на работах А. И. Берга (1960,1961, 1961 а), ясно показывает, какие материальные образования служат объектами изу­ чения в кибернетике: это системы, состоящие из чрезвы­ чайно большого числа элементов и подсистем, взаимодей­ ствующих друг с другом по различным закономерностям ( с л о ж н ы е системы); системы, изменяющиеся во времс-

13

пи и пространстве ( д и н а м и ч е с к и е системы); систе­ мы, в которых осуществляются процессы управления, т. е. процессы, переводящие систему из одних состояний в другие в соответствии с некоторой целью, или задачей управления, вырабатываемой в самой системе или зада­ ваемой ей извне (системы у п р а в л е н и я ) .

Суть кибернетики — исследование того общего, что есть в закономерностях, лежащих в основе процессов управления в различных средах, условиях, областях. При этом процессы управления, изучаемые в кибернети­ ке, протекают в объектах, которые, в соответствии со сказанным выше, естественно называются сложными ди­ намическими системами. Мы не будем характеризовать это понятие (его характеристика была дана в работах: А. И. Берг, 1960, 1961, и И. Б. Новик, 1965; в монографии И. Б. Новика это понятие рассматривается в философском плане). Здесь достаточно содержащегося в самом термине указания на сложность и динамичность (изменяемость, способность к развитию) системы.

Со с л о ж н ы м и д и н а м и ч е с к и м и с и с т е м а м и у п р а в л е н и я человек имел дело, конечно, задолго до ки­ бернетики — и в познании, и особенно в практической дея­ тельности. Ведь и операции управления в технология, и процессы управления коллективами людей с целью реше­ ния тех или иных задач (например, транспортных, воен­ ных, финансовых и др.), и регуляционные процессы (фи­ зиологического, биохимического и т. и. характера), свя­

процессы, происходящие в сложных динамических систе­ мах. Но до кибернетики внимание обращали не на то,

Кибернетика впервые подошла к этим процессам с не­ которой общей точки зрения. И такой подход открыл сфе­ ру новых диалектических закономерностей и характери­ зующих их понятий (управление, информация, оптимиза­ ция, надежность, алгоритм, модель, обратная связь и мно­ гие другие). Эти диалектические закономерности — и соответствующие понятия, носящие по существу общена­ учный характер и приближающиеся по своему «статусу»

14

к философским категориям,— относятся прежде всего к процессам взаимодействия управляющей и управляемой системы (объекта управления) в рамках некоторого цело­

го — системы управления.

Понятие системы управления вводит в сферу исследо­ вания такие материальные образования (или такие аспек­ ты, стороны, «срезы» материальных образований), кото­ рые ранее, фактически, ускользали от научного анализа. Всякая система управления рассматривается как единст­ во управляющей системы и управляемой системы — объек­ та управления. Взаимодействие между этими системами — подсистемами единой системы управления — осуществля­ ется посредством передачи информации по каналам связи. Для управления объектом необходима информация о нем.

ганизованных живых существ — это центральная нервная система), где поступившая информация перерабатывается. Управляющая система на основе заложенной в ней (или в ней порождаемой) программы (алгоритма) управле­ ния вырабатывает команды управления, которые поступа­ ют на приемные органы объекта управления. Назначение этих команд (командной информации) состоит в том, чтобы перевести объект управления в состояние, соответствую­ щее цели управления: управляемая система, восприняв и переработав информацию о тех действиях, которые ей над­ лежит произвести («приказ центра управления»), приво­ дит в соответствующее состояние свои рабочие органы. Так как система управления находится в некоторой среде — источнике случайных или систематических помех — и так как элементы самой системы управления могут допускать ошибки в своей работе (они принципиально не могут функционировать абсолютно точно и надежно), управля­ ющая система должна располагать информацией о реаль­ ном выполнении управляемым объектом команд управле­ ния. Поэтому после выполнения «приказа» (или в ходе его выполнения) по соответствующим каналам происходит передача сообщений о характере его фактического осу­ ществления, т. е. о возникающих при этом индивидуальных особенностях реализации команды. Это осуществляется с помощью передачи сигналов по линиям обратной связи: по этим линиям управляющий орган (обычно через спе­

15

циальные приемные устройства) получает осведомитель­ ную информацию о реальном поведении управляемой си­ стемы, о том, в какой мере достигается цель управления. Если это поведение неадекватно задаче управления, то управляющая система посылает корректирующие прика­

зы и т. д.

Таким образом, процессы и акты управления неотдели­ мы от процедур переработки информации; проблема эф­ фективности управления — это прежде всего проблема рациональной организации информационных процессов.

