Обра́тная связь в киберне́тике - это наличие схемных циклов в неизменяемой [ ] части машины, и условных инструкций в её изменяемой части. [ ] Обратная связь выделяет особый класс автоматов , которые участвуют в определённом виде научных экспериментов или применяются на практике.
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
Школа науки управления. Кибернетика Норберта Винера.
Алгоритмы управления
Designing the Future (World Lecture Tour Edition)
Субтитры
Понятие обратной связи
Понятие обратной связи, можно сказать, сформировало науку о кибернетике. Необходимость в использовании обратной связи появилась когда стали очевидны ограничения при решении различного вида нелинейных задач. И для их решения Норберт Винер предложил особого вида подход к решению. Надо отметить, что до этого подобные задачи решались только аналитическими методами. В своей книге «Нелинейные задачи в теории случайных процессов» Винер попробовал изложить данный подход, который впоследствии был развит и вылился в целую науку - кибернетику .
Основой этого подхода была следующая постановка эксперимента. Задача анализа нелинейной электрической цепи состоит в определении коэффициентов некоторых многочленов усреднением по параметрам входного сигнала. Для постановки эксперимента нужен чёрный ящик, изображающий ещё не проанализированную нелинейную систему. Кроме него есть белые ящики - некоторые тела известной структуры, которые изображают разные члены искомого разложения. Вводится один и тот же случайный шум в чёрный ящик и в данный белый ящик.
Необходимо ещё перемножающее устройство, которое бы находило произведение выходов чёрного и белого ящиков, и усредняющее устройство, которое может быть основано на том, что разность потенциалов конденсатора пропорциональна его заряду и, следовательно, интегралу по времени от тока, текущего через конденсатор.
Можно не только определить один за другим коэффициенты каждого белого ящика, входящего слагаемым в эквивалентное представление чёрного ящика, но и определить их все одновременно. Можно даже при помощи соответствующих схем обратной связи заставить каждый белый ящик автоматически настраиваться на уровень, соответствующий коэффициенту этого белого ящика в разложении чёрного ящика. Это позволяет нам построить сложный белый ящик, который, будучи соединён надлежащим образом с чёрным ящиком и получая тот же самый случайный входной сигнал, автоматически превратится в операционный эквивалент чёрного ящика, хотя его внутреннее строение может быть весьма отличным.
Именно благодаря такой полезности в эксперименте, где белый ящик соединённый обратной связью с чёрным ящиком, при настройке позволяет найти информацию, заключённую в чёрном ящике позволил говорить о кибернетике как о науке. Это позволило говорить о понятии обратной связи на более точном и формальном уровне. Само же понятие обратной связи было давно известно в технике и биологии, но оно носило описательный характер. В кибернетике обратная связь позволяет выделить специальный вид систем и в зависимости от её вида классифицировать изучаемые системы.
Современное поколение стало свидетелем создания новейших разработок в сфере науки и техники. Буквально за триста лет наука продвинулась далеко вперёд.
Существует множество определений понятия кибернетика
. И все они по — своему правильны. Так что такое кибернетика? Вообще считается, что кибернетика – это наука представляющая законы взаимодействия машин с живыми организмами. Но основное понятие кибернетики сводится к цели управления. Ведь управление – это всегда целенаправленный процесс, для которого и существует созданная система.
Так как процесс управления возможен только в организованной среде, необходимо создать для этого соответствующие условия и обозначить исполнить органы. Именно между ними будет происходить обмен информацией. Сигналы информации передаются через специальные датчики. Таким образом, обмен информацией — постоянный процесс. Понятие информации является одним из основных моментов в кибернетики. Она изучает процессы управления. Из этого следует, что науку кибернетика используют для передачи, обработки и даже хранения основной информации как в машинах, так и в живых организмах.
Медицинская кибернетик
В сферу кибернетики входит изучение основной структуры и принципов работы систем управления, способность воспринимать и перерабатывать необходимую информацию. Методика кибернетики основывается на использовании математического аппарата для построения математических моделей структур.
