Кибернетика как наука

План

   1. Кибернетика как наука, основные  понятия кибернетики

   2. Кибернетика в научной картине  мира

   3. Основные принципы и законы  кибернетики

   Заключение

   Список  использованной литературы

   Введение

   Кибернетика - наука об общих закономерностях  процессов управления и передачи информации в технических, биологических  и социальных системах. Она является одной из самых молодых и важных для современного человечества наук. Её основателем является американский математик Норберт Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу «Кибернетика, или управление их связь в животном и машине». Своё название новая наука  получила от древнегреческого слова  «кибернетес», что в переводе означает «управляющий», «рулевой», «кормчий». Она возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс, как  живых, так и неживых систем.

   Место кибернетики в современной науке  можно определить внутри математики, аппаратом которой кибернетики  пользуются для описания процессов  регуляции. Н. Винер, создавая свою первую книгу о кибернетике, использовал  простые математические формулы  и доступные примеры из природы  для описания кибернетических законов. После того, как кибернетика была принята учёными мира и стала  исследоваться независимо от автора, Н. Винер, на правах первооткрывателя новой  области знания, начал писать о  роли кибернетики в жизни общества, и более конкретно, о роли автоматов  в судьбе человеческого рода.

   Кибернетика довольно быстро породила дочернюю науку, информатику, нужда в которой  возникла в результате неудержимого роста потребности экономики  в вычислительных машинах и такого же роста мощности последних. Современное  понятие информации, к которому также  был причастен Н. Винер, вошло  в повседневность. Современное использование  законов кибернетики сугубо прагматично  и утилитарно, но начинается оно  с изучения и освоения законов, описанных  ещё Н. Винером.

   Кибернетика - это фундаментальный труд, который  описывает главные понятия и  принципы управления информации. Изучением  процессов управления в природе, обществе и технике и занимается наука кибернетика.

   1. Кибернетика как наука, основные  понятия кибернетики

   Кибернетика - наука об общих закономерностях  процессов управления и передачи информации в технических, биологических  и социальных системах. Термином «кибернетика» 2500 лет назад древнегреческий  философ Платон называл «искусством  управления кораблем». В начале XIX в. французский физик и математик  А.М. Ампер называл кибернетику  наукой об управлении государством. Кибернетика  возникла в 40-х гг. XX в. в результате насущной практической потребности  в повышении качества управления в производственно-технической, хозяйственной, политической, военной и других областях человеческой деятельности. Её основателем  является американский математик Н. Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу «Кибернетика, или управление их связь в животном и машине». Она возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс, как  живых, так и неживых систем. В  Советском Союзе разработками в  этой области занимались И. Полетаев, М. Цетлин, В. Глушков, А. Берг, И. Петровский и другие.

   Со  сложными системами управления человек  имел дело задолго до кибернетики (управление людьми, машинами; наблюдал регуляционные  процессы у живых организмов). Но кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах  и системах, а не их специфику. В  «докибернетический» период знания об управлении и организации носили «локальный» характер, т. е. в отдельных  областях. Так, еще в 1843 г. польский мыслитель  Б. Трентовский опубликовал малоизвестную в настоящее время книгу «Отношении философии к кибернетике как искусству управления народом». В своей книге «Опыт философских наук» в 1834 году известный физик А.М. Ампер дал классификацию наук, среди которых третьей по счету стоит кибернетика - наука о текущей политике и практическом управлении государством (обществом).

   В общую кибернетику обычно включают теорию информации, теорию алгоритмов, теорию игр и теорию автоматов, техническую  кибернетику. 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. 

   - Техническая Кибернетика - отрасль  науки, изучающая технические  системы управления. Важнейшие направления  исследований разработка и создание  автоматических и автоматизированных  систем управления, а также автоматических  устройств и комплексов для  передачи, переработки и хранения  информации.

   - Биологическая кибернетика применяет  идеи и методы кибернетики  в биологии и медицине. Особое  место в этом направлении исследований  играет нейрокибернетика, изучающая  процессы 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.

   - Гомеостатика - наука о достижении  равновесных состояний - при наличии  многих действующих одновременно  факторов связывает модели биологической  кибернетики и технической кибернетики.  Кибернетику интересует равновесные  состояния в таких системах  и способы их достижения.

   - Экономическая кибернетика - изучает  процессы управления, протекающие  в экономике. Социальная кибернетика  изучает процессы управления, протекающие  в человеческом обществе. Это  направление кибернетики тесно  смыкается с социальной психологией. 

   К основным задачам кибернетики относятся: 1) установление фактов, общих для  управляемых систем или для некоторых  их совокупностей; 2) выявление ограничений, свойственных управляемым системам и установление их происхождения; 3) нахождение общих законов, которым  подчиняются управляемые системы; 4) определение путей практического  использования установленных фактов и найденных закономерностей.

   Основные  понятия кибернетики: управление, управляющая  система, управляемая система, организация, обратная связь, алгоритм, модель, оптимизация, сигнал, «черный ящик» и др. Управление - это воздействие на объект, выбранное  на основании имеющейся для этого  информации из множества возможных  воздействий, улучшающее его функционирование или развитие. У управляемых систем всегда существует некоторое множество  возможных изменений, из которого производится выбор предпочтительного изменения. Если у системы нет выбора, то не может быть и речи об управлении.

