Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Кібернетика



План:


Введення

Кібернетика (від др.-греч. κυβερνητική - "Мистецтво управління" [1]) - наука про загальні закономірності процесів управління та передачі інформації в різних системах, будь то машини, живі організми або суспільство.


1. Огляд

Science-symbol-13a.png

Термін "кібернетика" в сучасному розумінні як наука про загальні закономірності процесів управління і передачі інформації в машинах, живих організмах і суспільстві вперше був запропонований Норбертом Вінером в 1948 [2].

Вона включає вивчення зворотного зв'язку, чорних ящиків і похідних концептів, таких як управління і керування в живих організмах, машинах і організаціях, включаючи самоорганізації. Вона фокусує увагу на те, як що-небудь (цифрове, механічне чи біологічне) обробляє інформацію, реагує на неї і змінюється або може бути змінено, для того щоб краще виконувати перші два завдання [3]. Стаффорд Бір назвав її наукою ефективної організації, а Гордон Паска розширив визначення, включивши потоки інформації "з будь-яких джерел", починаючи з зірок і закінчуючи мозком.

Приклад кібернетичного мислення. З одного боку, компанія розглядається як системи в навколишньому середовищу. З іншого боку, кібернетичне управління може бути представлено як система.

Більш філософське визначення кібернетики, запропоноване в 1956 Л. Куффіньялем (англ.), одним з піонерів кібернетики, описує кібернетику як "мистецтво забезпечення ефективності дії" [4]. Нове визначення було запропоновано Льюїсом Кауфманом (англ.): "Кібернетика - дослідження систем і процесів, які взаємодіють самі з собою і відтворюють себе".

Кібернетичні методи застосовуються при дослідженні випадку, коли дія системи в навколишньому середовищі викликає деяку зміну в навколишньому середовищі, а це зміна проявляється на системі через зворотний зв'язок, що викликає зміни в способі поведінки системи. У дослідженні цих "петель зворотного зв'язку "і полягають методи кібернетики.

Сучасна кібернетика зароджувалася як міждисциплінарні дослідження, об'єднуючи області систем управління, теорії електричних ланцюгів, машинобудування, математичного моделювання, математичної логіки, еволюційної біології, неврології, антропології. Ці дослідження з'явилися в 1940, в основному, в працях учених на т. зв. конференціях Мейсі (англ.).

Інші галузі досліджень, що вплинули на розвиток кібернетики або опинилися під її впливом, - теорія управління, теорія ігор, теорія систем (математичний еквівалент кібернетики), психологія (особливо нейропсихологія, біхевіоризм, пізнавальна психологія) і філософія.


2. Сфера кібернетики

Об'єктом кібернетики є всі керовані системи. Системи, що не піддаються управлінню, в принципі, не є об'єктами вивчення кібернетики. Кібернетика вводить такі поняття, як кібернетичний підхід, кібернетична система. Кібернетичні системи розглядаються абстрактно, незалежно від їх матеріальної природи. Приклади кібернетичних систем - автоматичні регулятори в техніці, ЕОМ, людський мозок, біологічні популяції, людське суспільство. Кожна така система являє собою безліч взаємопов'язаних об'єктів (елементів системи), здатних сприймати, запам'ятовувати і переробляти інформацію, а також обмінюватися нею. Кібернетика розробляє загальні принципи створення систем управління та систем для автоматизації розумової праці. Основні технічні засоби для вирішення задач кібернетики - ЕОМ. Тому виникнення кібернетики як самостійної науки ( Н. Вінер, 1948) пов'язане зі створенням в 40-х рр.. XX століття цих машин, а розвиток кібернетики в теоретичних і практичних аспектах - з прогресом електронної обчислювальної техніки.

Кібернетика є міждисциплінарною наукою. Вона виникла на стику математики, логіки, семіотики, фізіології, біології, соціології. Їй притаманний аналіз і виявлення загальних принципів і підходів у процесі наукового пізнання. Найбільш вагомими теоріями, що об'єднуються кібернетикою, можна назвати наступні:

Крім коштів аналізу, в кібернетиці використовуються потужні інструменти для синтезу рішень, що надаються апаратами математичного аналізу, лінійної алгебри, геометрії опуклих множин, теорії ймовірностей та математичної статистики, а також більш прикладними областями математики, такими як математичне програмування, економетрика, інформатика та інші похідні дисципліни.

