15.1. Человек как элемент социального процессора для управления Природой

Хорошо известно, что те же самые абстрактные структуры и математические модели появляются при рассмотрении Природных, Живых и технических объектов. Мы представим ниже наиболее общие черты, характерные для описания таких абстрактных структур, используя набор следующих определений.

Определение 1. Состояние среды называется неравновесным, если ее диссипативные свойства трансформируются в присутствии внешних потоков массы и/или  энергии.

Другими словами, среда под влиянием внешних потоков должна изменить свою структуру (вследствие чего ее диссипативные характеристики будут изменяться - как правило, они возрастают вследствие процессов самоорганизации: см. книгу Г. Хакена (Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам.-М.:Мир,1991.-240с.) для турбулентности и статьи для сложных систем).

Определение 2. Финитная (конечных размеров) область пространства - времени, в которой среда находится в неравновесном состоянии и которая реагирует на внешние потоки как единое целое, называется  когерентной структурой (КС).

Эти КС часто называются "диссипативными системами" - см. книгу Г. Николис, И. Пригожина Познание сложного. Введение.-М.:Мир,1990.-344с.

Определение 3. Система называется открытой и неравновесной (ОНС), когда она содержит КС (одну или несколько).

Замечание 1. Наше определение ОНС отличается от обычно используемого в физике (см. книги, перечисленные в сноске 1) - там термин "неравновесная" применяется ко всем открытым системам вообще.

Определение 4. Состояние ОНС характеризуется как набором, так и/или параметрами КС, которые эта система содержит.

Другими словами, состояние ОНС есть класс инвариантности характеристик как системы, так и внешних потоков массы и/или энергии, при которых набор и КС, и характеристик этих КС, остается неизменными. Это определение состояния ОНС удобно для его использования в теории управления.

Определение 5. Состояние ОНС является устойчивым, когда существует некий ограниченный интервал внешних условий, при которых как набор КС, так и их характеристики в системе остаются неизменными. 

Определение 6. Совокупность внешних условий, при которых набор КС и/или их характеристик начинает изменяться, называется границей устойчивости ОНС.

Таким образом, произвольная иерархическая самоорганизованная система (ИСС) может быть представлена как иерархическая совокупность КС. В некоторых случая КС более высокого  уровня иерархии могут быть образованы из КС рассматриваемого уровня при помощи механизмов самоорганизации.

Формализм КС и ИСС в последние годы был применен к широкому кругу задач описания Природных и Социальных объектов, а также к проблеме распознавания КС. Например, в рамках идеологии КС и ИСС было успешно проведено описание металлов и суспензий (статьи в сноске 2), полимерных растворов, биологических организмов и экосистем, атмосферной турбулентности и социально - экономических систем, - таких как отдельные фирмы, партии и Государственное Управление (об этом подробнее см. параграфе 15.3).

Определение 7. Создание (или изменение, или сохранение в неизменности, - в зависимости от конкретных задач) новых КС и/или новых характеристик КС в ИСС называется управлением в ИСС.

Как видно из Определений 4-7, для задач управления Природными и Социальными системами знания (данные, набор характеристик и т.п.) о состояниях и/или процессах в иерархической структуре КС играют роль информации. Эти знания (эти данные, этот набор характеристик) мы можем разделить на следующие группы, которые будем называть классами информации.

Характеристики, которые необходимы для описания границы рассматриваемого иерархического уровня как целого. В дальнейшем мы будем использовать для этой границы также название мембрана (отметим, что фиксация мембраны в пространстве и времени является неотъемлемой характеристикой живых организмов - см. также Послесловие). Этот класс информации мы обозначим как Мемб.

Характеристики, которые необходимы для описания структуры (например, - топологического строения) рассматриваемого иерархического уровня как целого. Это топологическое строение формируется из КС, из которых состоит рассматриваемый уровень. Этот класс информации мы обозначим как Топ.

Характеристики, которые необходимы для описания отдельных единиц - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как КС.

Характеристики, которые необходимы для описания взаимодействия (взаимоотношений) между отдельными единицами - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как Отн.