Ещё существует медицинская кибернетика
, но это можно рассматривать как отдельный аспект этой области. Основной целью медицинской кибернетики является использование достижений в медицинской сфере для создания новейших технологий для эффективных способов лечения больных. Эти достижения во всю применяются в настоящее время. И многим известны случаи, когда больной орган был заменен аппаратом. Внедрение в медицинскую практику машинной диагностики позволяет не только правильно поставить диагноз, но и подобрать оптимальный индивидуальный курс лечения пациентов. В настоящее время разрабатывается система полной автоматизации управления медицинскими учреждениями.
Кибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и их объединениях. Кибернетика является теоретической основой .
Основные положения кибернетики сформулировал в 1948 американский ученый Норберт Винер в книге «Кибернетика, или управление и связь в машинах и живых организмах».
Возникновение кибернетики обусловлено, с одной стороны, потребностями практики, выдвинувшей задачи создания сложных устройств автоматических управления, и, с другой стороны - развитием научных дисциплин, изучающих процессы управления в различных физических областях в подготовивших создание общей теории этих процессов.
К числу таких наук относятся: теория автоматического регулирования и следящих систем, теория электронных программно-управляемых вычислительных машин, статистическая теория передачи сообщений, теория игр и оптимальных решений и т. д., а также комплекс биологических наук, изучающих процессы управления в живой природе (рефлексология, генетика и др.).
В отличие от указанных наук, занимающихся конкретными процессами управления, кибернетика изучает то общее, что свойственно всем процессам управления, независимо от их физической природы, и ставит своей задачей создание единой теории этих процессов.
Для любых процессов управления характерно:
наличие организованной системы, состоящей из управляющих и управляемых (исполнительных) органов;
взаимодействие данной организованной системы с внешней средой, являющейся источником случайных или систематических возмущений;
осуществление управления на основе приема и передачи информации;
наличие цели и алгоритма управления.
Изучение проблемы естественно-причинного возникновения целесообразных управляющих систем живой природы является важной задачей кибернетики, которая позволит глубже выяснить соотношения причинности и целесообразности в живой природе.
В задачу кибернетики входит также систематическое сравнительное изучение структуры и различных физических принципов работы систем управления с точки зрения их способности воспринимать и перерабатывать информацию.
Кибернетика по своим методам является наукой, широко использующей разнообразный математический аппарат, а также сравнительный подход при изучении различных процессов управления.
В качестве основных разделов кибернетики могут быть выделены:
теория информации;
теория методов управления (программирования);
теория систем управления.
Теория информации изучает способы восприятия, преобразования и передачи информации. Информация передается при помощи сигналов - физических процессов, у которых определенные параметры находятся в однозначном соответствии с передаваемой информацией. Установление такого соответствия называется кодированием .
Центральным понятием теории информации является мера количества информации, определяемая как изменение степени неопределенности в ожидании некоторого события, о котором говорится в сообщении до и после получения сообщения. Эта мера позволяет измерять количество информации в сообщениях подобно тому, как в физике измеряется количество энергии или количество веществ. Смысл и ценность передаваемой информации для получателя при этом не учитываются.
Теория программирования занимается изучением и разработкой методов переработки и использования информации для управления. Программирование работы любой системы управления в общем случае включает в себя:
определение алгоритма нахождения решений;
составление программы в коде, воспринимаемом данной системой.
Нахождение решений сводится к переработке заданной входной информации в соответствующую выходную информацию (команды управления), обеспечивающую достижение поставленные цели. Оно осуществляется на основе некоторого математического метода, представленного в виде алгоритма. Наиболее развитыми являются математические методы определения оптимальных решений, такие, как линейное программирование и динамическое программирование, а также методы выработки статистических решений в теории игр.
Теория алгоритмов , используемая в кибернетике, изучает формальные способы описания процессов переработки информации в виде условных математических схем - алгоритмов . Основное место занимают здесь вопросы построения алгоритмов для различных классов процессов и вопросы тождественных (равносильных) преобразований алгоритмов.
Основной задачей теории программирования является выработка методов автоматизации процессов переработки информации на электронных программно-управляемых машинах. Основную роль играют здесь вопросы автоматизации программирования, т. е. вопросы составления программ решения различных задач на машинах с помощью этих машин.
