Кибернетика, синергетика, информатика. Учебное пособие

можно представить моделью системы с обратной связью. Иными словами, если

для функционирования (жизни) большинства известных нам объектов Вселенной в первом приближении допустимо отсутствие или достаточно наличие обратной связи, то для человека она необходима, но не достаточ-

на. Не потому ли при управлении в социальных системах необходимо, в частности, учитывать ментальность народа, психологию управления в том или ином социуме, представление социума в виде совокупности субъектов, а не объектов в кибернетическом смысле? Как не вспомнить здесь изречение из Лао-Цзы "Тот, кто знает других, – ученый; тот, кто знает себя, – мудрый". Для исследования подобных объектов помимо системного необходим еще и когнитивный подход, ориентированный на решение слабоструктурированных (по Г. Саймону) задач и исследование «мягких» (слабоструктурированных) систем. Для них характерны многоаспектность, трудная формализация, наличие существенных неопределенностей, описание на качественном уровне, неоднозначность оценки последствий решений, выбора вариантов и т.д.

Теперь можно уточнить объекты и предметы исследования кибернетики (в узком смысле понимания ее).

Как следует из изложенного, объектом кибернетики является управление в

целевых устойчивых управляемых равновесных системах8, а предметами – общие принципы, цели и закономерности управления и функционирования, механизмы целенаправленного и самоконтролируемого поведения таких систем: их установление, анализ, выявление ограничений; исследование обратных связей, как правило, линейных, реже, нелинейных с наличием ограничений (как при регулировании); устойчивости, организованности систем, а также информации и кодирования как составляющих управленческих процессов.

Что касается методов исследования, используемых в кибернетике, то помимо общих (применяемых в естественно-научных дисциплинах) методов, таких как анализ и синтез, наблюдение и экспериментирование, аналогия и сравнение и т.п., она выработала еще и свои, такие, например, как "черного ящика", машинного экспериментирования, имитационного моделирования, распознавания образов. Общей методологической базой всех этих методов является то, что они ориентированы на разработку и применение абстрактных математических соотношений без учета, как правило, физических (химических, биологических, …) особенностей в модельном представлении объекта, с учетом, в основном, информационных и лишь частично вещественно-энергетических управленческих процессов в нем, гомеостатики и отрицательной обратной связи, линеаризации нелинейностей, а также на поиск единственного, в частности оптимального по какому-либо критерию, пути развития объекта, причем его упрощенного модельного представления. Собственным в кибернетике стало и понятие истинности: истинным считаются не только те выводы (результаты), которые подтверждаются корректным физическим экспериментированием с объектом, но и те, которые могут быть подтверждены корректным машинным

8 Сравни соотношение объектов химии и физики.

21

экспериментом, имитационным моделированием и/или опытом решения теоретических и практических задач на основе этих выводов. Сами по себе результаты кибернетики представляют собой "кибернетические" модели объектов мира в гораздо более широкой палитре, чем в "физической" или "химической" картинах мира, т.е. в большей совокупности значимых для субъекта выразительных средств модельного представления реальных объектов с точки зрения парных отношений "объект – модель – субъект – среда".

Как следует из изложенного, "кибернетические" модели реальных объектов дополняют (см. [1]) "физические" и "химические", в чем де-факто проявляется полимодельное представление реальности, когда каждая модель является ингерентной и касается разных аспектов строения, состава, свойств, правил, условий жизни (функционирования) таких объектов, в приложении к которым модели являются адекватными среде, объекту, цели, условиям, средствам, технологиям моделирования. Отличным от классической физической является и кибернетическая реализация системного подхода к исследованию объектов (см. п. 4, а также [6]).

22

4. СИНЕРГЕТИКА

Прежде всего на Вселенной Хаос зародился.

(Гесиод)

Противоположности, поставленные рядом, становятся более явными.

(Банавентура, 1221 – 1272 гг.)

В бурно развиваемой в последнее время идентичной (см. стр. 10) научной дисциплине синергетике (от греч. synergos – совместно действующий), так же, как и в кибернетике, основной упор делается на представление исследуемого объекта не столько статическими куомодными, сколько динамическими каузальными (от лат. causa – причина) моделями, отвечающими не только на вопрос "Как?", но и "Почему?", "За счет чего так?" устроен объект, как он эволюционирует, "живет" во времени.

Однако, в отличие от кибернетики, в частности, от эволюционной [18], синергетика занимается впрямую не вопросами управления, а самоорганизацией, саморазвитием объекта. В ней в качестве исследуемых рассматриваются такие объекты, которые относятся к классу неустойчивых, неравновесных, открытых (способных обмениваться с окружающей средой не только информацией, как в кибернетике, но и веществом, энергией), когерентных (имеющих согласованное протекание процессов), диссипативных (ослабевающих, угасающих, рассеивающих свои ресурсы /вещество, энергию, информацию/ в процессе функционирования).

Отличается синергетика от классической физики, химии и кибернетики и предметами исследования. Для нее предметами исследования являются не только структуры, но и принципы организации, возникновения, развития, самоусложнения или упрощения и разрушения объекта как системы; общие закономерности и граничные условия, характеризующие возникновение самоорганизующихся систем, их структур, функций, развитие, переходы от хаоса к порядку и, наоборот, от порядка к хаосу; точки бифуркации9 (состояния объекта – системы, после наступления которых возможно множество вариантов ее дальнейшего развития) и аттракторов10 (конечной области неминуемого схождения наиболее реальных траекторий развития системы после точек бифуркации, относительно устойчивых состояний, "притягивающих" к себе множество траекторий развития); нелинейная неравновесная динамика систем; нелинейная отрицательная и особенно положительная обратная связь. Усилия синергетиков направлены на исследование, установление и анализ этих предметов, их свойств, особенностей, правил "жизни" и т.д.

Как уже упоминалось на стр. 6, одним из факторов, отличающих друг от друга различные науки, является методология, используемые парадигмы, подходы, приемы, методы познания объектов и предметов исследования. В связи с

9От лат. bifurcus – раздвоенный; bis – дважды, furca – вилы.

10От лат. attrahere – притягивать.

23

этим в таблице 1 приведено сравнение классического элементного физикохимического, кибернетического и синергетического подходов к построению картины (моделей) мира (см. также [6, 19, 20]). Заметим, что приведенное в таблице противопоставление является условной, изолирующей абстрактной моделью реальных методологий, для которых на самом деле на современном этапе развития этих наук характерно взаимопроникновение не только отдельных элементов их методологий, но также объектов и предметов исследования (см., например, [21-24]).

24

Таблица 1

Сравнительное сопоставление элементного (раннего физико-химического), кибернетического и синергетического подходов к познанию мира

11 Гомеостаз (от греч. homoios – подобный и statos – стоящий, неподвижный) – способность поддерживать свои параметры и приспосабливаться к окружающей среде в допустимых пределах.

25

Продолжение таблицы 1

26

12 Структурные элементы системы – это наименьшие ее части (детали), поведение которых еще подчиняется структурным закономерностям функционирования (поведения) системы и которые определяют ее системные свойства.

27

12.Чаще всего объекты и процессы расСложные нелинейные системы и процесСложные процессы и системы рассматривасматриваются как допускающие примесы, где это только возможно, сводятся к ются как открытые, нелинейные, самоорганение к ним принципа суперпозиции, линейным с медленно меняющимися панизующиеся, самоконтролируемые, с нели-

28

5. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА

Судьба каждой истины сначала быть осмеянной, а потом уже признанной.

(А. Швейцер)

Желание постичь истину – заслуга даже тогда, когда на пути к ней заблуждаешься.

(К. Лихтенберг)

Все главные достижения наук связаны с преодолением претензий на универсальность.

(А.А. Любищев)

Теперь настала очередь определиться с понятиями "информация", "информатика" и их связями с уже рассмотренными понятиями.

Памятуя о том, что Ubi nihil, nihil (где нет ничего, там нет ничего – лат.), сделаем неожиданный шаг и поступим так, как в свое время поступили физики

ихимики. А именно, во-первых, признаем информацию как один из реальных объектов Вселенной, во-вторых, не будем вводить строгого определения понятия "информация", а рассмотрим его как основной объект исследования информатики, точнее, ее разделов – информологии, кибернетики, синергетики и др. разделов. Иными словами, будем полагать, что познание сути информации

иесть задача исследования объекта информологии – науки об информации, как раздела информатики. Тогда по аналогии с материей под информацией допустимо понимать нематериальный (в традиционном понимании материи) объект (субстанцию, субстрат) Вселенной, который определяет статику строения и динамику функционирования (жизни) и взаимодействия материальных объектов, один из возможных вариантов их появления, развития, настоящего и будущего

иобладает такими (признаваемого всеми для информации) свойствами, как невозможность проявления его вне (информационного) взаимодействия материальных объектов, передачи его в этом взаимодействии без возможной потери для одного материального объекта при приобретении другим и инвариантности к материальному носителю (независимость от носителя), неаддитивность, некоммуникативность, неассоциативность, несоответсвие между количеством

икачеством, неисчезаемость и неустареваемость, слабая зависимость ценности информации от затрат на ее получение, безграничность (в отличие от ограниченных материальных ресурсов) и т.д. Не будем столь придирчивы к деталям и корректности такого определения, как и не будем впадать в чистый холизм, а договоримся принять его как отправное для детальных исследований и корректировок модельных представлений о нем (вспомним эволюцию модельных представлений о материи, тепле, эфире и т.п.). При таком подходе многие существующие определения информации и меры количественного измерения ее (см., например, [1-6, 10, 12-14, 25, 26]) могут рассматриваться либо как модельные представления ее отдельных элементов, сторон, граней (как в физике имеют место разные объекты исследования в механике, оптике, ядерной физике и т.д.) или как не имеющие первичной реальности либо касающиеся лишь

29

вторичных объектов и предметов рассмотрения, как заменяющих информацию ее проявлением, конкретной реализацией (см., например, определение информации по Г. Кастлеру [25]). Такой подход к пониманию информации позволит, как надеется автор, понять тот факт, что сложность информационного существа, процессов, структур, … (как, в частности, и алгоритмов) не тождественна сложности порождаемых ими продуктов (эффектов, структур, процессов, …). Сравнительно небольшие изменения первых могут приводить к существенным изменениям вторых. Может оказаться, что тем самым будет либо расширено понятие материи (как сейчас в нее добавляют вакуум), либо между самой первичной, низшего, тонкого уровня составляющей материи и нематериальной информацией будет выявлена прямая взаимоосвязь (например, связь вида – этот субстрат материи – физическое поле есть первичный носитель, источник, приемник информации) (см., например, [26]). Не на этом ли пути лежит познание мозга, сознания, сна, чувств и т.д.?

Наконец, коснемся понятия "информатика" и связи между собой кибернетики, синергетики и информатики как научных дисциплин. Прежде всего отметим триединство информатики. В современном представлении она есть фундаментальная и прикладная наука, а также область практической деятельности человека, занимающиеся исследованием сущности, закономерностей и решением проблем создания и исследования средств и технологий сбора, обработки, включая кодирование, анализа, интерпретации и применения информации, а также решением разнообразных задач применения информации, информационных технологий, процессов, средств, ресурсов и структур в естественных и искусственных живых и неживых материальных объектах, организмах и сообществах [6, 10]. Ее отличительные особенности видны из схемы 1.

Рассматривая связь кибернетики, синергетики и информатики, можно представить их планарно, на плоскости, когда некоторые из них можно считать частью других. Например, кибернетику и синергетику можно рассматривать как составные элементы формальной информатики, состоящей помимо формальной также из технической, прикладной, технологической, а также гумани- тарно-экономической частей (см. рис. 2) [6]. С другой стороны, информатику, точнее некоторые ее разделы, такие как теория и системы искусственного интеллекта, информология, теоретические основы вычислительной техники и т.д., можно считать частью кибернетики, а некоторые – синергетики. Эта проблема легко разрешается, если учесть, что, с одной стороны, каждая научная дисциплина (так же как в физике механика, оптика, ядерная физика и т.д.) имеет свои специфические объекты, предметы и методы исследования и поэтому может быть составной частью другой научной дисциплины, рассматривающей более обобщенно эти и подобные предметы и методы исследования, с другой, возможно не планарное, а объемное представление каждой из научных дисциплин. При объемном представлении можно выделить такое "объемное сечение" одной из дисциплин, в которое попадают отдельные (объемные же) части других дисциплин, рассматриваемых как самостоятельные, самодостаточные, довольно общие с точки зрения своих объектов, предметов и методов исследования.

30