Но для управления ИСС необходимо описание как состояний, так и процессов в рамках каждого класса информации. Поэтому окончательно получаем 8 компонент информации, с использованием которых произвольный иерархический уровень в произвольной ИСС может быть описан адекватно. Например, состояние топологического строения данного уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации С-Топ, - но процесс изменения топологического строения этого же уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации П-Топ.

 Таким образом, получаем Предложение.

Предложение. Восьми компонент информации: С-Топ, П-Топ, С-Мемб, П-Мемб, С-КС, П-КС, С-Отн и П-Отн достаточно для адекватного описания произвольного иерархического уровня для каждой ИСС (то есть эти 8 компонент информации образуют базис в "информационном пространстве").

Замечание 2. Процесс изменения топологической структуры для иерархического уровня в ИСС занимает некоторое время. Это время будет возрастать с ростом объема ИСС (вследствие возрастания количества КС в этом объеме - при предположении, что количество КС в единице объема постоянно).Это возрастание будет происходить по разным законам для разных ИСС (разных "объектов"). Интересно, что такая зависимость - T~mp, где T -характерное время (например, - продолжительность жизни) а m - объем объекта (масса), имеет место для всех биологических организмов, и, кроме того, показатель p>0 различен для различных видов биологических организмов (то есть p зависит от внутреннего топологического строения ИСС). Для социально - экономических систем подобная зависимость получена в статье автора (см. сноску 7, а также параграф 15.3). Таким образом, компонента информации П-Топ связана с характерными для ИСС временами монотонной зависимостью (другими словами, время является природной шкалой для измерения этой компоненты информации).

Компоненты информации С-, П-Топ и С-, П-Мемб мы назовем Иррациональными, подчеркивая то обстоятельство, что они являются абстрактными и универсальными для ИСС произвольной природы. Вероятно, они могут быть адекватно охарактеризованы математически.

Компоненты информации С-, П-КС и С-, П-Отн мы назовем Рациональными, так как они должны описывать конкретные КС, и поэтому они могут быть адекватно описаны в рамках отдельных научных дисциплин - физики, химии, биологии, психологии, экономики и т.п., - в зависимости от природы рассматриваемых объектов.

Отметим, что для высших уровней ИСС компоненты информации, которые были иррациональными для низшего иерархического уровня, могут войти как составная часть в рациональные компоненты информации для этого высшего уровня ИСС.

Абстрактные Информационные Автоматы - общее описание.

Определение 8. Объект, который воспринимает (усваивает) информационные компоненты о состояниях и или процессах в ИСС, и который способен трансформировать (изменять) состояния и/или процессах в ИСС (на том же самом и/или других иерархических уровнях) называется абстрактным информационным автоматом (АИА).

В этом определении прямо выделена способность АИА к изменению состояний и/или процессов в ИСС - то есть к управлению ними. Фактически, АИА рассматривается как отдельная ИСС (некий отдельный объект), который способен в ответ на влияние внешних условий соответствующим образом изменять Природные и/или Социальные ИСС.

Необходимо отметить, что существующие "прототипы" АИА - биологические организмы и человек - всегда объединяют в себе как рецепторы, так и эффекторы.

Таким образом, АИА мы можем рассматривать как имеющие такое строение 

< блок программирования ½ блок активности>             (1)

Сконструированные таким образом АИА своим первым блоком воспринимают (усваивают) определенные компоненты информации и трансформируют их в (вообще говоря - другие) компоненты информации, в рамках которых и происходит активность ("творчество", "управление") данного АИА.

Другими словами АИА, который построен согласно (1), мы можем рассматривать как объект, реализующий набор методов (алгоритмов, режимов) управления на данном уровне иерархии в Природных и/или Социальных ИСС.

Замечание 3. АИА являются преобразователями именно в информационном смысле: их активность должна пониматься в плане изменения характеристик ИСС. Но для реализации такой активности АИА не обязательно должен манипулировать некими объектами самостоятельно: например, для Социальных систем "слово" (идея, лозунг, подпись, и т.п.) часто вполне достаточно для управления. Другими словами, вполне достаточно только способности АИА к программированию активности других АИА.