Особливо велика роль кібернетики в психології праці і таких її галузях, як інженерна психологія і психологія професійно-технічної освіти. Кібернетика - наука про оптимальне управління складними динамічними системами, що вивчає загальні принципи управління і зв'язку, що лежать в основі роботи найрізноманітніших за природою систем - від самонавідних ракет-снарядів і швидкодіючих обчислювальних машин до складного живого організму. Управління - це переклад керованої системи з одного стану в інший за допомогою цілеспрямованого впливу керуючого. Оптимальне управління - це переведення системи в новий стан з виконанням деякого критерію оптимальності, наприклад, мінімізації витрат часу, праці, речовин або енергії. Складна динамічна система - це будь-який реальний об'єкт, елементи якого вивчаються в такому високому ступені взаємозв'язку і рухливості, що зміна одного елемента приводить до зміни інших.


2.1. Напрямки

Кібернетика - більш раннє, але все ще використовується загальне позначення для багатьох предметів. Ці предмети також простягаються в області багатьох інших наук, але об'єднані при дослідженні управління системами.

2.1.1. Чистий кібернетика

Чистий кібернетика вивчає системи управління як поняття, намагаючись виявити основні її принципи.

ASIMO використовує датчики та інтелектуальні алгоритми, щоб уникнути перешкод і переміщатися по сходах

2.1.2. В биологии

Кибернетика в биологии - исследование кибернетических систем в биологических организмах, прежде всего сосредотачиваясь на том, как животные приспосабливаются к их окружающей среде, и как информация в форме генов передаются от поколения к поколению. Также имеется второе направление - киборги.

Термический снимок холоднокровного тарантула на теплокровной руке человека

2.2. Теория сложных систем

Теория сложных систем анализирует природу сложных систем и причины, лежащие в основе их необычных свойств.

Способ моделирования сложной адаптивной системы

2.2.1. В компьютерной науке

Компьютерная наука напрямую применяет концепты кибернетики для управления устройствами и анализа информации.

2.2.2. В инженерии

Кибернетика в инженерии используется, чтобы проанализировать отказы систем, в которых маленькие ошибки и недостатки могут привести к сбою всей системы.

Искусственное сердце, пример биомедицинской инженерии.

2.2.3. В экономике и управлении

2.2.4. В математике

2.2.5. В психологии

2.2.6. В социологии

3. Історія

В древности термин "кибернетика" использовался Платоном в контексте "исследования самоуправления" в " Законах ", для обозначения управления людьми.

Слово фр. "cyberntique" использовалось практически в современном значении в 1834 году французским физиком и систематизатором наук Андре Ампером (фр. Andr-Marie Ampre , 1775-1836), для обозначения науки управления в его системе классификации человеческого знания:

Андре Мари Ампер

"КИБЕРНЕТИКА. Отношения народа к народу, изучаемые <> предшествующими науками, - лишь небольшая часть объектов, о которых должно печься правительство; его внимания также непрерывно требуют поддержание общественного порядка, исполнения законов, справедливое распределение налогов, отбор людей, которых оно должно назначать на должности, и всё, способствующее улучшению общественного состояния. Оно постоянно должно выбирать между различными мерами, наиболее пригодными для достижения цели; и лишь благодаря глубокому изучению и сравнению разных элементов, предоставляемых ему для этого выбора знанием всего, что имеет отношение к нации, оно способно управлять в соответствии со своим характером, обычаями, средствами существования процветания организацией и законами, которые могут служить общими правилами поведения и которыми оно руководствуется в каждом особом случае. Итак, только после всех наук, занимающихся этими различными объектами, надо поставить эту, о которой сейчас идёт речь и которую я называю кибернетикой, от слова др.-греч. κυβερνητιχη ; это слово, принятое в начале в узком смысле для обозначения искусства кораблевождения, получило употребление у самих греков в несравненно более широком значении искусства управления вообще ". [5]