С точки зрения сравнительного анализа процессов переработки информации в различных естественно и искусственно организованных системах кибернетика выделяет следующие основные классы процессов:
мышление и рефлекторная деятельность живых организмов;
изменение наследственной информации в процессе эволюции биологических видов;
переработка информации в автоматических системах;
переработка информации в экономических и административных системах;
переработка информации в процессе развития науки.
Выяснение общих закономерностей этих процессов составляет одну из основную задач кибернетики.
Теория систем управления изучает структуру и принципы построения таких систем и их связи с управляемыми системами и внешней средой. Системой управления в общем случае может быть назван любой физический объект, осуществляющий целенаправленную переработку информации (нервная система животного, система автоматического управления движением самолета и др.).
Кибернетика изучает абстрактные системы управления, представленные в виде математических схем (моделей), сохраняющих информационные свойства соответствующих классов реальных систем. В рамках кибернетики возникла специальная математическая дисциплина - теория автоматов , изучающая специальный класс дискретных систем переработки информации, включающих в себя большое число элементов и моделирующих работу нейронных сетей.
Большое теоретическое и практическое значение имеет выяснение на этой основе механизмов мышления и структуры мозга, обеспечивающих возможность восприятия и переработки огромных количеств информации в органах малого объема с ничтожной затратой энергии и с исключительно высокой надежностью.
Кибернетика выделяет два общих принципа построения систем управления: обратной связи и многоступенчатости (иерархичности) управления. Принцип обратной связи позволяет системе управления постоянно учитывать фактическое состояние всех управляемых органов и реальных воздействий внешней среды. Многоступенчатая схема управления обеспечивает экономичность и устойчивость системы управления.
Кибернетика и автоматизации технологических процессов
Комплексная автоматизация при применении принципов самонастраивающихся и самообучающихся систем позволяет обеспечить достижение наивыгоднейших режимов управления, что особенно важно для сложных производств. Необходимой предпосылкой такой автоматизации является наличие для данного производств, процесса детального математического описания (математической модели), которое вводится в ЭВМ, управляющую процессом, в виде программы ее работы.
В эту машину поступает информация о ходе процесса от различных измерительных устройств и датчиков, и машина на основе имеющейся математические модели процесса рассчитывает его дальнейший ход при тех или иных командах управления.
Если подобное моделирование и прогнозирование протекает значительно быстрее реального процесса, то имеется возможность путем расчета и сравнения ряда вариантов выбирать наивыгоднейший режим управления. Оценка и выбор вариантов могут производиться как самой машиной полностью автоматически, так и с помощью человека-оператора. Важную роль при этом играет проблема оптимального сопряжения человека-оператора и управляющей машины.
Большое практическое значение имеет выработанный кибернетикой единый подход к анализу и описанию (алгоритмизации) различных процессов управления и переработки информации путем последовательного расчленения этих процессов на элементарные акты, представляющие собой альтернативные выборы («да» или «нет»).
Систематическое применение этого метода позволяет формализовывать все более сложные процессы умственной деятельности, что является первым необходимым этапом для их последующей автоматизации. Большие перспективы для повышения эффективности научной работы имеет проблема информационного симбиоза машины и человека, т. е. непосредственного взаимодействия человека и информационно-логической машины в процессе творчества при решении научных задач.
Наука об управлении техническими системами. Методы и идеи технической кибернетики вырастали вначале параллельно и независимо в отдельных технических дисциплинах, относящихся к связи и управлению, - в автоматике, радиоэлектронике, телеуправлении, вычислительной технике и т. д. По мере выяснения общности основной задач теории и методов их решения формировались положения технической кибернетики, образующей единую теоретическую базу для всех областей техники связи и управления.
Техническая кибернетика, как и кибернетика вообще, изучает процессы управления безотносительно к физическим природе систем, в которых происходят эти процессы. Центральная задача технической кибернетики - синтез эффективных алгоритмов управления с целью определения их структуры, характеристик и параметров. Под эффективными алгоритмами понимаются правила переработки входной информации в выходные сигналы управления, которые являются успешными в определенном смысле.
Техническая кибернетика теснейшим образом связана с , по не совпадает с ними, поскольку в технической кибернетике не рассматриваются вопросы конструирования конкретной аппаратуры. Техническая кибернетика связана также с другими направлениями кибернетики, например, добытые биологическими науками сведения облегчают разработку новых принципов управления, в т. ч. принципов построения новых типов автоматов, моделирующих сложные функции умственной деятельности человека.
Техническая кибернетика возникшая из потребностей практики, широко использующая математический аппарат, является сейчас одним из наиболее разработанных разделов кибернетики. Поэтому прогресс технической кибернетики существенно способствует развитию других ветвей, направлений и разделов кибернетики.
Значительное место в технической кибернетике занимает теория оптимальных алгоритмов или, что по существу то же, теория оптимальной стратегии автоматического управления, обеспечивающей экстремум некоторого критерия оптимальности.
В различных случаях критерии оптимальности могут быть разными. Например, в одном случае может потребоваться максимальная быстрота переходных процессов, в другом - минимальный разброс значений некоторой величины и т. д. Однако существуют общие методы формулировки и решения самых разнообразных задач этого рода.
В результате решения задачи определяется оптимальный алгоритм управления в автоматической системе, либо оптимальный алгоритм распознавания сигналов на фоне шумов в приемнике системы связи и т. д.
Другое важное направление в технической кибернетике - разработка теории и принципов действия систем с автоматическим приспособлением, которое заключается в целенаправленном изменении свойств системы или ее частей, обеспечивающем возрастающую успешность ее действий. В этой области имеют большое значение системы автоматической оптимизации , приводимые поиском автоматическим к оптимальному режиму функционирования и поддерживаемые вблизи этого режима при непредвиденных заранее внешних воздействиях.
Третьим направлением является разработка теории сложных систем управления
, состоящих из большого количества элементов, включающих сложные взаимосвязи частей и работающих в трудных условиях.
Большое значение для технической кибернетики имеют теория информации и теория алгоритмов, в частности теория конечных автоматов .
Теория конечных автоматов занимается синтезом автоматов по заданным условиям работы и в том числе решением проблемы «черного ящика» - определением возможной внутренней структуры автомата по результатам изучения его входов и выходов, а также другими проблемами, например, вопросами осуществимости автоматов определенного типа.
Любые системы управления так или иначе связаны с человеком, который их проектирует, налаживает, контролирует, управляет их работой и использует результаты работы систем в своих целях. Отсюда возникают проблемы взаимодействия человека с комплексом автоматических устройств и обмена информации между ними.
Решение этих проблем необходимо для разгрузки нервной системы человека от напряженной и рутинной работы и обеспечения макс, эффективности всей системы «человек - автомат». Важнейшая задача технической кибернетики - моделирование все более сложных форм умственной деятельности человека с целью замены человека автоматами там, где это возможно и разумно. Поэтому в технической кибернетике развиваются теории и принципы построения различного рода обучающихся систем, которые путем тренировки или обучения целенаправленно изменяют свой алгоритм.
Кибернетика электроэнергетических систем - научное применение кибернетики к решению задач управления , регулирования их режимов и выявления технико-экономических характеристик при проектировании и эксплуатации.
Отдельные элементы электроэнергетической системы, взаимодействуя между собой, имеют весьма глубокие внутренние связи, не позволяющие расчленить систему на независимые составляющие и при определении ее характеристик изменять влияющие факторы по одному. По методологии исследований электроэнергетическая система должна рассматриваться как кибернетическая система, т. к. при ее исследовании применяются обобщающие методы: теория подобия, физическое, математическое, цифровое и логическое моделирование.
Кибернетика - это наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах. Это если говорить в общем. Но простой обыватель понимает под кибернетикой работу с информационными системами, связанными с кодированием тех или иных данных в те или иные структуры. К примеру, создание робота не может обойтись без кибернетики - по сути, робототехника вышла из кибернетики как Венера из морской пены. Кибернетика это, по большей части, производное информатики, которая, в свою очередь, также является наукой о создании и организации информационных систем. В настоящее время кибернетика широко используется во всех сферах человеческой жизни: от политики и экономики до программирования на генетическом уровне.