Введенные таким образом АИА могут формировать самоорганизованные системы в случае, если они имеют способность обмениваться информацией между собой. Такую способность к информационному обмену мы будем называть социализацией или "вербализацией" информации, а символы, которые необходимы для такой социализации, мы будем называть "языком". Символы любого такого языка являются нечеткими многозначными переменными, - необходимость этого следует, например, из того факта, что АИА, которые реализуют различные режимы управления (например, творят по различным компонентам информации), должны общаться между собой. Следовательно, в те же самые языковые формы (например, высказывания) различные АИА могут вкладывать различный смысл - эти эффекты хорошо известны при коммуникации людей.

Замечание 4. В качестве такого языка Человечеством используется весь пласт культуры и науки, так как некоторые проявления его деятельности (например, описывающие социальные процессы или индивидуальное состояние человека) очень трудно выразить словами (так, многое в функционировании человека определяется "неписаными законами" или "общепринятыми обычаями"). Кроме того, некоторые виды активности человека (например,  жестикуляция, поведение, эмоция) часто сами служат в качестве неких "языковых символов". См. также главу 7.

Таким образом, полученную систему АИА можно рассматривать как совокупность самопрограммируемых объектов, когда один АИА может программировать деятельность другого, так как коммуникация между этими АИА может происходить как по первой (программной), так и по второй (творческой) компоненте информации (мы будем использовать также термины "программная и творческая функция (компонента, блок)").

Двухкомпонентные АИА: определение.

В качестве примера рассмотрим класс двухкомпонентных АИА (2-АИА), определенных следующим образом:

Каждый АИА воспринимает только одну компоненту информации и творит тоже только по одной информационной компоненте.

Для каждого АИА одна компонента описывает процесс, а другая - состояние.

Для каждого АИА одна компонента рациональны, а другая - иррациональна.

Как следует из вышесказанного, этот класс АИА является простейшим из возможных. Будем обозначать такие АИА как 2АИА.

Корректное определение 2АИА как объекта, реализующего те или иные режимы управления на данном уровне иерархии в ИСС, возможно лишь только так, как описано выше. В параграфе 2.2 дана соответствующая аргументация. Все же отметим здесь, что при любом другом определении 2АИА их количество будет больше: таким образом, образом, введенный нами класс 2АИА является в этом смысле "минимальным".

Замечание. С точки зрения математического моделирования человека при универсально-понятийном (европейском) способе социального кодирования индивида (см. главу 7), вследствие наличия в деятельности человека субъект-объектного разделения и стандартного для этого общества интерьера - участия человека в "вертикальных" цепочках передачи информации - данное выше определение для 2АИА является необходимым. Оно, например, сразу же задает наличие необходимость наличия условия III для того, чтобы данный "агент" - 2АИА - мог трансформировать информацию "от общего к частному" (то есть "сверху вниз") и наоборот. ("Совместить" эти 2 разнонаправленные" процессы в одном 2АИА просто невозможно: для этого требуется, как минимум, 4АИА!) А условие II тогда вследствие необходимости допустить участие задаваемых "агентов" в коррекции ситуации, когда требуется "изменить ситуацию" (здесь хорошо срабатывает принцип "бритвы Оккама", - как описано в параграфе 2.2).

Таким образом, 2АИА преобразует одну компоненту информации (посредством своей "программной функции") в другую (своей "творческой функцией").

Другими словами, 2АИА устроены таким образом, что одна из их компонент (будем для нее также использовать название "функция") соответствует рассматриваемому уровню иерархии в ИСС как целом, а вторая ее компонента соответствует  конкретным КС, из которых этот уровень состоит. Схематически это показано на Рис.1, где через Ir и Ra обозначены иррациональная и рациональная компоненты информации, соответственно. Из Рис. 15.1 видно, что класс 2АИА вследствие условия III формирует кольца обратной связи.

Условиями I-III класс 2АИА определен однозначно и состоит из 16 различных типов, перечисленных в параграфе 2.2 .

