IT 12.08.2020

Кибернетика

10 мин.

Что такое кибернетика?

Кибернетика — это обширная область, охватывающая изучение систем, которые являются механическими, биологическими, социальными, физическими или когнитивными по своей природе. Основателем этой науки считается американский ученый Винер Норберт.

Что такое кибернетика

Кибернетика применима к системам, которые имеют замкнутые сигнальные контуры. В этом типе замкнутой системы сигнал, генерируемый внутри системы, запускает изменения в системной среде, и это изменение также запускает некоторые типы системных изменений. Следовательно, это замкнутый цикл, в котором действие и его реакция происходят в одной и той же системной среде.

Кибернетика повлияла на множество областей исследования, включая теорию систем, философию, теорию игр, контроль восприятия, архитектуру, искусственный интеллект и многие другие. Тем не менее, основная цель остается той же — изучение систем управления для всех основных механизмов.

Предмет изучения

Царица цифрового мира – наука кибернетика. Этим термином объединяется множество понятий, в основном связанных с интеллектуальной техникой, роботами и автоматизированными системами. Но, грубо говоря, его восприятие немного искажено. Изначально кибернетика это, в общем смысле, наука об управлении, которая относилась к искусству государственных деятелей в древней Греции.

В наше же время понятие трансформировалось, приобретя новый, более широкий смысл. Теперь этой научной дисциплиной называют систему получения, хранения и преобразования информации для сложных, основанных на математических принципах действия, систем. К которым безусловно относятся и современные компьютерные и автоматические комплексы обработки данных. Но и не только.

иллюстрация кибернетики
Фантастическая картинка-иллюстрация кибернетики

В ней анализируются взаимосвязи происходящих процессов в комплексе особей живого мира, включая растительный и микробиологический. Не обходит кибернетика вниманием и социально-экономические структуры. К каким относятся предприятия, группы людей, отрасли промышленности, политические объединения, страны.

Обзор

Кибернетика

Термин кибернетика происходит от греческого Κυβερνήτης (kybernētēs, рулевой, правитель, пилот, или руль — однокоренные со словом правительство). Кибернетика — широкая область исследований, но основная цель кибернетики состоит в том, чтобы понять и определить функции и процессы систем, у которых есть цели, и которые участвуют в круговых, причинных цепях, которые двигаются от действия к восприятию и к сравнению с желательной целью, и снова к действию. Исследования в кибернетике обеспечивают средство изучения конструкции и функций любой системы, включая социальные системы, такие как деловое управление и организационное изучение, включая намерения сделать их более эффективными. Кибернетика была определена Норбертом Винером, в одноимённой книге, как исследование контроля и коммуникации животного и машины.

Stafford Beer назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил до включения потоков информации «из любых источников» от звезд до мозгов. Она включает исследование обратной связи, черных ящиков и производных понятий, таких как взаимодействие и контроль в живых организмах, машинах, и организация, включая самоорганизацию. Его цель — то, как что-нибудь (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на информацию, и меняется или может быть изменено, чтобы лучше выполнить первые две задачи.

Более философское определение, предложенное в 1956 Louis Couffignal, одним из пионеров кибернетики, характеризует кибернетику как «искусство обеспечения эффективности действия». Новое определение было предложено Louis Kauffman, президентом американского Общества Кибернетики, «Кибернетика — исследование систем и процессов, которые взаимодействуют сами с собой и воспроизводят себя».

Понятия, изучаемые кибернетчиками (cyberneticists или, поскольку некоторые предпочитают, cyberneticians), включают, но не ограничены: изучение, познание, адаптация, общественный контроль, появление, коммуникация, эффективность и взаимосвязь. Эти понятия изучаются другими предметами, такими как инженерное дело и биология, но в кибернетике они отделены от контекста отдельного организма или устройства.

Другие области исследования, которые влияли или были под влиянием кибернетики, включают теорию игр;

теорию систем (математический эквивалент кибернетики);

психология, особенно нейропсихология, бихевиоризм, познавательная психология;

философия;

 антропология и даже архитектура.

История кибернетики

Как уж говорилось, научная дисциплина кибернетика была описана еще в древней Греции, приблизительно в 4 веке до нашей эры. Сам термин пошел от греческого [ϰυβερνητιϰή] – искусство управления. От его фонетического звучания и возникло само название в латинском языке, которое впоследствии трансформировалось в «кибернетику». Но до сих пор используется и в более близком смысле по однокоренным словам [лат. gubernare] – управлять, [лат. gubernator], по-русски – губернатор или же в виде названия «губерния». Описана дисциплина впервые была ученым Платоном в своем диалоге «Законы».

Бюст Платона Афинского
Бюст Платона Афинского

Окончательное введение в общность изучаемых наук было произведено А. Ампером в 1834 г., который в своей классификации упоминал кибернетику как «практику управления государством».

Современное понимание дисциплины было введено американским ученым Нобертом Винтером в 1947 году и касалось уже общности математических систем управляющих элементов.

Чем занимаются кибернетики?

Что означает слово кибернетика

Кибернетик – это ученый, который занимается целым спектром разнообразных исследований:

  • Искусственный интеллект.
  • Человеческий организм.
  • Сложные информационные системы, такие как компьютеры и их сети.

Кибернетика делится на множество разнообразных отраслей, которые базируются на связях между определенными научными дисциплинами. Например, есть психологичная кибернетика, экономическая или техническая. В общем, существует целый спектр отраслей, на которые распространяется кибернетика. Это очень распространённая наука, которая используется везде. Давайте более детально разберемся с ветками данной дисциплины.

Ученый кибернетик

Современное понимание науки

Впервые термин «кибернетика» в научном контексте был использован в трудах древнегреческих ученых. Под этим словом они понимали искусство чиновника, управляющего городом. Однако ни это определение, ни определение Андре-Мари Ампера, упомянутое выше, не отражает современные представления о ней. В XX веке термин был переосмыслен учеными, поспособствовавшими становлению нового научного направления. Например, Луи Куффиньяль называл ее искусством обеспечения эффективности действия, а Стаффорд Вир — наукой о правильном управлении в какой-либо совокупности.

Важно! Ученые до сих пор спорят о том, что такое кибернетика. Среди них нет согласия в том, какое определение их науки — наиболее правильное и точное. Самым известным является вариант, предложенный Норбертом Винером.

Согласно Винеру, это наука, которая занимается изучением общих закономерностей работы с информацией в сложных системах управления. Она рассматривает четыре основные операции с информацией:

  • получение,
  • передача,
  • хранение,
  • модификация.

Кибернетика как наука, зародившаяся на стыке междисциплинарных исследований, нашла обширное применение и в точных видах познания, и в социальной сфере.

Сфера кибернетики

Объектом кибернетики являются все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика вводит такие понятия, как кибернетический подход, кибернетическая система. Кибернетические системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем — автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество.

Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием в 40-х гг. XX века этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах — с прогрессом электронной вычислительной техники.

Кибернетика является междисциплинарной наукой. Она возникла на стыке математики, логики, семиотики, физиологии, биологии, социологии. Ей присущ анализ и выявление общих принципов и подходов в процессе научного познания. Наиболее весомыми теориями, объединяемыми кибернетикой, можно назвать следующие:

  • Теория передачи сигналов
  • Теория управления
  • Теория автоматов
  • Теория принятия решений
  • Синергетика
  • Теория алгоритмов
  • Распознавание образов
  • Теория оптимального управления

Кроме средств анализа, в кибернетике используются мощные инструменты для синтеза решений, предоставляемые аппаратами математического анализа, линейной алгебры, геометрии выпуклых множеств, теории вероятностей и математической статистики, а также более прикладными областями математики, такими как математическое программирование, эконометрика, информатика и прочие производные дисциплины.

Особенно велика роль кибернетики в психологии труда и таких ее отраслях, как инженерная психология и психология профессионально-технического образования. Кибернетика — наука об оптимальном управлении сложными динамическими системами, изучающая общие принципы управления и связи, лежащие в основе работы самых разнообразных по природе систем — от самонаводящих ракет-снарядов и быстродействующих вычислительных машин до сложного живого организма. Управление  — это перевод управляемой системы из одного состояния в другое посредством целенаправленного воздействия управляющего.

 Оптимальное управление — это перевод системы в новое состояние с выполнением некоторого критерия оптимальности, например, минимизации затрат времени, труда, веществ или энергии. Сложная динамическая система — это любой реальный объект, элементы которого изучаются в такой высокой степени взаимосвязи и подвижности, что изменение одного элемента приводит к изменению других.

Направления

Кибернетика — более раннее, но всё ещё используемое общее обозначение для многих предметов. Эти предметы также простираются в области многих других наук, но объединены при исследовании управления системами.

В биологии

Кибернетика в биологии — исследование кибернетических систем в биологических организмах, прежде всего сосредотачиваясь на том, как животные приспосабливаются к их окружающей среде, и как информация в форме генов передаются от поколения к поколению. Также имеется второе направление — киборги.

Кибернетика
Термический снимок холоднокровного тарантула на теплокровной руке человека

  • Биоинженерия
  • Биологическая кибернетика
  • Биоинформатика
  • Бионика
  • Медицинская кибернетика
  • Нейрокибернетика
  • Гомеостаз
  • Синтетическая биология
  • Системная биология

Чистая кибернетика

Чистая кибернетика изучает системы управления как понятие, пытаясь обнаружить основные её принципы.

Кибернетика
ASIMO использует датчики и интеллектуальные алгоритмы, чтобы избежать препятствий и перемещаться по лестнице

  • Искусственный интеллект
  • Кибернетика второго порядка
  • Компьютерное зрение
  • Системы управления
  • Эмерджентность
  • Обучающиеся организации
  • Новая кибернетика
  • Interactions of Actors Theory
  • Теория общения

Ученые-кибернетики

Управление кибернетическими механизмами регулирования было еще заложено в устройствах Ктесибия, жившего в 2-1 веках до нашей эры, и Герона Александрийского (около 1 в. до н.э.).

В средние века основы дисциплины применялись в изготовлении часовых и навигационных приборов или различных видов мельниц, где требовалось автоматическая регулировка работы устройств.

Основной рассвет систематизации кибернетики возник в век пара, относящий к технологическому периоду использования его в устройствах движения. Первый автоматический регулятор работы паровых двигателей запатентован Джеймсом Уаттом (1736-1819), они же, в свою очередь, дали большой толчок процессу индустриализации общества. Теоретические работы по кибернетическим системам тех лет относят к статье Джеймс Клерк Максвелла (1831-1879), посвященной регуляторам.

Фотография Джеймса Клерка Максвелла
Фотография Джеймса Клерка Максвелла

Дальнейшее развитие дисциплина получила в трудах И.А. Вышнеградского (1832-1895). Сравнение естественных биологических систем и их реакций изучалось, в рамках кибернетики, И.П. Павловым (1849-1936) и П.К. Анохиным (1898-1974). Окончательное математическое обоснование наука получила в работах А. М. Тьюринга, А. Н. Колмогорова, Э. Л. Поста, В. А. Котельникова, А. Чёрча.

Современное понимание кибернетических систем и информатики было определено в рамках создания первой электронной вычислительной машины, прообраза компьютера, Нобертом Винтером, В. Бушем, Дж. фон Нейманом, У. Мак-Каллок и А. Розенблют. Итог работы этой группы относительно реальных технических и практических задач был опубликован Винтером в его книге «Кибернетика», изданной в 1948 году.

Ноберт Винтер
Ноберт Винтер

Для сохранения истины, хотелось бы вспомнить о том, что устройства обработки информации существовали еще до трудов Н. Винтера, только они не получали необходимого теоретического обоснования, требуемого в рамках научной дисциплины. В общность таких приборов входят различные арифмометры, механические вычислительные машины Чарльза Бэббриджа и станки Жозефа Мари Жакара, регуляторы множества изобретателей и созданные Конрадом Эрнст Отто Цузе релейные компьютеры.

Объекты изучения

Эта наука изучает всевозможные управляемые системы, используя понятия кибернетической системы и кибернетического подхода.

Кибернетический подход

Кибернетический подход состоит в замене исходной системы управления изоморфной моделью и дальнейшем изучении этой модели. Чтобы реализовать подход, применяется один из двух методов моделирования: компьютерное или имитационное. Оба метода подразумевают использование принципа «черного ящика». Экспериментатор моделируетвнешнюю деятельность рассматриваемой системы, а ее структура, воспроизводящая поведенческие характеристики, остается скрытой.

Кибернетический подход позволяет исследовать несколько видов информационных моделей, отличающихся по запросам:

  • ответная реакция системы на воздействие внешних факторов,
  • оптимизация характеристик системы относительно функции ценности,
  • адаптивное управление,
  • прогноз динамики системного преобразования.

Кибернетическая система

Кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных элементов, способных к приему, обработке, запоминанию и обмену информацией. Основные свойства подобных систем: адаптация, самоорганизация и самообучение с использованием накопленного опыта.

Кибернетика в целом рассматривает любые управляемые системы в абстрактной форме, не учитывая их материальную природу, поэтому системой может являться как вычислительная машина, так и общество либо его отдельные группы.

Выводы

Мы разобрались, что такое кибернетика. Значение этого слова стало нам понятно. И это прекрасно. Не нужно теперь думать, что означает слово “кибернетика”, так как некоторые люди, возможно, даже решили посвятить данной науке свою жизнь после прочтения этой статьи. Хочется на это надеяться. Ученый-кибернетик может считаться универсальным специалистом в любой сфере. Ведь большая часть областей нашей жизни базируется на управляемых системах, которые входят в сферу изучения этой науки. Поскольку она становится с каждым днем все популярнее, то можно смело говорить: за искусственным интеллектом – будущее. Кибернетик – это настоящий универсал. Этим он и ценен.

Источники

  • https://mentamore.com/robototexnika/kibernetika.html
  • https://future2day.ru/chto-takoe-kibernetika-chto-izuchaet-i-dlya-chego-nuzhna/
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/965284
  • https://FB.ru/article/207993/kibernetik—eto-chto-za-uchenyiy
  • https://tvercult.ru/literatura/osnovyi-kibertehnologiy-kto-byil-osnovopolozhnikom-kibernetiki
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/8171
[свернуть]
Оцените статью
Понравилась статья?
Комментарии (0)
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Комментарии закрыты.