За последние несколько лет ученые создали такое количество искусственных органов, что из них можно было бы собрать целый искусственный организм. Это, конечно же, шутка, и искусственные органы разрабатываются совсем для других целей. В частности, для того, чтобы лучше изучать их работу и взаимодействие с различными веществами. Но если с «целыми» органами все более или менее понятно, то вот следить за работой не так-то просто. Во многом это связано с тем, что датчики довольно сложно поместить внутрь клеток, не повредив их при этом. Однако ученые из Гарварда придумали, как обойти это ограничение: выращивать клетки, в которых уже изначально будут находиться электронные компоненты.
Как же любят "борцы с лженаукой" рассказывать разные мифы про то, сколько они "спасли" бюджетных денег от ""бесполезных" затрат на разного рода "лженаучные" разработки и технологии. Не зря еще покойный ныне академик Кругляков хвалился, что лженаучной комиссией РАН было "зарублено" несколько тысяч различных изобретений и открытий, которым голословно был навешан ярлык "лженаука" только потому, что они якобы "нарушают законы физики".
Особенно они любят один миф, о том, что первый президент России Б.Ельцин не то спъяну, не то в "белой горячке" хвастался академику Александрову о том, что выделил 50 млн. рублей на технологии "получения энергии из камня". Да, выглядит это вроде бы абсурдно, ведь при слове "камень", почему-то сразу представляется эдакий булыжник из мостовой.
Но зная склонность многих "борцов с лженаукой" привирать и перевертывать фразы, доводя их смысл до абсурда, можно с уверенностью сказать, что на самом деле подобные исследования если и существовали в реальности, то назывались совсем по-другому. А ведь если они финансировались вполне официально, то статья на них должна была быть. Тем не менее, никто из "борцов с лженаукой" так и не смог (или не захотел) объяснить, как на самом деле назывались технологии, о которых якобы упомянул Б.Ельцин.
А вот использование самого Б.Ельцина в качестве "научного авторитета" по вопросам такой технологии, мягко говоря, не корректно. Он в любом случае мог бы понять то, что ему говорили. лишь на своем "президентском", но не научном уровне. Да и отсутствие упоминания конкретных авторов подобной технологии "борцами с лженаукой" явно свидетельствует, что байка эта из разряда анекдотов. Тем более, что и Б.Ельцин теперь опровергнуть ее уже не может.
А теперь допустим, что действительно дыма без огня не бывает и какие-то подобные исследования могли финансироваться, хотя это и не является доказанным фактом, а лишь домыслами некоторых представителей лженаучной комиссии РАН. Только вот давайте заменим слово "камень" на слово "кристалл". И тогда уже фраза "получение энергии из кристалла" не выглядит такой уж абсурдной и "лженаучной".
Известно, что кристаллы обладают уникальными свойствами. Они способны расти как живые существа и способны накапливать и хранить информацию. Как раз это последнее их качество активно используется в электронике. Ну а если они способны накапливать и хранить информацию, то почему бы не предположить, что они способны накапливать и хранить энергию. Например, солнечную. Ведь солнечные батареи на это способны? Вначаде они заряжаются энергией Солнца, а потом эта энергия преобразуется в электрическую. И при этом никакие "физические законы сохранения" не нарушаются. Так почему то же самое нельзя проделывать и с кристаллами?
Да, мы не знаем какова была суть технологии о которой якобы упоминал Б.Ельцин. Но мы и не знаем, существовали ли на самом деле эти проекты "получения энергии из камня". Ведь никаких конкретных доказальств их наличия "борцы с лженаукой" так и не представили. Но допустим, что они правы, и 50 млн. рублей, которые выделил Б.Ельцин на эти исследования, действительно пропали даром. Ну а ущерб от деятельности самих "борцов с лженаукой" кто-нибудь и когда-нибудь пытался подсчитать? Например, хотя бы реальный экономический ущерб от разгрома еще в советские времена генетики и кибернетики?
А ведь страна реально потеряла приоритет в этих отраслях, отстав от ближайших конкурентов на десятки лет. Экономический ущерб, даже не считая престижа страны, был просто огромен. И кому же на самом деле это оказалось выгодно? Явно не нашей стране и не нашему народу, а тем странам, чьими разработками мы вынуждены до сих пор пользоваться в ущерб собственной национальной безопасности и экономической выгоде.
А знаете ли вы, кем на самом деле была спланирована вся эта акция по уничтожению перспективных разработок в области советской кибернетики и даже советского интернета? Оказывается это все это было тщательно спланированным и осуществленным с помощью наших "борцов с лженаукой" планом ЦРУ. Вот например, что об этом можно прочесть в книге преподавателя Академии информационных систем Е.Лариной "Умножающие скорбь. Как выжить в эпоху войны элит":
"В 60-е годы Соединенные штаты сделали ставку на телекоммуникационные технологии и вычислительную технику, имея ввиду завоевать господство в грядущем киберпространстве. Из истории хорошо известно, что тот. кто контролирует ресурсы и торговые пути, тот господствует над миром. Идея американцев была проста: базируясь на достижениях американской науки и технологий, взять под контроль системы обработки информации и сеть циркуляции глобальных информационных потоков. Научный совет при президенте США поручил Пентагону, ARPA, корпорации MITRE и крупнейшим университетам заняться тем, что сегодня получило название интернет.
Гораздо менее известно, что параллельно разрабатывалось два альтернативных проекта. В корне неправильным было бы называть их российским и британо-чилийским интернетом. В эти проекты были заложены принципиально иные подходы к организации информационных потоков и вычислений. В значительной степени они похожи не на интернет прошлого, а на всемирную сеть будущего с разнообразными сетями, большими данными и когнитивными вычислениями.
В конце 60-х годов ЦРУ приступило к реализации программы SRC. В вольном переводе на русский программа называлась "Остановить или сломать красный код". Согласно воспоминаниям выдающегося советского кибернетика В.Глушкова - отца проекта ОГАС, ЦРУ разместило в знакомых по Э.Сноудену газетах Washington Post и Guardian статьи под названиями "Перфокарта управляет Кремлем" и "Цифра сменяет Ленина".
Статьи в газетах написал В.Зорза, который длительное время сотрудничал с МИ-6, а затем десятилетие - с ЦРУ. Используя агентов влияния, в 1972 году в "Известиях" за подписью руководства Института США была опубликована статья "Уроки электронного бума", где доказывалось, что Соединенные Штаты отказались от развития ЭВМ и электронных телекоммуникаций. Примерно в тот же период ЦРУ, согласно воспоминаниям В.Глушкова, организовало на него ряд покушений. Таким же образом ЦРУ действовало и в Чили против автора проекта "Киберскин", знаменитого британского исследователя Д.С.Бира".
Итак, кому же помогла защитить свои интересы акция наших "борцов с лженаукой", которые заклеймили кибернетику как "лженауку" и устроили настоящую травлю наших кибернетиков? Получается, что как минимум, "борцы с лженаукой" оказались "агентами влияния" ЦРУ. Но действительно ли все дело оказалось лишь только в тупости и ограниченности "борцов с лженаукой", оказавшихся не способными разглядеть "подвох" разведывательного ведомства США? И хотя такие в их рядах действительно есть, но ведь это не мешает им голословно выносить свои "авторитетные" вердикты в отношении того, что является "наукой", а что - "лженаукой".
А может быть все это было злым умыслом, направленным на подрыв престижа и экономической независимости СССР? Ведь случай с генетикой и кибернетикой можно было бы объявить "случайной оплошностью", если бы он был единственным. Но получается, что никто из этой истории никаких выводов так и не сделал? А не потому ли. что никто не понес никакой ответственности за сознательное или неосознанное предательство интересов своего государства и своего народа? А разве нынешние попытки "борцов с лженаукой" запретить гомеопатию и навязать России опасные для здоровья народа ГМО не являются все теми же попытками защищать интересы отнюдь не собственного государства и народа? Вывод делайте сами.