Ім'я файлу: kurs_istoriya_informatiki.rtf
Розширення: rtf
Розмір: 1212кб.
Дата: 26.10.2020
скачати
Пов'язані файли:
p1_0.docx
Розширення: rtf
Розмір: 1212кб.
Дата: 26.10.2020
скачати
Пов'язані файли:
p1_0.docx
Кибернетика
[статья из дополнительного 51-го тома
второго издания Большой советской энциклопедии]
КИБЕРНЕТИКА [от греч. χυβερνητιχή (τέχνη искусство управления, от χυβερνάω – правлю рулём, управляю] – научное направление, задачи к-рого были сформулированы в работах амер. учёного Н. Винера, опубликованных в 1948: по Винеру и его последователям, К. есть наука о “связи”, “управлении” и “контроле” в машинах и живых организмах. Не исключаются из рассмотрения и случаи, когда указанные функции (связи, управления и контроля) осуществляются коллективами людей или людьми при помощи машин. Для уточнения и ограничения приведённого определения следует указать более отчётливо, что именно К. понимает под связью, управлением и контролем. К. изучает машины, живые организмы и их объединения исключительно с точки зрения их способности воспринимать определённую “информацию”, сохранять эту информацию в “памяти”, передавать её по “каналам связи” и перерабатывать её в “сигналы”, направляющие их деятельность в соответствующую сторону. Процессы восприятия информации, её хранения и передачи называются в К. связью, переработка воспринятой информации в сигналы, направляющие деятельность машин и организмов,– управлением. Если машина или организм способны воспринимать и использовать информацию о результатах своей деятельности, то говорят, что они обладают органами обратной связи (см.); переработка такого рода информации в сигналы, корректирующие деятельность машины или организма, называется в К. контролем, или регулированием. Поэтому К. определяют также как науку о способах восприятия, хранения, переработки и использования информации в машинах, живых организмах и их объединениях.
Второе определение более отчётливо подчёркивает своеобразие К. и центральное значение для К. понятия информации (см., 51 т.). В литературе по К. обычно подчёркивается, что осуществляющие связь, управление или контроль искусственные устройства или естественные органы рассматриваются в К. исключительно как носители или преобразователи информации. Большое значение в К. имеет понятие “количества информации”, введённое в явной форме амер. учёным К. Шенноном (1948). Роль этого понятия в К. сравнивают иногда с ролью понятия энергии в физике. Наоборот, конкретная материальная природа хранящих, передающих или перерабатывающих информацию устройств и органов, как и количество затрачиваемой на их работу энергии, являются с точки зрения К. подчинёнными обстоятельствами. В процессе эволюции живых организмов возникли тончайшие механизмы хранения огромного количества информации в ничтожных объёмах (напр., механизм наследственности, сохраняющий в одной клетке весь запас видовых признаков взрослого организма), а также механизмы, способные воспринимать и перерабатывать огромное количество новой информации с ничтожной затратой энергии (напр., механизмы памяти и мышления в коре головного мозга). В этом же направлении идёт и развитие техники при сооружении средств связи, управляющих и регулирующих автоматич. устройств и вычислительных машин.
Много дискутировавшийся вопрос о праве К. на существование в качестве самостоятельной научной дисциплины сводится к вопросу о том, насколько существенны общие черты всех процессов связи, управления и контроля, т. е. могут ли общие свойства этих процессов в машинах, живых организмах и их объединениях быть предметом достаточно содержательной единой теории. На этот вопрос следует ответить с полной определённостью утвердительно, хотя в направлении систематич. построения К. сделаны лишь первые шаги.
Наиболее сложившимся разделом К. является теория информации (см. статью Информации теория, 51 т.), посвящённая способам вычисления и оценки количества информации и исследованию на этой основе процессов хранения и передачи информации. Преобразование информации рассматривается здесь лишь в той мере, в какой оно необходимо для приспособления информации к хранению в данном запоминающем устройстве или для передачи по данному каналу связи (в терминологии теории информации – “кодирование” на входе канала связи и “декодирование” на выходе). Вводимые в теории информации понятия “ёмкости” запоминающего устройства и “пропускной способности” канала связи и общие выводы теории информации, относящиеся к способам осуществления надёжного хранения и передачи информации при наличии “помех” (или в акустической терминологии – “шумов”), имеют весьма разнообразные применения как в технике, так и для понимания устройства органов чувств, нервной системы и аппарата фиксации наследственных свойств живых организмов.
Другие отделы К. посвящены различным видам более глубокого преобразования информации. Контуры общей теории, охватывающей все разнообразные применения, здесь пока менее ясны, но уже сейчас несомненна плодотворность сравнительного изучения процессов преобразования информации в нервной системе (при рефлекторной, условно-рефлекторной её деятельности и в процессах мышления), в процессе эволюции видов (при накоплении полезных в борьбе за существование наследственных признаков), в приборах автоматич. управления и регулирования, в современных вычислительных машинах и т. п. Автоматические управляющие, регулирующие и вычислительные устройства, впрочем, и возникли из стремления переложить на них нек-рые функции, выполнявшиеся ранее человеком; поэтому вполне естественно, что процессы преобразования информации в этих устройствах имитируют процессы преобразования информации в нервной системе человека, в простейших случаях – процессы рефлекторной деятельности, а в более сложных – работу мышления. Новейшее развитие автоматов и вычислительных машин зашло так далеко, что приобретённый при их проектировании и эксплуатации опыт часто теперь способен давать руководящие указания при попытках рационального объяснения работы нервной системы.
