5. Информатика как основа синтеза наук: теория информации (к. Шеннона). Роль кибернетики в развитии междисциплинарных связей (г. Клаус, н. Винер)

Информатика как синтез и Шеннон

Сейчас на роль «синтезатора наук» претендуют синергетическая и информационная парадигмы. Представляется, что на следующем уровне синтеза системных наук главенствующую роль займет информатика, как наука об информации (изменениях в системах любой природы) и информационных процессах (процессах изменений), вобрав в себя кибернетику и синергетику. Уже сейчас вполне обыденно говорят об управлении, организации, самоорганизации, синергетике информационных процессов. Информационная (неэнергетическая) картина мира логично дополнит (расширит) существующую физическую картину или впишется в нее, отражая пространственные, временные, формообразующие аспекты мироздания.

Концепция К.Шеннона отражая количественно-информационный подход, определяет информацию как меру неопределенности ( энтропию ) события. Количество информации в том или ином случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в технике связи и вычислительной технике, послужил основой для измерения информации и оптимального кодирования сообщений. Кроме того, он представляется удобным для иллюстрации такого важного свойства информации, как новизна, неожиданность сообщений.

При таком понимании  информация - это снятая неопределенность, или результат выбора из набора возможных альтернатив.

Роль кибернетики

Кибернетика стоит на стыке многих дисциплин. Внутри самой кибернетики существует несколько основных направлений.

Теоретическая кибернетика, подобно математике, является, по существу, абстрактной наукой. Ее задача — разработка научного аппарата и методов исследования систем управления независимо от их конкретной природы. В теоретическую кибернетику вошли и получили дальнейшее развитие такие разделы прикладной математики, как теория информации и теория алгоритмов, теория игр, исследование операций и др. Ряд проблем теоретической кибернетики разработан уже непосредственно в недрах этого научного нал давления, а именно: теория логических сетей, теория автоматов, теория формальных языков и грамматик, теория преобразователей информации и т. д.

Теоретическая кибернетика включает также общеметодологические и философские проблемы этой науки.

Прикладная кибернетика, в зависимости от типа изучаемых систем управления, подразделяется на техническую, биологическую и социальную кибернетику.

Техническая кибернетика — наука об управлении техническими системами. Техническую кибернетику часто отождествляют с современной теорией автоматического регулирования и управления. Эта теория, конечно, служит важной составной частью технической кибернетики, но последняя вместе с тем включает вопросы разработки и конструирования автоматов (в том числе современных ЭВМ и роботов), а также проблемы технических средств сбора, передачи, хранения и преобразования информации, опознания образов и т. д.

Биологическая кибернетика изучает общие законы хранения, передачи и переработки информации в биологических системах. Биологическую кибернетику в спою очередь подразделяют на медицинскую, которая занимается главным образом моделированием заболеваний и использованием этих моделей для диагностики, прогнозирования и лечения; физиологическую, изучающую и моделирующую функции клеток и органов в норме и патологии; нейрокибернетику, в которой моделируются процессы переработки информации в нервной системе; психологическую, моделирующую психику на основе изучения поведения человека. Промежуточным звеном между биологической и технической кибернетикой является бионика — наука об использовании моделей биологических процессов и механизмов в качестве прототипов для совершенствования существующих и создания новых технических устройств.

Социальная кибернетика — наука, в которой используются методы и средства кибернетики в целях исследования и организации процессов управления в социальных системах. Необходимо, однако, учитывать, что социальная кибернетика, изучающая закономерности управления обществом в количественном аспекте, не может стать всеобъемлющей наукой об управлении обществом, характеризующимся в значительной мере неформализуемыми явлениями и процессами.

В связи с этим наибольшие практические успехи в современных условиях могут быть достигнуты в результате применения кибернетики в области управления экономикой, производственной деятельностью как важнейшими основами развития общества. Среди социальных подсистем именно экономика характеризуется наиболее развитой системой количественных показателей и соотношений. Сферой экономической кибернетики являются проблемы оптимизации управления экономикой в целом, его отдельными отраслями, экономическими районами, промышленными комплексами, предприятиями и т. д.

В качестве основного метода экономической кибернетики используется экономико-математическое моделирование, позволяющее представить динамику развития производственно-экономических систем, разрабатывать меры по улучшению их структуры и методы экономического прогнозирования и управления. Основным направлением и одной из важнейших целей экономической кибернетики в настоящее время стала разработка теории построения и функционирования автоматизированных систем управления (АСУ). Необходимость создания АСУ обусловливается высокими темпами роста производства, углублением его специализации, расширением кооперирования предприятии, существенным увеличением числа межхозяйственных связей и их усложнением. В ходе развития этих процессов происходит снижение эффективности традиционных методов управления производством, возникает настоятельная необходимость привлечения на помощь руководителю кибернетической техники, т. е. создания систем управления «человек — машина» которые нашли реальное воплощение в виде АСУ. Особенности сельскохозяйственного производства (территориальная рассредоточенность, большая длительность производственных циклов, сильное влияние случайных факторов и др.) повышают значение АСУ в управлении им.

Кибернетика — обобщающая наука, исследующая биологические, технические и социальные системы. Однако предметом ее исследования служат не все вопросы структуры и поведения этих систем, а только те из них, которые связаны с процессами управления. Следовательно, являясь междисциплинарной наукой, кибернетика не претендует на роль наддисциплинарной науки. Если, например, философия оперирует такими универсальными категориями, как материя, время, пространство, то кибернетика имеет дело непосредственно лишь с категорией информации, являющейся свойством особым образом организованной материи.