Джеймс Уатт

Первая искусственная автоматическая регулирующая система, водяные часы, была изобретена древнегреческим механиком Ктезибием. В его водяных часах вода вытекала из источника, такого как стабилизирующий бак, в бассейн, затем из бассейна - на механизмы часов. Устройство Ктезибия использовало конусовидный поток для контроля уровня воды в своём резервуаре и регулировки скорости потока воды соответственно, чтобы поддержать постоянный уровень воды в резервуаре, так, чтобы он не был ни переполнен, ни осушен. Это было первым искусственным действительно автоматическим саморегулирующимся устройством, которое не требовало никакого внешнего вмешательства между обратной связью и управляющими механизмами. Хотя они, естественно, не ссылались на это понятие как на науку кибернетику (они считали это областью инженерного дела), Ктезибий и другие мастера древности, такие как Герон Александрийский или китайский учёный Су Сун, считаются одними из первых, изучавших кибернетические принципы. Исследование механизмов в машинах с корректирующей обратной связью датируется ещё концом XVIII века, когда паровой двигатель Джеймса Уатта был оборудован управляющим устройством, центробежным регулятором обратной связи для того, чтобы управлять скоростью двигателя. А. Уоллес описал обратную связь как "необходимую для принципа эволюции" в его известной работе 1858 года. В 1868 году великий физик Дж. Максвелл опубликовал теоретическую статью по управляющим устройствам, одним из первых рассмотрел и усовершенствовал принципы саморегулирующихся устройств. Я. Икскюль применил механизм обратной связи в своей модели функционального цикла (ньому. Funktionskreis ) для объяснения поведения животных.


3.1. XX століття

Современная кибернетика началась в 1940-х как междисциплинарная область исследования, объединяющая системы управления, теории электрических цепей, машиностроение, логическое моделирование, эволюционную биологию, неврологию. Системы электронного управления берут начало с работы инженера Bell Labs Гарольда Блэка в 1927 году по использованию отрицательной обратной связи, для управления усилителями. Идеи также имеют отношения к биологической работе Людвига фон Берталанфи в общей теории систем.

Ранние применения отрицательной обратной связи в электронных схемах включали управление артиллерийскими установками и радарными антеннами во время Второй мировой войны. Джей Форрестер, аспирант в Лаборатории Сервомеханизмов в Массачусетском технологическом институте, работавший во время Второй мировой войны с Гордоном С. Брауном над совершенствованием систем электронного управления для американского флота, позже применил эти идеи к общественным организациям, таким как корпорации и города как первоначальный организатор Школы индустриального управления Массачусетского технологического института в MIT Sloan School of Management (англ.). Также Форрестер известен как основатель системной динамики.

У. Деминг, гуру комплексного управления качеством, в чью честь Япония в 1950 году учредила свою главную индустриальную награду, в 1927 году был молодым специалистом в Bell Telephone Labs и, возможно, оказался тогда под влиянием работ в области сетевого анализа). Деминг сделал "понимающие системы" одним из четырёх столпов того, что он описал как глубокое знание в своей книге "Новая экономика".

Многочисленные работы появились в смежных областях. В 1935 году российский физиолог П. К. Анохин издал книгу, в которой было изучено понятие обратной связи ("обратная афферентация"). Исследования продолжались, в особенности в области математического моделирования регулирующих процессов, и две ключевые статьи были опубликованы в 1943 году. Этими работами были "Поведение, цель и телеология" А.Розенблюта (англ.), Норберта Винера и Дж.Бигелоу (англ.) и работа "Логическое исчисление идей, относящихся к нервной активности" У. Мак-Каллока и У. Питтса (англ.).

Кибернетика как научная дисциплина была основана на работах Винера, Мак-Каллока и других, таких как У. Р. Эшби и У. Г. Уолтер (англ.).

Уолтер был одним из первых, кто построил автономные роботы в помощь исследованию поведения животных. Наряду с Великобританией и США, важным географическим местоположением ранней кибернетики была Франция.

Навесні 1947 года Винер был приглашён на конгресс по гармоническому анализу, проведённому в Нанси, Франция. Мероприятие было организовано группой математиков Николя Бурбаки, где большую роль сыграл математик Ш. Мандельбройт.

Норберт Винер

Во время этого пребывания во Франции Винер получил предложение написать сочинение на тему объединения этой части прикладной математики, которая найдена в исследовании броуновского движения (т. н. винеровский процесс) и в теории телекоммуникаций. Следующим летом, уже в Соединённых Штатах, он использовал термин "кибернетика" как заглавие научной теории. Это название было призвано описать изучение "целенаправленных механизмов" и было популяризировано в книге "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине" (Hermann & Cie, Париж, 1948). В Великобритании вокруг этого в 1949 году образовался Ratio Club (англ.).

На початку 1940-х Джон фон Нейман, более известный работами по математике и информатике, внёс уникальное и необычное дополнение в мир кибернетики: понятие клеточного автомата и "универсального конструктора" (самовоспроизводящегося клеточного автомата). Результатом этих обманчиво простых мысленных экспериментов стало точное понятие самовоспроизведения, которое кибернетика приняла как основное понятие. Понятие, что те же самые свойства генетического воспроизводства относились к социальному миру, живым клеткам и даже компьютерным вирусам, является дальнейшим доказательством универсальности кибернетических исследований.