Из имеющих общий интерес выводов К. отметим всё более укрепляющееся убеждение в существенных преимуществах: 1) фиксации больших количеств информации в дискретной форме, т. е. в виде большого числа отдельных знаков, каждый из к-рых способен принимать лишь малое число значений – лучше всего только два, 2) разложения любых сложных преобразований информации на отдельные шаги, каждый из к-рых затрагивает только небольшое число знаков. Одним из преимуществ дискретной записи информации является её устойчивость по отношению к “помехам” и возможность сохранять её даже при значительных помехах практически неограниченно долго. Простые и гибкие способы разложения любого преобразования информации, записанной в форме большого числа двоичных знаков, на простейшие операции разработаны логикой математической (см.). На этих принципах построены все современные большие универсальные вычислительные машины. В процессе естественной эволюции живых организмов устройство наследственного аппарата животных и растений и нервной системы животных и человека, по-видимому, тоже пришло если не к полному осуществлению этих принципов в наиболее чистом виде, то к широкому их использованию.
Из других общих идей кибернетических исследований отметим разработку представлений об “ультраустойчивости”, или “мультиустойчивости”. Дело идёт здесь о регулирующих механизмах второго порядка, к-рые, накапливая информацию о результатах деятельности того или иного управляющего или регулирующего механизма первого порядка, способны использовать эту информацию для целесообразного изменения устройства и способа действий этого механизма первого порядка. Классическим образцом такого регулирования второго порядка является механизм выработки условных рефлексов (см.). Над системой уже установившихся, выработанных рефлексов, т. е. связей между внешними раздражителями и реакциями организма, здесь господствует механизм выработки новых рефлексов. Входными сигналами для этого механизма являются “подкрепления”, получаемые в случае соответствия реакции нуждам организма, и “торможения” – в случае несоответствия. В недавнее время были построены экспериментальные “самообучающиеся” машины, работа которых имитирует процессы выработки условных рефлексов, так что в подобном регулировании второго порядка нельзя усматривать какой-либо специфической особенности живых организмов.
К. использует большой и часто своеобразный математич. аппарат, к-рый может быть назван “математической К.” (по аналогии с “математической физикой”). Работа управляющих и регулирующих систем поддаётся схематич. изучению, при к-ром конкретная природа “множества возможных состояний системы”, “множества возможных воздействий” и “множества возможных реакций” оказывается несущественной. Излагаемая таким абстрактным образом теория автоматов превращается в теорию чисто математич. характера. В случае автоматов дискретного действия она очень близка к теории конечных алгоритмов (см.). В К. входит, однако, также сравнительное изучение конкретных систем хранения, передачи и переработки информации и обсуждение особенностей и возможностей различных принципов осуществления (механических, электромагнитных, химических и т. п.), к-рые существенно опираются на данные механики, физики, химии и биологии. Совокупность этих вопросов можно объединить под названием “технической К.”
Материальной основой возникновения К. и возрастающего к ней интереса является создание и распространение машин и всевозможных технич. устройств, специально предназначенных для переработки (или хранения и передачи) информации. К. возникла, когда приборы автоматич. управления и регулирования стали включать в себя специальные счётно-решающие устройства и управляться кодированными сигналами, когда при конструировании вычислительных машин остро встали вопросы об объёме их “памяти” или о доступных им логических операциях и т. д. Не следует, однако, считать всю теорию автоматич. управления и регулирования частью К.; напр., изучение конкретного устройства исполнительных органов автоматов или их расчёт с точки зрения минимальных затрат энергии при воздействии на регулируемую систему не являются вопросами К. Аналогично отношение К. к исследованию операций и теории игр (см. статьи Операций исследование и Игр теория, 51 т.): экстремальные задачи выбора рациональной с той или иной точки зрения “стратегии” не являются сами по себе задачами К., но К. находит применение при исследовании операций и в теории игр в вопросах оценки, необходимой для решения задач из этих областей информации и выбора рациональных способов преобразования информации.
Наиболее дискуссионным вопросом К. является вопрос о пределах возможной замены функций человеческого мышления работой машин. Уже созданные машины, играющие в шахматы (пока на уровне не сильного игрока), или машины для автоматического перевода с одного языка на другой, разработанные методы автоматич. составления программ для универсальных вычислительных машин, включающие выполнение сложных рядов разнообразных логич. операций, показывают, что возможности современной техники в этом отношении очень велики. В принципе следует считать, что любая строго ограниченная и формально описанная область мыслительной деятельности может быть передана машинам. Принципиальное отличие работы машины от человеческого мышления состоит не в существовании каких-либо особенно тонких и сложных отдельных операций, выполняемых человеческим мозгом и не могущих быть автоматизированными и переданными машинам, а в том, что машины выполняют лишь вспомогательные операции в соответствии с целями, поставленными человеком.
Лит.: Wiener N., Cybernetics or control and communication in the animal and the machine, [6 print], N. Y. – P., [1949]; его же, The human use of human beings. Cybernetics and society, 2 ed., N. Y., 1956; Соболев С.Л., Китов А.И. и Ляпунов А.А., Основные черты кибернетики, “Вопросы философии”, 1955, № 4; Цянь Сюэ-сэнь, Техническая кибернетика, пер. с англ., М., 1956; La cybernétique. Théorie du signal et de l’information. Réunions d’études et de mises au point tenues sous la présidence de Louis de Broglie, P., 1951; Bush R.R. and Mosteller F., Stochastic models for learning, N. Y. – L., 1955; Ashby W.R., An introduction to cybernetics, L., 1956; его же, Design for a brain, Reprint, N. Y., 1954.
Лекция 7
Приложение 3
А.Н. Колмогоров
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 19