Таким образом, место кибернетики в системе наук можно определить следующим образом. Кибернетика охватывает все науки, но не полностью, а лишь в той их части, которая относится к сфере процессов управления, связанных с этими науками и соответственно с изучаемыми ими системами. Философия же, объясняя эти закономерности, общие для всех наук, рассматривает наряду с ними и кибернетику как сферу действия общефилософских законов диалектического материализма.

6. Конструктивная природа информатики и ее синергетический и коэволюционный смысл. Синергетическая парадигма “порядка” и “хаоса” в интернете. Синергетический подход к информатике (Г. Хакен, Д.С. Чернавский)

Конструктивная природа информатики

Информатика - в настоящее время одна из фундаментальных отраслей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации; стремительно развивающаяся и постоянно расширяющаяся область практической деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий.

Термин "информатика" возник в середине 60-х годов как гибрид двух слов "информация" и "автоматика" для обозначения науки об автоматизации процессов обработки данных. Поэтому информатику связывали, прежде всего, с компьютерами, их использованием для решения задач. Однако, по мере развития информатики, ситуация стала существенно меняться. Информатика начала вбирать в себя многие отрасли научного знания, связанные с исследованием информационных процессов и структур - кибернетику, теорию информации, документалистику и т.д. Пришло осознание того, что "информатика" - это не прикладная наука об "околокомпьютерной деятельности", а фундаментальная наука о закономерностях информационных процессов в системах различной природы. "Информатика ... буквально на наших глазах из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи средств вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе”.

На основе понятия информации удалось найти общность в явлениях самой разнообразной природы. Наиболее значительным достижением в этом направлении было создание теории самоуправляемых систем, объединивших природные, социальные и автоматизированные технические системы единством протекающих в них информационных процессов. Заметим, что само понятие "информация" впервые получило научную трактовку в связи с изучением самоуправляемых систем и возникновением кибернетики.

Информатика - это наука об инвариантах (т.е. неизменных сущностях) информационных процессов, протекающих, как правило, динамически, их выявлении, описании, изучении, применении, их организации и самоорганизации (изменения структуры системы в пространстве, во времени, по сложности). Такое определение естественно назвать синергетическим определением информатики. Оно имеет важное значение для исследования синергетики информационных процессов.

Механизм саморазвития с точки зрения информатики можно рассмотреть как процесс взаимодействия системы и внешней среды, представляющий последовательность информационных процессов: накопления, отбора, преобразования, передачи информации о свойствах (признаках) отдельных элементов и системы в целом.

Коэволюция – термин, используемый современной наукой для обозначения механизма взаимообусловленных изменений элементов, составляющих развивающуюся целостную систему. Согласно принципу К., человечество, для того чтобы обеспечить свое будущее, должно не только изменять биосферу, приспосабливая ее к своим потребностям, но и изменяться само, приспосабливаясь к объективным требованиям природы. Именно коэволюционный переход системы «человек – биосфера» к состоянию динамически устойчивой целостности, симбиоза и будет означать реальное превращение биосферы в ноосферу. Для обеспечения этого процесса человечество должно использовать современные науки, из которых одной из основных является информатика.

Синергетика и интернет

Синергетика и Интернет — закономерны. В фокусе — два явления современности. Первое — продукт технического прогресса. Это — глобальная компьютерная сеть Интернет. Второе — результат эволюции науки, возможно, её венец. Это — синергетическая парадигма.

Синергетика — наука о принципах самоорганизации, проявляющихся в эволюционирующих системах различной природы (человек, общество, Интернет). Её понятия — порядок и хаос, аттрактор, параметр порядка, неравновесность.

Интернет — открытая неравновесная, динамически развивающаяся система. Именно такого рода системы представляют для синергетики наибольший интерес.

На основе документальной истории Интернета было выявлено, что Интернет к настоящему моменту прошёл четыре стадии развития, характеризующиеся такими параметрами порядка, как: сохранения (нации), научно-исследовательский, коммерческий, научно-коммерческий.

Сейчас Сеть вышла на точку бифуркации, когда идёт активный поиск следующего параметра порядка. Вполне вероятно, что, согласно циклу, им снова станет сохранение, но уже в планетарном масштабе. Это спасёт и саму Сеть.

Из конкретных решений, основанных на синергетических принципах при содействии Интернета, можно предложить:

1. Общественный контроль над государством в виде базы данных о состоянии счетов, личных контактах, связях чиновников. Речь не идёт о компромате, так как данные просто аккумулируются из разных официальных источников.

2. Новые идеи. Создание доступного всем, и учёным, и политикам, и всем гражданам в мире, — форума решений по выходу Земли из кризиса.

Синергетич подход к информатике

Информатика включает следующие синергетические аспекты:

- Система должна быть открытой. Закрытая система должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией.

- Открытая система должна быть достаточно далека от точки равновесия. В точке равновесия система обладает максимальной энтропией и поэтому не способна к какой-либо организации: в этом состоянии достигается максимум её самодезорганизации. В состоянии, близком к равновесию, система со временем приблизится к нему и придет в состояние полной дезорганизации.

- Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения, системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой. Но в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и в конце концов приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и возникновению нового.

- Возникновение самоорганизации опирается на положительную обратную связь. Функционирование различных автоматических устройств основывается на принципе отрицательной обратной связи, т.е. на получение обратных сигналов от исполнительных органов относительно положения системы и последующей корректировки этого положения управляющими устройствами.

- Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.

- Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические размеры.