Винер популяризировал социальные значения кибернетики, проведя аналогии между автоматическими системами (такими как регулируемый паровой двигатель) и человеческими институтами в его бестселлере "Кибернетика и общество" (The Human Use of Human Beings: Cybernetics and Society Houghton-Mifflin, 1950).

Одним из главных центров исследований в те времена была Биологическая компьютерная лаборатория в Иллинойском университете, которой в течение почти 20 лет, начиная с 1958 года, руководил Х. Фёрстер.


3.1.1. Кибернетика в СССР

Но ничто не давало решения главной проблемы: металлические чудища оставались все-таки не более чем машинами, требующими управления со стороны человека.

І тоді-то виникла нова "наука", так звана "кібернетика". Якщо неможливо здійснити "мрію" практично, то не можна гм примусити її служити хоча б цілям пропаганди? Якщо неможливо надати роботу властивості людського розуму, то чи не можна переконати самого людини в тому, що його можна замінити роботом.

У Сполучених Штатах існує зараз цілий ряд найбільш "точних" визначень значення і цілей горезвісної кібернетики. Але, по суті, вони завжди перебували і полягають у тому, щоб маскувати невдачі творців "думаючих" машин, видавати бажане за дійсне, спекулювати на фактичних досягненнях сучасної техніки для самої розгнузданої і брехливою імперіалістичної пропаганди.

- "Кібернетка або туга за механічним солдатам", " Техніка - молоді ", серпень 1952, стор.34

Кібернетика є, таким чином, реакційної механістичної теорією, яка прагне відкинути сучасну наукову думку, засновану на матеріалістичної діалектики, далеко назад-к зжитої і спростованою більше ста років тому механістичної філософії.

- "Наука соверменних рабовласників", " Наука і життя ", червень 1953, стор.42

В "Філософський словник" 1954 року видання потрапила характеристика кібернетики як "реакційної лженауки", Там кібернетика була визначена як універсальна наука ...

... Про зв'язки і комунікаціях в техніці, про живих істот і громадського життя, про "загальної організації" і управлінні всіма процесами в природі і суспільстві ". Однак кібернетиці в статті даються досить невтішні, навіть зловісні характеристики, наприклад:" реакційна лженаука "," форма сучасного механіцизму "," заперечує якісну своєрідність закономірностей різних форм існування і розвитку матерії "," розглядає психофізіологічні та соціальні явища по аналогії ... з електронними машинами і приладами, ототожнюючи роботу головного мозку з роботою лічильної машини, а суспільне життя - з системою електро- і радіокомунікацій "," по суті своїй ... спрямована проти матеріалістичної діалектики, сучасної наукової фізіології, обгрунтованою І. П. Павловим "," яскраво виражає одну з основних рис буржуазного світогляду - його нелюдяність, прагнення перетворити трудящих в придаток машини, на знаряддя виробництва і знаряддя війни "," палії нової світової війни використовують кібернетику в своїх брудних практичних справах "," під прикриттям пропаганди кібернетики в країнах імперіалізму відбувається залучення вчених ... для розробки нових прийомів масового винищення людей - електронного, телемеханічного, автоматичної зброї "," є ... ідеологічним зброєю імперіалістичної реакції, ... засобом здійснення її агресивних військових планів

- "Кібернетика", Короткий філософський словник під редакцією М. Розенталя і П. Юдіна (видання 4, доповнене й виправлене, Державне видавництво політичної літератури, 1954)

В 1960-і і 1970-і рр.. на кібернетику, як на технічну, так і на економічну, вже стали делалался велику ставку.


3.2. Занепад і відродження

Протягом останніх 30 років кібернетика пройшла через злети і падіння, ставала все більш значущою в області вивчення штучного інтелекту і біологічних машинних інтерфейсів (тобто кіборгів), але, позбувшись підтримки, втратила орієнтири подальшого розвитку.

Франциско Варела
Стюарт А. Амплебі

У 1970-х нова кібернетика проявилася в різних областях, але особливо - в біології. Деякі біологи під впливом кібернетичних ідей ( Матурано і Варела, 1980; Варела, 1979; (Атлан (англ.), 1979), "усвідомили, що кібернетичні метафори програми, на яких базувалася молекулярна біологія, представляли собою концепцію автономії, неможливу для живої істоти. Отже, цим мислителям довелося винайти нову кібернетику, більш відповідну для організацій, які людство виявляє в природі - організацій, не винайдених ним самим " [6]. Можливість того, що ця нова кібернетика застосовна до соціальних форм організацій, залишається предметом теоретичних суперечок з 1980-х років.

