Лекция 21. Кибернетика.

СОВРЕМЕННЫЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПОДХОДЫ.

1. Предпосылки возникновения кибернетики.

2. Учение Н.Винера. Основные принципы кибернетики.

3. Многообразие направлений кибернетики.

Окружающий мир наполнен случайностями, но тем не менее он оказывается достаточно организованным и во многих отношениях упорядоченным. Дезорганизующему действию случайностей противостоит организующее действие процессов управления и самоуправления.

Под управлением в самом общем виде понимают совокупность действий, осуществляемых человеком, группой людей или автоматическим устройством. Эти действия направлены на поддержание или улучшение работы управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой или целью управления.

Управлять – значит влиять на ход какого-либо процесса или состояние некоторого объекта и его положение в пространстве. Управление является всегда целенаправленным действием, и цель его задается наперед.

Взаимоотношения случайного (дезорганизации, разупорядочивания, рассогласования) и управления носят характер активного противоборства, и это обстоятельство требует от управления гибкости, способности перестраиваться по ходу дела. Для перестройки необходимо, чтобы управляющее устройство все время получало информацию о результатах управления и в соответствии с этим корректировало свои воздействия на систему. Под информацией обычно понимают сведения, знания, сигналы, сообщения – в общем, все то, что используется для управления.

Как правило, в процессе управления реализуется определенная схема. Орган управления получает информацию о цели управления и о состоянии объекта управления и формирует управляющие воздействия, подбирая их так, чтобы в результате свести к минимуму рассогласование между заданной целью и достигнутым на данном шаге результатом. Информация о состоянии объекта управления называется обратной связью, а каналы, по которым эта информация поступает в орган управления, называются каналами (или цепями) обратной связи. А сама схема носит название регулятора с обратной связью, или следящей системы.

По сути, любая реальная схема управления предполагает наличие обратной связи, т.е. канала (или каналов) передачи информации. Управление без обратной связи неэффективно и фактически всегда нежизнеспособно. В более сложных случаях, при многошаговом управлении критерий минимизации рассогласования достигается лишь после нескольких шагов управления.

Благодаря развитию науки и техники современный человек оказался в окружении огромного количества разнообразных управляемых систем, которые оказываются все более и более сложными, а их функциональные возможности становятся все более богатыми. Поэтому на первый план выдвигается исследование именно функциональных возможностей систем. Исследование же внутренней структуры отступает на второй план, тем более что во многих случаях подобное исследование в полном объеме оказывается практические невозможным из-за сложности систем.

Таким образом, главной задачей становится изучение общих закономерностей процессов управления, когда независимо от целей управления, от природы исполнительных и управляющих органов процесс управления всегда характеризуется наличием одного или нескольких замкнутых контуров (прямой или обратной связи), когда по цепям прямой связи к объекту поступает управляющая информация, а по цепям обратной связи – информация о состоянии объекта управления и о том, в какой степени достигнуты (или не достигнуты) цели управления, привела к возникновению кибернетики – научного направления, изучающего общие свойства управления.

Создание кибернетики обычно связывают с именем Норберта Винера.

Кибернетика есть наука об общих закономерностях процессов управления и связи в сложных системах, включая как машины, так и живые организмы. Основными в данной научной дисциплине являются понятия управления и информации. Н.Винер впервые выдвинул идею о том, что системы управления в живых и искусственных системах обладают многими общими чертами. Установление аналогий обещало создание «общей теории управления», результаты которой могли бы использоваться в самых разнообразных системах.

С появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи, эта идея получила подкрепление. Универсальность компьютерных вычислений наталкивала на справедливость гипотезы о существовании универсальных систем управления. Эта гипотеза не выдержала проверку временем, тем не менее, накопленные в кибернетике сведения о самых разных системах управления, общие принципы, которые частично удалось обнаружить, замена узкопрофессиональной точки зрения на взгляд с позиции общности внешне разнородных объектов и систем принесли большую пользу.

Такая общность позволяет успешно описывать функционирование различных систем едиными формальными средствами и использовать системы одной природы для моделирования и изучения других систем, формальные описания которых оказываются идентичными. Это объясняет большое значение моделирования, которое является одним из основных методов исследования в кибернетике.

Основные направления кибернетики. В кибернетике можно выделить ряд научных направлений.

Теоретическая кибернетика занимается общими проблемами теории управления, теории информации, вопросами передачи, защиты, хранения и использования информации в системах управления. Многие проблемы теоретической кибернетики изучаются в теоретической информатике.

Кибернетика может рассматриваться как прикладная информатика в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности, от управления отдельным объектом до сложнейших систем управления разной степени сложности, от управления отдельным объектом до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей.

Техническая кибернетика – другое наиболее активно развивающееся направление. В ее состав входит теория автоматического управления, исследующая проблемы автоматизации процессов, и в частности проблемы самоуправления в сложных системах. Сложные объекты управления требуют специальных приемов и методов, опирающихся на идеи технической диагностики, распознавания образов, ситуационного управления, коллективного поведения автоматов.

Еще одно направление тесно связывает кибернетику с биологией. Биологическая кибернетика применяет идеи и методы кибернетики в биологии и медицине. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют ученых.

Особое место в этом направлении исследований играет нейрокибернетика, изучающая проблемы переработки информации в нервной ткани животных и человека, а также бионика – наука о том, как находки живой природы, реализованные в живых организмах, можно переносить в искусственные системы, создаваемые человеком. Важнейшим моментом в развитии бионики стали идеи американских нейрофизиологов У.Маккалока и Питса.

Еще одна наука – гомеостатика – наука о достижении равновесных состояний – при наличии многих действующих факторов связывает модели биологической кибернетики и технической кибернетики.

Не только живые организмы, но и т.н. сложные системы (экологические, социальные, производственные) в той или иной мере гомеостатичны – и у каждой есть свои жизненно важные параметры, которые необходимо поддерживать в определенных границах при допустимых изменениях внешней среды.

Экономическая кибернетика – также одна из развивающихся областей кибернетики. В 20-е гг. ХХ столетия впервые были предложены математические соотношения для описания глобальных экономических процессов. С этих пор начала развиваться математическая экономика, которая при появлении компьютеров стала наукой, где расчеты и модели экономических процессов столь же привычны, как и в ранее формализованных науках.

И наконец, социальная кибернетика изучает процессы управления, протекающие в человеческом обществе (модели распространения слухов, модели возникновения лидерства и т.п.). Это направление тесно смыкается с социальной психологией.

В современном обществе кибернетика уступила лидирующие позиции информатике, решающей многие задачи, впервые поставленные кибернетикой. Тем не менее, значение кибернетики сохраняется и поныне.