Для простых систем очерченная схема управления достаточно тривиальна. Иначе обстоит дело в случае слож­ ных систем. Например, известно, что для современных развитых обществ, «переполненных» сложными система­ ми, управление — труднейшая задача. Для нормального функционирования социальных структур требуется обра­ ботка громадных массивов информации; при этом сроки такой обработки ограничены объективными условиями. Чтобы дать представление о сложностях, с которыми при этом приходится иметь дело, приведем некоторые расчеты. Если система содержит всего 100 элементов, каждый из которых может находиться всего в 10 состояниях, то чис­ ло всех возможных состояний системы выражается гигант­ ским числом: 10100 (вообще при п элементах, каждый из которых может находится в к состояниях, расчет числа г состояний системы производится по формуле г = кп). Ес­ ли в системе имеется п элементов, причем между всеми элементами возможны только парные связи, то число всех возможных связей (I) в системе определяется формулой

значит, например, что при 100 эле­

ментах число возможных парных связей составляет 4950 (и если, скажем, к телефонной станции присоединяется всего 10 новых номеров, то число проходящих через стан­ цию возможных телефонных связей возрастает более чем в 10 раз!). Но управлять — значит прежде всего воздейст­ вовать на с в я з и между объектами. И можно себе пред­ ставить, сколь трудной является эта задача, если система — «большая», состоящая из тысяч и десятков тысяч (и бо­ лее) элементов, могущих вступать в связи друг с другом, число которых составляет уже огромную величину. А что уж говорить, если принять во внимание число состояний системы как функцию не только состояний элементов, но

16

и состояния связей (конечно, необязательно парных) меж­ ду ними!

Для преодоления «кошмара сложности» природа и че­ ловек используют различные приемы «компановки» и моделирования процессов управления. Среди них важней­ ший — прием иерархического построения структуры си­ стемы и управления ею. Он состоит, грубо говоря, в том, что для решения задач управления — высокоэффективно­ го, в идеале оптимального, управления — создается (есте­ ственно возникает в ходе эволюции или специально конструируется человеком и т. п.) иерархия подсистем управ­ ления, причем вышележащая подсистема управляет программой работы — алгоритмом управления — нижеле­ жащей. Алгоритм более высокого уровня служит для оцен­ ки качества работы алгоритма нижележащего уровня и, используя информацию о работе последнего, вырабатыва­ ет команды, меняющие этот алгоритм. Обычно лишь са­ мый нижележащий алгоритм непосредственно управляет объектом управления. Алгоритмы остальных уровней ра­ ботают на улучшение нижележащих алгоритмов в усло­ виях меняющихся параметров среды, в которую погруже­ на вся система в целом; задача — добиваться соответствия, адекватности нижележащих алгоритмов реальной обста­ новке процесса управления. В конечном счете вся систе­ ма иерархически построенных программ управления — алгоритмов — направлена на повышение эффективности исполнительного (т. е. управляющего управляемой систе­ мой) алгоритма.

Описанная выше схема процесса управления носит чрезвыйно широкий, всеобщий характер. В частности, иерархический принцип является фундаментальным прин­ ципом строения любых материальных образований на определенной ступени возрастания их сложности. Перед нами фактически одна из форм взаимодействия вещей и объектов действительности — форма, определяющая бы­ тие любых о р г а н и з о в а н н ы х систем, по крайней мере начиная с биологической формы движения материи.

Неудивительно, что для кибернетики и теории инфор­ мации проблемы науки о жизни, вопросы медицины и т. п. были существенными источниками постановок задач. И то обстоятельство, что те кибернетические (математические, логико-математические и т. п.) схемы, которые были вы­ работаны в ходе их решения, оказались весьма родствен-

17

гег: аупжчитгй '

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА СССЙ

нЬгмп математическим построениям, развивавшимся в применении к другим областям (автоматизация производ ­ ства, проблемы управления экономикой и т. и.), явилось

ных системах техники, биологической жизни и общества с кибернетических позиций изучены еще далеко не доста­ точно: кибернетика очень молода. Но чрезвычайная важ­ ность их изучения очевидна, а достигнутые успехи вселя­ ют оптимизм. Возник целый комплекс математических теорий, в которых изучаются процессы управления и пе­

сформулированных критериев. Использование идей и средств кибернетики в вопросах биологии, физиологии и защиты жизни человека дали обнадеживающие результа­ ты, позволили более глубоко продвинуться в сущность процессов, протекающих в «больших» системах живого. Нет никакого сомнения в том, что значительная часть грядущего прогресса науки будет происходить по линии

средств кибернетики.

3. Принцип материального единства мира

Для уяснения предмета кибернетики, для целей гносео­ логического анализа ряда ее исходных понятий (например, понятий модели и моделирования), для рассмотрения ее ме­ тодов существенное значение имеет принцип материального единства мира. Принцип этот проявляется в наличии за­ конов (разной степени общности), которые присущи ка­ чественно различным предметам, явлениям, процессам и т. и. действительности. В отношении той области, которая составляет предмет изучения кибернетики, принцип этот конкретизируется следующим образом: был открыт фено­ мен одинаковости (или сходства) закономерностей, опре­ деляющих процессы управления и переработки информа­ ции в самых различных сферах реальности; была проде­ монстрирована возможность (и плодотворность) достаточ­ но общих математических и логико-математических

18

трактовок этих закономерностей на различных уровнях абстракции; тем самым было показано, что эти закономер­ ности — характерная черта движущейся материи (во вся­ ком случае, на определенном уровне ее усложнения и раз­ вития). Тем самым были раскрыты новые стороны единст­ ва природы, в свете которых понятна перспективность применения кибернетики и связанных с ней дисциплин, прежде всего теории информации, в биологии, в изучении

социальных процессов (Б. В. Бирюков, В. С. Тюхтин

1964).

На «одинаковости», в известном смысле, законов — одинаковости, проявляющейся, в частности, в совпадении их математических выражений,— в применении к явлени­ ям из достаточно различных областей, даже относящихся к различным формам движения материи — базируется, в частности, метод моделирования. Основой этого метода —• при всем многообразии видов моделирования в философ­ ском плане — является единство природы, ее пространст­ венно-временных характеристик, общих принципов дви­ жения материи. Рассматривая вопрос более конкретно, мы обнаруживаем основания моделирования в отношениях подобия (сходства, аналогии) между объектами, уточня­ емых с помощью математических понятий изоморфизма и гомоморфизма. Подобие выражает феномен общности структурной или информационной организации опреде­ ленных предметов и явлений природы или общества, в том числе объектов, принадлежащих к различным уровням организации материи и различным формам ее движения. В. И. Ленин в книге «Материализм и эмпириокритицизм» отметил слова Л. Больцмана о «поразительной аналогич­ ности» дифференциальных уравнений, описывающих раз­ личные по своей физической природе явления 2. Эта «по­ разительная аналогичность» отражает подобие объектов различной природы и различных уровней организации, делающее возможным моделирование, — она является одним из выражений е д и н с т в а п р и р о д ы, м и р а.

Именно в свете философского принципа единства ми­ ра, природы, объясняющего факт сходства структур, за­ кономерностей, информационных характеристик и поведе­ ния различных предметов и явлений действительности, сле­ дует подходить к оценке сферы применимости метода мо­

2 В. И. Ленин. Полное собрание сочинений, т. 18, стр. 306.

19

делирования: моделирование возможно — іі обычно пло­ дотворно! — везде, где имеет место упомянутое сходство.

Принцип материального единства мира неразрывно

ность вещей, объектов, явлений, процессов, часто качест­ венно глубоко различных, к разнообразным взаимодейст­ виям можно рассматривать, по сути дела, как проявление материального единства мира. На универсальности про­ цессов взаимодействия в природе основано свойство, ле­ жащее в фундаменте самого здания материи — свойство отражения (отображения). Это связано с тем, что изме­ нения (относительно устойчивые, статические «отпе­ чатки» или динамические процессы), возникающие в ве­ щах (объектах, процессах, явлениях) в ходе их взаимо­ действия, приводят к возникновению определенного «сходства» взаимодействующих вещей, к тому, что вещи могут рассматриваться как источник информации друг о друге, что можно говорить об изоморфизме (или гомомор­ физме) определенных «сторон» взаимодействующих ве­ щей, о том, что одна вещь (процесс, явление) является отображением другой; это отображение может носить весь­ ма «осязаемый» характер — тождество (в определенном смысле) структуры взаимодействующих вещей может быть наглядным; но оно может быть и достаточно опосред­ ствованным, усматриваемым лишь после соответствующе­ го анализа взаимодействующих вещей; различным града­

Примечательно, что именно развитие кибернетики, — в идейных рамках которой находят свое место все указан­ ные виды моделирования, а некоторые из них, особенно знаковое и математическое моделирование и моделирова­ ние на ЭЦВМ, играют в ней даже выдающуюся роль,—• открыло путь к осознанию глубокой общности всех этих «моделирований» с гносеологической точки зрения. Един­ ство различных на первый взгляд областей, которое вскрывают математические модели и относящиеся к ним методы, имеет глубокие причины в материальном мире. «Близость тех структур, которые изучаются в этих (ма­

20