   Управление - это вызов изменений в системе  или перевод системы из одного состояния в другое в соответствии с объективно существующей или выбранной  целью. Управлять - это и предвидеть те изменения, которые произойдут в  системе после подачи управляющего воздействия (сигнала, несущего информацию). Всякая система управления рассматривается  как единство управляющей системы (субъекта управления) и управляемой  системы - объекта управления. Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешней среде. Поведение  любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей с  окружающей средой. Поскольку все  объекты, явления и процессы взаимосвязаны  и влияют друг на друга, то, выделяя  какой-либо объект, необходимо учитывать  влияние среды на этот объект и  наоборот. Свойством управляемости может обладать не любая система. Необходимым условием наличия в системе хотя бы потенциальных возможностей управления является ее организованность.

   Чтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых  элемента: 1. каналы сбора информации о состоянии среды и объекта; 2. канал воздействия на объект; 3. цель управления. 4. способ (алгоритм, правило) управления, указывающий, каким образом  можно достичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии  среды и объекта.

   В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройство, по словам Н. Винера, «которое выполняет  определенную операцию над настоящим  и прошлым входного потенциала, но для которого не обязательно располагать  информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции».

   Понятие цели и целенаправленность. Основатель кибернетики Н. Винер писал, что  «действие или поведение допускает  истолкование как направленность на достижение некоторой цели, т. е. некоторого конечного состояния, при котором  объект вступает в определенную связь  в пространстве и во времени с  некоторым другим объектом или событием».

   Цель  определяется как внешней средой, так и внутренними потребностями  субъекта управления. Цель должна быть принципиально достижимой, она должна соответствовать реальной ситуации и возможностям системы (управляющей  и управляемой). За счет управляющих  воздействий управляемая система  может целенаправленно изменять свое поведение. Целенаправленность управления биологических управляемых систем сформирована в процессе эволюционного  развития живой природы. Она означает стремление организмов к их выживанию  и размножению. Целенаправленность искусственных управляемых систем определяется их разработчиками и пользователями.

   Понятие обратной связи. Управление по «принципу  обратной связи». Принцип обратной связи характеризует информационную и пространственно-временную зависимость  в кибернетической системе. В  широком смысле понятие обратной связи, по словам Н. Винера, «означает, что часть выходной энергии аппарата или машины возвращается как вход. В узком смысле для обозначения  того, что поведение объекта управляется  величиной ошибки в положении  объекта по отношению к некоторой  специфической цели. В этом случае обратная связь отрицательна, т.е. сигналы  от цели используются для ограничения  выходов, которые в противном  случае шли бы дальше цели». Если поведение  системы усиливает внешнее воздействие, то имеем дело с положительной  обратной связью, а если уменьшает, - то с отрицательной обратной связью. Особый случай - гомеостатические обратные связи, которые сводят внешнее воздействие  к нулю (например, температура тела человека, которая остается постоянной благодаря гомеостатическим обратным связям). Понятие обратной связи  имеет отношение к цели управления. Поведение объекта управляется  величиной ошибки в положении  объекта по отношению к стоящей  цели.

   Понятие информации. Управление - информационный процесс. Информация - «пища», «ресурс» управления. Поэтому кибернетика  есть вместе с тем наука, об информации, об информационных системах и процессах. «Информация» связана со сведениями, сообщениями и их передачей. Бурное развитие в нашем веке телефона, телеграфа, радио, телевидения и  других средств массовой коммуникации потребовало повышения эффективности  процессов передачи, хранения и переработки  передаваемых сообщении информации. «Докибернетическое» понятие информации связано с совокупностью сведений, данных и знаний. Оно стало явно непонятным, неопределенным с возникновением кибернетики. Понятие информации в  кибернетике уточняется в математических «теориях информации». Это теории статистической, комбинаторной, топологической, семантической  информации.

   В отечественной и зарубежной литературе предлагается много разных концепций (определений) информации: информация как отраженное разнообразие; информация как устранение неопределенности (энтропии); информация как связь между управляющей  и управляемой системами; информация как преобразование сообщений; информация как единство содержания и формы (например, мысль - содержание, а само слово, звук - форма); информация - это мера упорядоченности, организации системы в ее связях с окружающей средой.

   Общее понятие информации должно непротиворечиво  охватывать все определения информация, все виды информации. Такого универсального понятия информации еще не разработано. Информация может быть структурной, застывшей, окостенелой. Например, в  минералах, машинах, приборах, автоматических линиях. Любая машина - это овеществленная научная и техническая информация, разум общества, ставший предметом. Информация может быть также функциональной, «актуальным управлением». Информация измеримая величина. Она измеряется в битах.

   Основные  свойства информации: 1) способность  управлять физическими, химическими, биологическими и социальными процессами. Там, где есть информация, действует  управление, а там, где осуществляется управление, непременно присутствует и информация; 2) способность передаваться на расстоянии (при перемещении инфоносителя); 3) способность информации подвергаться переработке; 4) способность сохраняться  в течение любых промежутков  времени и изменяться во времени; 5) способность переходить из пассивной  формы в активную. Например, когда  извлекается из «памяти» для построения тех или иных структур (синтез белка, создание текста на компьютере).