Вопрос 37 основные понятия и принципы кибернетики

Кибернетика (с греч. управление, искусство управления) – возникла в 40-х гг. ХХ века в результате насущной практической потребности в повышении качества управления в производственно-технической, хозяйственной, политический, военной и других областях человеческой деятельности. Отцом кибернетики по праву называют выдающегося американского математика Н.Венера, который в 1948 г. впервые сформулировал основные идеи и принципы этой науки. В создании кибернетики принимали участие многие ученые: Д.Биглоу, К.Шеннон, И.М.Сеченов, И.П.Павлов, А.М.Ляпунов, А.А.Марков, А.Н.Колмогоров и др. Кибернетика – это наука об управлении и связи, оптимальном управлении, о восприятии, хранении и переработке информации, о причинных сетях. Каждое из этих определений подчеркивает существенную сторону кибернетики. Область применения кибернетики определил Н.Винер – это машины, живые организмы и их объединения. Кибернетика – это наука об управлении в кибернетических системах. Кибернетические системы – это сложные динамические системы любой природы (технические, биологические, экономические, социальные, административные) с обратной связью. Сложными динамическими системами называются такие системы, которые содержат в себе множество более простых, взаимодействующих друг с другом систем и элементов, которые меняются, т.е. под воздействием определенных процессов переходят из одного устойчивого состояния в другое. Кибернетика сформулировала принцип обратной связи: без обратной связи невозможно управление сложными и сложнодинамическими системами. В настоящее время этот принцип сознательно кладется в основу конструирования станков-автоматов, ЭВМ и других технических устройств. Для кибернетики характерен макроподход: она ответвляется от внутреннего строения системы и рассматривает ее как единое целое, некий «черный ящик», способный функционировать с помощью потоков информации. Это и есть информативный принцип кибернетики. Теория информации – раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации. Рассматривая зависимость информации на выходе от информации, К.Шеннон разработал принцип функциональной связи. Кибернетика использует и микроподход: она предполагает определение внутреннего строения системы управления, выявление ее основных элементов, их взаимосвязи, алгоритмов их работы и возможность синтезировать из этих элементов системы управления. Кибернетику подразделяют на: · теоретическую, · техническую, · прикладную. Теоретическая кибернетика связана с разработкой аппарата и методов исследования систем управления любой природы. Она связана с машинным моделированием на ЭВМ. Моделирование на ЭВМ ставит теоретическую кибернетику в особое положение по отношению к другим наукам: она дает принципиально новый подход и метод исследования практически всех наук: естественных, технических, гуманитарных. В этом она сходна с математикой. Но кибернетика – не математика, так как имеет свой предмет исследования – системы управления. Создаются новые научные направления – математическая логика, теория вероятностей, вычислительная математика, теория информации, теория кодирования, теория алгоритмов и т.д. В самой кибернетике возникли такие разделы, как теория автоматов, теория формальных языков и грамматик, теория распознавания образов, теория самообучающихся и самоорганизующихся систем, теория игр, теория статистических решений и т.п. Машинное моделирование позволяет исследовать объекты на основе математической модели. Техническая кибернетика – это конструирование и эксплуатация технических средств, применяемая в управляющих и вычислительных устройствах. Одна из главных проблем здесь – это проблема «человек-машина», т.е. изучение автоматических систем управления (АСУ), где обязательно принимает участие человек-оператор. Здесь она пересекается с инженерной психологией. Основные проблемы, стоящие перед технической кибернетикой, - это распознавание образов, создание читающих автоматов, анализ ситуаций, характеризующих технический процесс, разработка диагностических устройств. Прикладная кибернетика содержит приложение двух предыдущих подразделов кибернетики к решению задач, относящихся к частным системам в биологии, медицине, экономике, промышленности, транспорте. Поэтому выделяют психологическую, биологическую и другие виды кибернетики. Таким образом, в кибернетике скрестились почти все виды отраслей знаний – это целое направление в науке, занимающейся исследованием общих принципов управления и способов использования их в технике. 1.2. Самоорганизующиеся системы Сложнодинамические системы часто представляют собой самоорганизующиеся системы. В зависимости от выделения той или иной ведущей группы свойств их также называют саморегулирующимися, самонастраивающимися, самоалгоритмизирующимися системами. Самоорганизующимися называют такие системы, которые способны при изменении внешних или внутренних условий их функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта, сигналы о которой поступают по каналам обратной связи. Примеры самоорганизующихся систем: отдельная живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив, машина-автомат, машина-робот. Так как в сложнодинамических системах имеют место процессы самоуправления и применяются операции управления, то они называются системами управления. Каждая система управления состоит из двух систем: управляемой и управляющей. Управляющая системавоздействует на элементы управляемой системы и приводит ее в соответствие с заданным алгоритмом или целью в новое состояние. Различают три вида системы управления: · живые организмы, · сложные (с обратной связью) машины, · человеческие коллективы. Заслуга кибернетики в том, что она показала универсальность процессов управления. Процесс управления осуществляется в соответствии с задачей или целью управления. Управляющая система вырабатывает и передает по каналу обратной связи сигналы, несущие команды, которые поступают в управляемую систему и приводят ее к изменению. От управляемой системы по каналу обратной связи передаются сигналы, несущие информацию о том, как выполнены команды. В соответствии с этой информацией система вырабатывает новые, корректирующие команды. Это происходит до тех пор, пока цель управления не оказывается достигнутой. 1. 3. Связь кибернетики с процессом самоорганизации По современным представлениям, в формировании которых существенную роль сыграла кибернетика, процесс самоорганизации представляет собой автоматический процесс, при котором, если говорить о биологических системах, выживают комбинации, выгодные с точки зрения адаптации всего вида и отдельных организмов. Кибернетика играет существенную роль в понимании общих принципов процессов самоорганизации и дает исследователям методы конструирования различных типов самоорганизующихся систем. Но при этом остается открытым вопрос о физических процессах, происходящих в ходе самоорганизации в самых различных физических, метеорологических, химических, биологических и других системах. Эти процессы, как правило, очень сложны. И все же установление общих закономерностей процессов самоорганизации оказывается возможным.