Хорошо известно, что те же самые абстрактные структуры и математические модели появляются при рассмотрении Природных, Живых и технических объектов. Мы представим ниже наиболее общие черты, характерные для описания таких абстрактных структур, используя набор следующих определений.

Определение 1. Состояние среды называется неравновесным, если ее диссипативные свойства трансформируются в присутствии внешних потоков массы и/или  энергии.

Другими словами, среда под влиянием внешних потоков должна изменить свою структуру (вследствие чего ее диссипативные характеристики будут изменяться - как правило, они возрастают вследствие процессов самоорганизации: см. книгу Г. Хакена (Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам.-М.:Мир,1991.-240с.) для турбулентности и статьи для сложных систем).

Определение 2. Финитная (конечных размеров) область пространства - времени, в которой среда находится в неравновесном состоянии и которая реагирует на внешние потоки как единое целое, называется  когерентной структурой (КС).

Эти КС часто называются "диссипативными системами" - см. книгу Г. Николис, И. Пригожина Познание сложного. Введение.-М.:Мир,1990.-344с.

Определение 3. Система называется открытой и неравновесной (ОНС), когда она содержит КС (одну или несколько).

Замечание 1. Наше определение ОНС отличается от обычно используемого в физике (см. книги, перечисленные в сноске 1) - там термин "неравновесная" применяется ко всем открытым системам вообще.

Определение 4. Состояние ОНС характеризуется как набором, так и/или параметрами КС, которые эта система содержит.

Другими словами, состояние ОНС есть класс инвариантности характеристик как системы, так и внешних потоков массы и/или энергии, при которых набор и КС, и характеристик этих КС, остается неизменными. Это определение состояния ОНС удобно для его использования в теории управления.

Определение 5. Состояние ОНС является устойчивым, когда существует некий ограниченный интервал внешних условий, при которых как набор КС, так и их характеристики в системе остаются неизменными. 

Определение 6. Совокупность внешних условий, при которых набор КС и/или их характеристик начинает изменяться, называется границей устойчивости ОНС.

Таким образом, произвольная иерархическая самоорганизованная система (ИСС) может быть представлена как иерархическая совокупность КС. В некоторых случая КС более высокого  уровня иерархии могут быть образованы из КС рассматриваемого уровня при помощи механизмов самоорганизации.

Формализм КС и ИСС в последние годы был применен к широкому кругу задач описания Природных и Социальных объектов, а также к проблеме распознавания КС. Например, в рамках идеологии КС и ИСС было успешно проведено описание металлов и суспензий (статьи в сноске 2), полимерных растворов, биологических организмов и экосистем, атмосферной турбулентности и социально - экономических систем, - таких как отдельные фирмы, партии и Государственное Управление (об этом подробнее см. параграфе 15.3).

Определение 7. Создание (или изменение, или сохранение в неизменности, - в зависимости от конкретных задач) новых КС и/или новых характеристик КС в ИСС называется управлением в ИСС.

Как видно из Определений 4-7, для задач управления Природными и Социальными системами знания (данные, набор характеристик и т.п.) о состояниях и/или процессах в иерархической структуре КС играют роль информации. Эти знания (эти данные, этот набор характеристик) мы можем разделить на следующие группы, которые будем называть классами информации.

Характеристики, которые необходимы для описания границы рассматриваемого иерархического уровня как целого. В дальнейшем мы будем использовать для этой границы также название мембрана (отметим, что фиксация мембраны в пространстве и времени является неотъемлемой характеристикой живых организмов - см. также Послесловие). Этот класс информации мы обозначим как Мемб.

Характеристики, которые необходимы для описания структуры (например, - топологического строения) рассматриваемого иерархического уровня как целого. Это топологическое строение формируется из КС, из которых состоит рассматриваемый уровень. Этот класс информации мы обозначим как Топ.

Характеристики, которые необходимы для описания отдельных единиц - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как КС.

Характеристики, которые необходимы для описания взаимодействия (взаимоотношений) между отдельными единицами - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как Отн.

Но для управления ИСС необходимо описание как состояний, так и процессов в рамках каждого класса информации. Поэтому окончательно получаем 8 компонент информации, с использованием которых произвольный иерархический уровень в произвольной ИСС может быть описан адекватно. Например, состояние топологического строения данного уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации С-Топ, - но процесс изменения топологического строения этого же уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации П-Топ.

 Таким образом, получаем Предложение.

Предложение. Восьми компонент информации: С-Топ, П-Топ, С-Мемб, П-Мемб, С-КС, П-КС, С-Отн и П-Отн достаточно для адекватного описания произвольного иерархического уровня для каждой ИСС (то есть эти 8 компонент информации образуют базис в "информационном пространстве").

Замечание 2. Процесс изменения топологической структуры для иерархического уровня в ИСС занимает некоторое время. Это время будет возрастать с ростом объема ИСС (вследствие возрастания количества КС в этом объеме - при предположении, что количество КС в единице объема постоянно).Это возрастание будет происходить по разным законам для разных ИСС (разных "объектов"). Интересно, что такая зависимость - T~mp, где T -характерное время (например, - продолжительность жизни) а m - объем объекта (масса), имеет место для всех биологических организмов, и, кроме того, показатель p>0 различен для различных видов биологических организмов (то есть p зависит от внутреннего топологического строения ИСС). Для социально - экономических систем подобная зависимость получена в статье автора (см. сноску 7, а также параграф 15.3). Таким образом, компонента информации П-Топ связана с характерными для ИСС временами монотонной зависимостью (другими словами, время является природной шкалой для измерения этой компоненты информации).

Компоненты информации С-, П-Топ и С-, П-Мемб мы назовем Иррациональными, подчеркивая то обстоятельство, что они являются абстрактными и универсальными для ИСС произвольной природы. Вероятно, они могут быть адекватно охарактеризованы математически.

Компоненты информации С-, П-КС и С-, П-Отн мы назовем Рациональными, так как они должны описывать конкретные КС, и поэтому они могут быть адекватно описаны в рамках отдельных научных дисциплин - физики, химии, биологии, психологии, экономики и т.п., - в зависимости от природы рассматриваемых объектов.

Отметим, что для высших уровней ИСС компоненты информации, которые были иррациональными для низшего иерархического уровня, могут войти как составная часть в рациональные компоненты информации для этого высшего уровня ИСС.

Абстрактные Информационные Автоматы - общее описание.

Определение 8. Объект, который воспринимает (усваивает) информационные компоненты о состояниях и или процессах в ИСС, и который способен трансформировать (изменять) состояния и/или процессах в ИСС (на том же самом и/или других иерархических уровнях) называется абстрактным информационным автоматом (АИА).

В этом определении прямо выделена способность АИА к изменению состояний и/или процессов в ИСС - то есть к управлению ними. Фактически, АИА рассматривается как отдельная ИСС (некий отдельный объект), который способен в ответ на влияние внешних условий соответствующим образом изменять Природные и/или Социальные ИСС.

Необходимо отметить, что существующие "прототипы" АИА - биологические организмы и человек - всегда объединяют в себе как рецепторы, так и эффекторы.

Таким образом, АИА мы можем рассматривать как имеющие такое строение 

< блок программирования ½ блок активности>             (1)

Сконструированные таким образом АИА своим первым блоком воспринимают (усваивают) определенные компоненты информации и трансформируют их в (вообще говоря - другие) компоненты информации, в рамках которых и происходит активность ("творчество", "управление") данного АИА.

Другими словами АИА, который построен согласно (1), мы можем рассматривать как объект, реализующий набор методов (алгоритмов, режимов) управления на данном уровне иерархии в Природных и/или Социальных ИСС.

Замечание 3. АИА являются преобразователями именно в информационном смысле: их активность должна пониматься в плане изменения характеристик ИСС. Но для реализации такой активности АИА не обязательно должен манипулировать некими объектами самостоятельно: например, для Социальных систем "слово" (идея, лозунг, подпись, и т.п.) часто вполне достаточно для управления. Другими словами, вполне достаточно только способности АИА к программированию активности других АИА.

Введенные таким образом АИА могут формировать самоорганизованные системы в случае, если они имеют способность обмениваться информацией между собой. Такую способность к информационному обмену мы будем называть социализацией или "вербализацией" информации, а символы, которые необходимы для такой социализации, мы будем называть "языком". Символы любого такого языка являются нечеткими многозначными переменными, - необходимость этого следует, например, из того факта, что АИА, которые реализуют различные режимы управления (например, творят по различным компонентам информации), должны общаться между собой. Следовательно, в те же самые языковые формы (например, высказывания) различные АИА могут вкладывать различный смысл - эти эффекты хорошо известны при коммуникации людей.

Замечание 4. В качестве такого языка Человечеством используется весь пласт культуры и науки, так как некоторые проявления его деятельности (например, описывающие социальные процессы или индивидуальное состояние человека) очень трудно выразить словами (так, многое в функционировании человека определяется "неписаными законами" или "общепринятыми обычаями"). Кроме того, некоторые виды активности человека (например,  жестикуляция, поведение, эмоция) часто сами служат в качестве неких "языковых символов". См. также главу 7.

Таким образом, полученную систему АИА можно рассматривать как совокупность самопрограммируемых объектов, когда один АИА может программировать деятельность другого, так как коммуникация между этими АИА может происходить как по первой (программной), так и по второй (творческой) компоненте информации (мы будем использовать также термины "программная и творческая функция (компонента, блок)").

Двухкомпонентные АИА: определение.

В качестве примера рассмотрим класс двухкомпонентных АИА (2-АИА), определенных следующим образом:

Каждый АИА воспринимает только одну компоненту информации и творит тоже только по одной информационной компоненте.

Для каждого АИА одна компонента описывает процесс, а другая - состояние.

Для каждого АИА одна компонента рациональны, а другая - иррациональна.

Как следует из вышесказанного, этот класс АИА является простейшим из возможных. Будем обозначать такие АИА как 2АИА.

Корректное определение 2АИА как объекта, реализующего те или иные режимы управления на данном уровне иерархии в ИСС, возможно лишь только так, как описано выше. В параграфе 2.2 дана соответствующая аргументация. Все же отметим здесь, что при любом другом определении 2АИА их количество будет больше: таким образом, образом, введенный нами класс 2АИА является в этом смысле "минимальным".

Замечание. С точки зрения математического моделирования человека при универсально-понятийном (европейском) способе социального кодирования индивида (см. главу 7), вследствие наличия в деятельности человека субъект-объектного разделения и стандартного для этого общества интерьера - участия человека в "вертикальных" цепочках передачи информации - данное выше определение для 2АИА является необходимым. Оно, например, сразу же задает наличие необходимость наличия условия III для того, чтобы данный "агент" - 2АИА - мог трансформировать информацию "от общего к частному" (то есть "сверху вниз") и наоборот. ("Совместить" эти 2 разнонаправленные" процессы в одном 2АИА просто невозможно: для этого требуется, как минимум, 4АИА!) А условие II тогда вследствие необходимости допустить участие задаваемых "агентов" в коррекции ситуации, когда требуется "изменить ситуацию" (здесь хорошо срабатывает принцип "бритвы Оккама", - как описано в параграфе 2.2).

Таким образом, 2АИА преобразует одну компоненту информации (посредством своей "программной функции") в другую (своей "творческой функцией").

Другими словами, 2АИА устроены таким образом, что одна из их компонент (будем для нее также использовать название "функция") соответствует рассматриваемому уровню иерархии в ИСС как целом, а вторая ее компонента соответствует  конкретным КС, из которых этот уровень состоит. Схематически это показано на Рис.1, где через Ir и Ra обозначены иррациональная и рациональная компоненты информации, соответственно. Из Рис. 15.1 видно, что класс 2АИА вследствие условия III формирует кольца обратной связи.

Условиями I-III класс 2АИА определен однозначно и состоит из 16 различных типов, перечисленных в параграфе 2.2 .