Кибернетика как наука, основные понятия кибернетики

 

      1. Кибернетика как наука, основные  понятия кибернетики

 

      Кибернетика - наука об общих закономерностях  процессов  управления  и передачи информации в технических, биологических и социальных  системах.  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". Основной интерес этой  науки  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 «до кибернетический»  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)[1].

      Эволюция  представления об управлении  происходила в  форме  накопления, суммирования   отдельных   данных.   Кибернетика   рассматривает    проблемы управления на устойчивом  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 движения 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  цели и 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"1.  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".  Если 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.

      Понятие  информации. Управление - информационный  процесс. Иинформация - "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. "До кибернетическое" 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:

   1) информация как  отраженное разнообразие,

   2) информация как  устранение неопределенности (энтропии),

   3) информация как  связь между управляющей и  управляемой системами,

   4) информация как  преобразование сообщений,

   5)  информация  как  единство  содержания  и  формы  (например,  мысль  -

      содержание, а само слово, звук - форма),

   6) 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 обучения.

      Основными  признаками  самоорганизующейся  системы  общества  являются самоорганизующейся  активность,  оптимальная  надежность   и   вероятностная детерминация. Эти признаки характеризуют и социальные системы.

      Социальные  самоорганизующейся системы –  сложные системы. Их  сложность в том, что они состоят из разнообразных подсистем, включенных друг  в  друга по иерархическому принципу, причем каждая  подсистема  бывает  задана  своей собственной программой развития и своим собственным поведением.

      Социальная  кибернетика – вероятностные  системы, социальные  системы  с большим  числом  параметров   и  с  нелинейной  зависимостью.  Для  общества характерны многозначные нелинейные и функциональные  связи.  Раскрытие  этих связей важно для научного  познания,  в  том  числе  и  кибернетического.  В обществе наиболее рельефно проявляется системный эффект: социальные  системы подчиняются системным закономерностям. Социальные  системы  с  прогрессивной ориентацией  развиваются  надежно.  Вообще  надежность  социальной   системы проявляется в том, что она живет несравненно дольше своих компонентов.

      Познание    закономерностей    общества     как     самоорганизующейся

кибернетической системы  с  целью  создания  оптимальной  модели  управления социальными  процессами  и  составляет  в  общем  плане  предмет  социальной кибернетики. Его специфика состоит в кибернетическом  обеспечении  процессов управления в общественных  самоорганизующихся  системах,  в  кибернетическом описании таких социосистемных атрибутов, как самоорганизующаяся  активность,