Основные понятия кибернетики
Основным объектом исследования в Кибернетике являются так называемые кибернетические системы. Они рассматриваются абстрактно, безотносительно к их реальной физической природе, что позволяет находить общие методы подхода к изучению систем качественно различной природы, например технических, биологических и даже социальных.
Основные понятия кибернетики:
- система — любой комплекс динамически связных элементов
- управление — такое преобразование поступающей в систему информации и формирование таких управляющих воздействий, при которых обеспечивается достижение (по возможности наилучшее) заданных целей управления
- обратная связь — обратное воздействие результатов процесса на его протекание или управляемого процесса на управляющий. Передача информации о протекании процесса, на основе которой вырабатывается то или иное управляющее воздействие
- модель и алгоритм
- черный ящик — термин, используемый в кибернетике для обозначения системы, механизм работы которой очень сложен или неизвестен. Такие системы обычно имеют некий «вход» для ввода информации и «выход» для отображения результатов работы. Закономерности работы и устройство «черных ящиков» выявляют, изучая по выходным данным реакцию системы на различные входные данные.
Абстрактная кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов, называемых элементами системы, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией. Примерами кибернетических систем могут служить разного рода автоматические регуляторы в технике (например, автопилот или регулятор, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в помещении).
Организация связей между элементами кибернетической системы носит название структуры этой системы. Различают системы с
- постоянной структурой,
- переменной структурой.
Изменения структуры задаются в общем случае как функция от состояний всех составляющих систему элементов и от входных сигналов всей системы в целом.
Функционирование системы описывается 3мя семейсвами функций:
- определяющих изменения состояний всех элементов системы
- задающих их выходные сигналы,
- вызывающих изменения в структуре системы.
Система называется детерминированной, если все эти функции являются обычными (однозначными) функциями. Если же все эти функции, или хотя бы часть их, представляют собой случайные функции, то система носит название вероятностной, или стохастической.
Классификации систем
Бир разделяет системы по степени сложности:
- простые динамические системы (например, 2 бильардных шара)
- сложные системы (большое количество элементов, но можно описать строго и ясны причинно-следственные связи элементов)
- очень сложные системы
Так же системы можно делить на:
- детерминированные
- вероятностные
Еще классификация:
- внутренние - дана нам на опыт как целостное образование (живой организм). Имеет временно-пространственные рамки
- внешние (совокупность живых организмов)
Примеры
- простая вероятностная система: подбрасывание монеты
- сложная вероятностная система: рефлексы у животного
- очень сложная вероятностная система: человеческий мозг, экономика государства
Класс очень сложных детерминированных систем является пустым
Бир: кибернетика изучает класс очень сложных вероятностных систем, а класс сложных вероятностных - теория операций.
Разделение на классы сложности - по свойственной системе природе управления (а не по количеству элементов).
Система vs. Множество
Противопоставление подходу теории систем теоретико-множественного подхода:
- в теории множеств первичен элемент, в теории систем - целое, множество, элемент существует лишь потому что существует система.
- в теории множеств мы можем образовывать множества произвольно, по любому нашему критерию
- в теории множеств предполагается что элементы множества заранее индивидуализированны, в теории систем - процедура выделения объектов входит в процесс исследования системы и является одним из важнейших его этапов.
- противопоставление внешней организации внутренней. Элементы объединены во множество "внешней волей". Структура системы определяется внутренними причинами
Понятие обратной связи
Под управленем в кибернетике понимается не принуждение, а саморегулирование
- оптимальное управление в случае отсутствия внешних изменений
- если существуют внешние возмущения (например, порывы ветра)
- если возмущения определяются другим разумным существом - игровая задача (можем рассматривать природу, как противника, реализующего неудачные для нас исходы)
Кибернетическая система при саморегулировании использует принцип обратной связи. Можно выделить отдельный класс систем, которые уменьшают сложность управления (например, поведение оркестра можно детерминированно представить на бумаге, но при игре будут возникать ошибки музыкантов - система недетерминированна, для уменьшения сложности управления ей можно использовать дирижера, который сводит случайности к минимуму).
Метасистема - система состаящая из управляющей и управляемой систем. Интеллектуальное управление системой осуществляется методом проб и ошибок, заключается в выработке системы управления во главе которой стоит новая подсистема, которая оказывается управляющим устройством высшего этапа эволюции. Возникает движение - метасистема, система управления положением позволяет выработать движений. (СТРАННОЕ предложение)
- задача нахождения оптимальной программы
- нахождение наилучшего управления в зависимости от достяжимости нужного состояния.
Решение этой задачи является правилом управления по принципу обратной связи. Нам должно быть известно все об объекте. Данное допущение работает только относительно той модели мира, которую мы строим, но не относительно реального мира.
Сложность
Признаки сложности системы: сложность - множество элементов, необратимость, всегда уникальна.
+++Сложность в философии:
- Платон: простое - вечное, неизменное, божественное, единое. Чем выше статус идеи, тем проще. Сложное - изменчивое, непостоянное, вторичное по природе
- Аристотель - Простое - это природа вещи, а единое означает меру => отождесталять единое и простое нельзя. Сложное - составное, когда оно мыслиться в модусе бытия и как разделенное на части, когда оно мыслится в модусе небытия. Сложное - случайное бытие.
- Кузанский - Простота - свойство единого, свойство бога, свойство сущности вещи. Простота предшествует сложности онтологически
Сложность в кибернетике
Сложность кибернетических систем определяется двумя факторами.
- размерность системы (общее число параметров, характеризующих состояния всех её элементов).
- сложность структуры системы, определяющаяся общим числом связей между ее элементами и их разнообразием. Простая совокупность большого числа не связанных между собой элементов с повторяющимися от элемента к элементу простыми связями, ещё не составляет сложной системы.
Сложные (большие) кибернетические системы — это системы с описаниями, не сводящимися к описанию одного элемента и указанию общего числа таких (однотипных) элементов.
Чаще всего сложные кибернетические системы иерархичны.Сложность определяется уровнем организованности системы.
Можно ввести универсальную меру сложности (алгоритма/системы) - как минимальную возможную длинну программы для машины тьюринга, которая реализует данный алгоритм.