В економіці в рамках проекту Кіберсін спробували ввести кібернетичну адміністративно-командну економіку в Чилі на початку 1970-х. Експеримент був зупинений в результаті путчу 1973, обладнання було знищено.

В 1980-х нова кібернетика, на відміну від її попередниці, цікавиться "взаємодією автономних політичних фігур і підгруп, а також практичного і рефлексивного свідомості предметів, що створюють і відтворюють структуру політичної спільноти. Основне думка - розгляд рекурсивності, або самозавісімості політичних виступів, як відносно вираження політичної свідомості, так і шляхами, в яких системи створюються на основі самих себе " [7].

Голландські вчені-соціологи Гейер і Ван дер Зоувен (нідерл.) в 1978 році виділили ряд особливостей з'являється нової кібернетики. "Однією з особливостей нової кібернетики є те, що вона розглядає інформацію як побудовану і відновлену людиною, взаємодіє з навколишнім середовищем. Це забезпечує епістемологічної підставу науки, якщо дивитися на це з точки зору спостерігача. Інша особливість нової кібернетики - її внесок у подолання проблеми редукції (протиріч між макро-і мікроаналізу). Таким чином, це пов'язує індивідуума з товариством " [8]. Гейер і Ван дер Зоувен також зазначили, що "перехід від класичної кібернетики до нової кібернетики призводить до переходу від класичних проблем до нових проблем. Ці зміни в роздумі включають, серед інших, зміни від акценту на керованій системі до керуючої і фактору, який направляє керуючі рішення. І новий акцент на комунікації між декількома системами, які намагаються керувати один одним " [9].

Останні зусилля у вивченні кібернетики, систем управління та поведінки в умовах змін, а також в таких суміжних галузях, як теорія ігор (аналіз групової взаємодії), системи зворотного зв'язку в еволюції і дослідження метаматеріалів (матеріалів з властивостями атомів, їх складових, за межами ньютоновим властивостей), призвели до відродження інтересу до цієї все більш актуальною області [10].


4. Відомі вчені


Література

  • Марков А. А. Що таке кібернетика. - В кн.: Кібернетика, мислення, життя. - М.: Думка, 1964
  • Петрушенко Л. А. Саморух матерії у світлі кібернетики. - М.: Наука, 1971
  • Кузин Л. Т. Основи кібернетики (в 2-х томах). - М.: Енергія, 1973
  • В. М. Глушков, Н. М. Амосов та ін "Енциклопедія кібернетики". Київ. 1975
  • Геровіч В. А. Людино-машинні метафори в радянській фізіології / / Питання історії природознавства і техніки. № 3, 2002. С. 472-506.
  • Грінченка С. Н. Історія людства з кібернетичних позицій / / Історія та Математика: Проблеми періодизації історичних макропроцесів. - М.: КомКніга, 2006. - С. 38-52.
  • Грехем, Л. Природознавство, філософія та науки про людську поведінку в Радянському Союзі - М .: Политиздат, 1991. - 480 с.
  • Клаус Г. Кібернетика і філософія = Kybernetik in philosophischer Sicht / Переклад з німецької І. С. Добронравова, А. П. Купріяна, Л. А. Лейтес; редактор В. Г. Виноградов; Післямова Л. Б. Баженова, Б. У . Бірюкова, А. Г. Спиркина - М .: ІЛ, 1963.
  • Основи кібернетики. Математичні основи кібернетики / Под ред. професора К. А. Пупкова - М .: Вища школа.
  • Основи кібернетики. Теорія кібернетичних систем / Под ред. професора К. А. Пупкова - М .: Вища. школа, 1976. - 408 с. - (Учеб. посібник для вузів). - 25000 екз .
  • Поваров Г. Н. Ампер і кібернетика. - М.: Радянське радіо, 1977.
  • Теслер Г. С. Нова кібернетика. - Київ: Логос, 2004. - 401 с.
  • Кібернетика та інформатика / / Збірник наукових праць до 50-річчя Секції кібернетики Будинку вчених ім. М. Горького РАН. - Санкт-Петербург, 2006. - 410 с.
  • Ігнатьєв М. Б. Інформаційні технології в мікро-, нано-та оптоелектроніці. - Вид. ГУАП, Санкт-Петербург, 2008. - 200 с.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Біологічна кібернетика
Медична кібернетика
Технічна кібернетика
Економічна кібернетика
Психологічна кібернетика
Зворотній зв'язок (кібернетика)
Кібернетика другого порядку
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru