Кібернетика і її види

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Новий Гуманітарний Університет Наталії Нестерової
Факультет туризму та готельного бізнесу
РЕФЕРАТ
з інформатики
на тему:
Кібернетика і її види
Москва
2002

Зміст
Кібернетика як наука. 4
Значення кібернетики. 5
Електронно-обчислювальні машини та персональні комп'ютери .. 6
Моделювання систем. 7
Сфери використання кібернетики. 8
Системний аналіз і теорія систем. 10
Теорія автоматичного керування. 11
Економічна кібернетика. 11
Молекулярна кібернетика. 12
Список використаної літератури .. 14

Кібернетика як наука

Кібернетика перекладі з грецької мистецтво управління) - це наука про управління складними системами зі зворотним зв'язком. Вона виникла на стику математики, техніки й нейрофізіології, і її цікавив цілий клас систем, як живих, так і не живих, у яких існував механізм зворотного зв'язку. Засновником кібернетики по праву вважається американський математик Н. Вінер [1], що випустив в 1948 році книгу, яка так і називалася «Кібернетика».
Оригінальність цієї науки полягає в тому, що вона вивчає не речовинний склад систем і не їх структуру, а результат роботи даного класу систем. У кібернетиці вперше було сформульовано поняття «чорного ящика» як пристрою, що виконує певну операцію над сьогоденням і минулим вхідного потенціалу, але для якого ми не обов'язково маємо інформацію про структуру, що забезпечує виконання цієї операції.
Системи вивчаються в кібернетиці за їх реакцій на зовнішні впливи, інакше кажучи, за тими функціями, які вони виконують. Поряд з речовинним і структурним підходом, кібернетика ввела в науковий обіг функціональний підхід як ще один варіант системного підходу в широкому сенсі слова.
Якщо 17-е століття і початок 18-ого століття - століття парових машин, то даний час є вік зв'язку та управління. У вивчення цих процесів кібернетика внесла значний вклад. Вона вивчає способи зв'язку й моделі управління, і в цьому дослідженні їй знадобилося ще одне поняття, яке було давно відомим, але вперше одержало фундаментальний статус у природознавстві - поняття інформації як міри організованості системи на противагу поняттю ентропії як міри неорганізованості.
Щоб ясніше стало значення інформації, розглянемо діяльність ідеального істоти, що отримав назву «демон Максвелла». Ідею такої істоти, що порушує другий початок термодинаміки, Максвелл [2] виклав у «Теорії теплоти» вийшла в 1871 році. «Коли частка зі швидкістю вище середньої підходить до дверцят з відділення А або частка зі швидкістю нижче середньої підходить до дверцят з відділення В, воротар відкриває дверцята і частка проходить через отвір, коли ж частка зі швидкістю нижче середньої підходить із відділення А або частка зі швидкістю вище середньої підходить із відділення У дверцята закривається. Таким чином, у відділенні А їх концентрація зменшується. Це викликає очевидне зменшення ентропії, і якщо з'єднати обидва відділення тепловим двигуном, ми, начебто, одержимо вічний двигун другого роду ».
Кібернетика виявляє залежності між інформацією й іншими характеристиками систем. Робота «демона Максвелла» дозволяє встановити обернено пропорційну залежність між інформацією і ентропією. З підвищенням ентропії зменшується інформації і навпаки, зниження ентропії збільшує інформацію. Зв'язок інформації з ентропією свідчить і про зв'язок інформації з енергією.
Енергія (від грецького energeia - діяльність) характеризує загальну міру різних видів руху і взаємодії у формах: механічної, теплової, електромагнітної, хімічної, гравітаційної, ядерної. Точність сигналу, що передає інформацію, не залежить від кількості енергії, яка використовується для передачі сигналу.

Значення кібернетики

Загальне значення кібернетики позначається в наступних напрямках:
  • Філософське значення, оскільки кібернетика дає нове уявлення про світ, засноване на ролі зв'язку, управління, інформації, організованості, зворотного зв'язку й імовірності.
  • Соціальне значення, оскільки кібернетика дає нове уявлення про суспільство, як організованому цілому. Про користь кібернетики для вивчення суспільства не мало було сказано вже в момент виникнення цієї науки.
  • Загальнонаукове значення в трьох значеннях: по-перше, тому що кібернетика дає загальнонаукові поняття, які виявляються важливими в інших областях науки - поняття управління, складно динамічної системи тощо; по-друге, тому що дає науці нові методи дослідження: імовірнісні, стохастичні , моделювання на ЕОМ і так далі, по-третє, тому що на основі функціонального підходу «сигнал-відгук» кібернетика формує гіпотези про внутрішній склад і будову систем, які потім можуть бути перевірені в процесі змістовного дослідження.
  • Методологічне значення кібернетики визначається тим, що вивчення функціонування більше простих технічних систем використовується для висування гіпотез про механізм роботи якісно більше складних систем з метою пізнання відбуваються в них процесів - відтворення життя, навчання і так далі.
  • Найбільш відомо технічне значення кібернетики - створення на основі кібернетичних принципів ЕОМ, роботів, ПЕОМ, що породило тенденцію кібернетизації та інформатизації не тільки наукового пізнання, а й усіх сфер життя.

Електронно-обчислювальні машини та персональні комп'ютери

Точно так само, як різноманітні машини і механізми полегшує фізичну працю людей, електронно-обчислювальні машини (ЕОМ) і персональні комп'ютери (ПК) полегшують його розумову працю, заміняючи людський мозок у його найбільш простих і рутинних функціях. ЕОМ діють по принципи «так-ні», і цього достатньо для того, щоб створити обчислювальні машини, хоча й поступаються людському мозку в гнучкості, але переважаючі його по швидкості виконання обчислювальних операцій. Аналогія між ЕОМ і мозком людини доповнюється тим, що ЕОМ як би грає роль центральної нервової системи для пристроїв автоматичного управління.
Введене трохи пізніше в кібернетиці поняття самообучающихся машин аналогічно відтворенню живих систем. І те, й інше є творення себе, можливе в плані машин, як і живих систем. Навчання онтогенетично є те ж, що й саме відтворення філогенетично.
Як би не протікав процес відтворення, «це динамічний процес, що включає якісь сили або їх еквіваленти. Один з можливих способів представлення цих сил полягає в тому, щоб помістити активний носій специфіки молекули в частотному будові її молекулярного випромінювання, значна частина якого лежить, мабуть, в області інфрачервоних електромагнітних частот або навіть нижче. Може виявитися, що специфічні речовини (віруси) при деяких обставинах випромінюють інфрачервоні коливання, які мають здатність сприяти формуванню інших молекул вірусу з невизначеної магми амінокислот і нуклеїнових кислот. Цілком можливо, що таке явище дозволено розглядати як деякий привабливе взаємодія частот ».
Така гіпотеза відтворення Вінера, яка дозволяє запропонувати єдиний механізм саме відтворення для живих і неживих систем.
Сучасні ЕОМ значно перевершують ті, які з'явилися на зорі кібернетики. Ще 10 років тому фахівці сумнівалися, що шаховий комп'ютер коли-небудь зможе обіграти пристойного шахіста, але тепер він майже на рівних б'ється з чемпіоном світу. Те, що машина ледь не виграла у Каспарова за рахунок величезної швидкості перебору варіантів (100 мільйонів у секунду проти двох у людини), гостро ставить питання не тільки про можливості ЕОМ, але і про те, що таке людський розум.
Передбачалося два десятиліття тому, що ЕОМ будуть з роками все більш потужними і масивними, але всупереч прогнозам найбільших учених, були створені персональні комп'ютери, які стали повсюдним атрибутом нашого життя. У перспективі нас чекає загальна комп'ютеризація й створення людиноподібних роботів.

Моделювання систем

Завдяки кібернетиці й створенню ЕОМ одним з основних способів пізнання, нарівні зі спостереженням і експериментом, став метод моделювання. Застосовувані моделі стають все більш масштабними: від моделей функціонування підприємства й економічної галузі до комплексних моделей управління біогеоценозами, еколого-економічних моделей раціонального природокористування в межах цілих регіонів, до глобальних моделей.
У 1972 році на основі методу «системної динаміки» Дж. Форрестера [3] були побудовані перші так звані «моделі світу», націлені на вироблення сценаріїв розвитку всього людства в його взаєминах з біосферою. Їх недоліки полягали в надмірно високому ступені узагальнення змінних, що характеризують процеси, що протікають у світі; відсутності даних про особливості і традиції різних культур і так далі. Однак це виявилося дуже багатообіцяючим напрямком. Поступово зазначені недоліки долалися в процесі створення наступних глобальних моделей, які брали все більш конструктивний характер, орієнтуючись на розгляд питань поліпшення існуючого еколого-економічного становища на планеті.
М. Месаровічем і Е. Пестелем були побудовані глобальні моделі на основі теорії ієрархічних систем, а В. Леонтьєвим - на основі розробленого ним в економіці методу «витрати-випуску». Подальший прогрес у глобальному моделюванні очікується на шляхах побудови моделей, все більш адекватних реальності, що поєднують в собі глобальні, регіональні та локальні моменти.
Тягнучись на вивчення все більш складних систем, метод моделювання стає необхідним засобом, як пізнання, так і перетворення дійсності. В даний час можна говорити як про одну з основних, про перетворювальної функції моделювання, виконуючи яку воно вносить прямий внесок в оптимізацію складних систем. Перетворювальна функція моделювання сприяє уточненню цілей і засобів реконструкції реальності. Властива моделюванню трансляційна функція сприяє синтезу знань - завданню, що має першорядне значення на сучасному етапі вивчення світу.
Прогрес в області моделювання слід очікувати не на шляху протиставлення одних типів моделей іншим, а на основі їх синтезу. Універсальний характер моделювання на ЕОМ дає можливість синтезу найрізноманітніших знань, а властивий моделюванню на ЕОМ функціональний підхід служить цілям управління складними системами.

Сфери використання кібернетики

У нашій країні кібернетика як наука про найбільш загальні закони управління почала інтенсивно розвиватися приблизно з 1955 року. Велику роль в цей період становлення кібернетики відіграли вчені А. А. Ляпунов [4] і В. М. Глушков [5].
А. А. Ляпунов дає наступне визначення: "Кібернетика - це наука про загальні закономірності будови керуючих систем і перебігу процесів управління. Вона вивчає процеси зберігання, передачі, переробки і сприйняття інформації".
Великий вплив на розвиток кібернетики в СРСР надавав академік В. М. Глушков, який працював в основному в області теорії цифрових автоматів, формальних мов, штучного інтелекту. Йому ж належить ідея створення перших автоматизованих систем управління підприємства (АСУП) "Кунцево", "Львів", а також загальнодержавної автоматизованої системи управління (ЗДАС).
Дане їм визначення кібернетики, яке увійшло в Радянську енциклопедію і ряд енциклопедій інших країн, виглядає наступним чином: "Кібернетика - це наука про загальні закони одержання, зберігання, передачі й перетворення інформації у складних керуючих системах". Слід зазначити, що це визначення розкриває тільки теоретичну бік досліджень. В. М. Глушков разом з тим відзначав, що кібернетика, як і фізика, підрозділяється на теоретичну і прикладну.
Основними категоріями методами теоретичної кібернетики є такі поняття: "складна система", "міждисциплінарність", "міжсистемних ізоморфізм", "чорний ящик", "управління", "зворотний зв'язок", спостерігач "," гомеостаз "," зовнішнє доповнення "," принцип необхідної різноманітності ". У поєднанні з загально пізнавальними методами" класифікація "," узагальнення "," абстрагування "," аналіз-синтез "кібернетика сумлінно виконує свою місію методології вивчення складних систем.
Області програми кібернетики як прикладної науки також досить великі, з'являються напрями: технічна кібернетика, економічна кібернетика, біологічна кібернетика, медична кібернетика, нейрокібернетика і т.д.
Наука кібернетика вивчає проблеми аналізу та синтезу складних цілеспрямованих систем, закони управління і питання побудови та дослідження моделей цих систем і т.д. Стосовно до організаційно-технологічних систем кібернетика як наука про управління включає наступні основні напрямки:
· Системний аналіз та загальна теорія систем;
· Теорія автоматичного управління;
· Теорія оптимального управління економікою;
· Теорія вибору і прийняття рішень;
· Теорія розпізнавання образів;
· Теорія розкладів;
· Теорія моделювання;
· Теорія масового обслуговування і т.д.
Основне прикладне призначення кібернетики - проектування автоматичних, автоматизованих та інтегрованих систем різного класу і призначення. При цьому з точки зору управління в організаційних системах можна виділити такі рівні предметної області кібернетики:
· Загальнодержавна автоматизована система збору та обробки інформації (ЗДАС);
· Територіальні (республіканські, обласні, міські, районні) автоматизовані системи обробки інформації і управління (тасуючи);
· Галузеві автоматизовані системи управління (ОАСУ); автоматизовані системи управління акціонерними товариствами, підприємством (АСУП);
· Автоматизовані установчі системи (АУС);
· Автоматизовані робочі місця керівників (АРМ).
C точки зору управління в технічних системах зазвичай виокремлюють такі предметні області дослідження:
· Окремі пристрої автоматики;
· Гнучкі виробничі модулі, ділянки виробництва;
· Автоматизовані системи управління технологічними процесами і установками;
· Автоматизовані системи комплексних випробувань;
· Автоматизовані системи наукових досліджень;
· Системи автоматизованого проектування.
Розглянемо коротко деякі з напрямків застосування кібернетики.

Системний аналіз і теорія систем

Практична потреба суспільства в наукових засадах прийняття рішень виникла з розвитком науки і техніки тільки в XVIII столітті Початком науки "Теорія прийняття рішень" слід вважати роботу Жозефа Луї Лагранжа, зміст якої полягав у наступному: скільки землі повинен брати на лопату землекоп, щоб його змінна продуктивність була найбільшою. Виявилося, що твердження "бери більше, кидай далі" невірний. Бурхливе зростання технічного прогресу, особливо під час і після другої світової війни, ставив все нові й нові завдання, для вирішення яких залучалися і розроблялися нові наукові методи. Можна виділити наступні науково-технічні передумови становлення "Теорії прийняття рішень":
· Подорожчання "ціни помилки". Чим складніше, дорожче, масштабніше плановане захід, тим менше припустимі в ньому "вольові" рішення і тим важливіше стають наукові методи, що дозволяють заздалегідь оцінити наслідки кожного рішення, заздалегідь виключити неприпустимі варіанти і рекомендувати найбільш вдалі;
  • прискорення науково-технічної революції техніки і технології. Життєвий цикл технічного вироби скоротився настільки, що "досвід" не встигав накопичуватися, і було потрібно застосування більш розвиненого математичного апарату в проектуванні;
  • розвиток ЕОМ. Розмірність і складність реальних інженерних завдань не дозволяло використовувати аналітичні методи.
Інженерна справа найтіснішим чином пов'язане з сукупностями об'єктів, які прийнято називати складними системами, які характеризуються численними і різноманітними за типом зв'язками між окремо існуючими елементами системи і наявністю у системи функції призначення, якої немає у складових її частин. На перший погляд кожна складна система має унікальну організацію. Однак більш детальне вивчення спроможна виділити загальне в системі команд ЕОМ, в процесах проектування лісової машини, літака і космічного корабля.
У науково-технічній літературі існує ряд терміном, що мають відношення до дослідження складних систем. Найбільш загальний термін "теорія систем" відноситься до всіляких аспектів дослідження систем. Її основними частинами є
· Системний аналіз, який розуміється як дослідження проблеми прийняття рішення в складній системі,
  • кібернетика, яка розглядається як наука про управління і перетворення інформації.
Тут слід зауважити, що поняття управління не співпадає з прийняттям рішення. Умовна межа між кібернетикою і системним аналізом полягає в тому, що перша вивчає окремі і строго формалізовані процеси, а системний аналіз - сукупність процесів і процедур.
Дуже близьке до терміну "системний аналіз" поняття - "дослідження операцій", яке традиційно позначає математичну дисципліну, що охоплює дослідження математичних моделей для вибору величин, що оптимізують задану математичну конструкцію (критерій). Системний аналіз може зводитися до вирішення низки завдань дослідження операцій, але має властивості, не охоплюються цією дисципліною. Однак у зарубіжній літературі термін "дослідження операцій" не є суто математичним і наближається до терміну "системний аналіз". Широка опора системного аналізу на дослідження операцій призводить до таких його математизувати розділам, як
· Постановка задач прийняття рішення;
  • опис безлічі альтернатив;
  • дослідження багатокритеріальних завдань;
  • методи рішення задач оптимізації;
  • обробка експертних оцінок;
  • робота з макромоделі системи.

Теорія автоматичного управління

Теорія автоматичного управління - це наука, яка вивчає процеси управління та проектування автоматичних систем, що працюють у замкнутому циклі. Інакше кажучи, вона вивчає будь-які системи зі зворотним зв'язком.

Економічна кібернетика

Сучасне управління складними соціально-економічними та виробничими системами в рамках ринкових відносин вимагає прийняття рішень, що враховують вплив великого числа випадкових збурюючих факторів, взаємопов'язаних динамічних процесів, неповноти вихідної інформації, множинності стратегій розвитку, багатоваріантності шляхів досягнення кінцевих результатів, розмаїття оцінок їх ефективності. Все це обумовлює необхідність формування у сучасного фахівця в галузі економіки системних уявлень про сферу професійної діяльності, глибокого вивчення математичних методів та обчислювальної техніки, навичок аналізу економічних проблем, постановки завдань і оцінки наслідків альтернативних варіантів прийнятих рішень з використанням моделей різних класів і ефективної комп'ютерної підтримки. Подібні можливості надає спеціальність "Економічна кібернетика". Закордонним аналогом нашого "економіста-математика" є "системний аналітик", що спеціалізується в сфері економіки.

Молекулярна кібернетика

Ще в 60-і роки було сформульовано тезу: людству необхідно усвідомлювати свою генетичну природу. Але тоді він був постулатом генетиків, а сьогодні став популярний не тільки серед фахівців дуже широкого кола наук, аж до археологів, а й взагалі серед людей, що замислюються про походження людини, сенс життя, майбутнє планети.
Концепція молекулярно-генетичних систем управління (МГСУ) виникла в середині 60-х років як додаток ідей і методів кібернетики для опису, аналізу і моделювання явищ молекулярно-генетичної організації. До цього часу в теоретичній кібернетиці були отримані значні результати, що відкрили можливість обгрунтувати і вирішити ці проблеми. Дж. фон Нейман [6] розробив основи теорії самовідтворюються автоматів, маючи на увазі проблеми та прообрази з генетики та молекулярної біології. К. Шеннон [7], Л. Брілюена [8] та ін прояснили поняття кількості інформації. А. Ляпунов і С. Яблонський [9] описали центральний об'єкт кібернетики - системи управління, а І. Полєтаєв уточнив розуміння "інформації за змістом", фізичних особливостей актів управління, принципу лімітування в складних системах. Кібернетика була активною і бурхливо розвивалася наукою, додаток якої намагалися знайти в самих різних галузях знання.
Весь досвід молекулярної генетики показує, що найбільш суттєвими молекулярними компонентами клітини є фракції кодують біополімерів - ДНК, РНК і білків. З ними пов'язані всі найважливіші процеси та властивості клітин: самовідтворення, успадкування, транспорт речовин, розвиток, імунітет і т.д. Сукупність кодують біополімерів клітини володіє кількома загальними, фундаментальними властивостями, і цю систему біополімерів клітини і назвали молекулярно-генетичної системою управління. При її інформаційно-кібернетичному описі на перший план виходять принципи організації і управління, самовідтворення, інформаційні процеси, завадостійкість, кодування, пам'ять, мови тощо, а структурні, фізико-хімічні властивості відходять на другий план.

Список використаної літератури

  1. Вінер М. Кібернетика. М.: Наука, 1968.
  2. Єршов А., Кузнєцов А., Гольц Я. Основи обчислювальної техніки. М.: 1985.
  3. Клаус Г. "Кібернетика і філософія", М.: Іноземна література, 1963
  4. Ратнер В., професор, д.б.н., зав. лабораторією молекулярно-генетичних систем управління Інституту цитології і генетики СВ РАН, академік РАПН. Стаття в журналі «НВС» за травень 2000 року «молекулярна кібернетика в океані науки»
  5. Ешбі У. Р. Введення в кібернетику. М., 1959.


[1] Вінер Норберт (1894-1964), американський учений. У праці «Кібернетика» сформулював основні положення кібернетики. Праці з математичного аналізу, теорії ймовірностей, електричних мереж та обчислювальної техніки.
[2] Максвелл Джеймс Клерк (Clerk) (1831-79), англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один з основоположників статистичної фізики, організатор і перший директор (з 1871) Кавендішської лабораторії. Створив теорію електромагнітного поля; ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла. Встановив статистичний розподіл, назване його ім'ям. Досліджував в'язкість, дифузію і теплопровідність газів. Показав, що кільця Сатурна складаються з окремих тіл. Праці по кольоровому зору та колориметрії, оптиці, теорії пружності, термодинаміки, історії фізики та ін
[3] Форрестер Джей Райт (р. 14 липня 1918, Анселмо, шт. Небраска), американський інженер-електронщик і експерт з менеджменту. Винайшов запам'ятовуючий пристрій на магнітних сердечниках, що застосовується в даний час у більшості цифрових комп'ютерів.
[4] Ляпунов Олексій Андрійович (1911-73), російський математик, член-кореспондент АН СРСР (1964). Праці з теорії множин, математичним питань кібернетики, математичній лінгвістиці.
[5] Глушков Віктор Михайлович (1923-82), математик, академік АН України (1961) та АН СРСР (1964), Герой Соціалістичної Праці (1969). Організатор і перший директор Інституту кібернетики АН України (з 1962; нині імені Глушкова). Основні праці з теоретичної та прикладної кібернетики: теорія цифрових автоматів, автоматизація проектування ЕОМ, застосування кібернетичних методів у народному господарстві.
[6] Нейман Джон (Янош) фон (1903-57), американський математик і фізик. Народився в Будапешті, з 1930 в США. Праці з функціонального аналізу, теорії ігор і квантової механіки. Вніс великий внесок у створення перших ЕОМ та розробку методів їх застосування.
[7] Шеннон Клод Елвуд (нар. 1916), американський інженер і математик. Один з творців математичної теорії інформації. Основні праці з теорії релейно-контактних схем, математичної теорії зв'язку, кібернетики.
[8] Брілюена Леон (1889-1969), французький фізик, з 1941 в США. Праці з теорії твердого тіла, квантової механіки, магнетизму, радіофізиці, теорії інформації, філософії природознавства.
[9] Яблонський Сергій Всеволодович (нар. 1924), російський учений, член-кореспондент РАН (1991; член-кореспондент АН СРСР з 1968). Праці з математичної логіки і математичним питань кібернетики.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Реферат
55кб. | скачати


Схожі роботи:
Кібернетика 2
Кібернетика
Економічна кібернетика 2
Економічна кібернетика
Економічна кібернетика система національних рахунків
Кібернетика і синергетика науки про самоорганізованих системах
Кібернетика як наука про управління зв`язку та переробки інформації
Поняття і види вільних економічних зон Види підприємницької діяльності здійснюється в
Визначення види та структура процентних ставок Основні види ризиків
© Усі права захищені
написати до нас