Кибернетик

Кибернетика (от греч. kybernetike — «искусство управления», от греч. kybernao — «правлю рулём, управляю», от греч. Κυβερνήτης — «кормчий») — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе.

В теории информации термин кибернетика впервые был предложен Норбертом Винером в 50-х годах.

Стаффорд Бир назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил определение, включив потоки информации «во все медиа», начиная со звёзд и заканчивая мозгом. Она включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи ^[1]. Более философское определение кибернетики, предложенное в 1956 Луисом Коуффигнал (Louis Couffignal), одним из пионеров кибернетики, описывает кибернетику как «искусство обеспечения эффективности действия» ^[2].

Кибернетика — междисциплинарные исследования структуры регулирующих систем. Кибернетика близко связана с теорией управления и теорией систем. И в зарождении и в развитии во второй половине 20-ого столетия, кибернетика одинаково применима к физическому и социальному (то есть, основанный на языке) системам. Кибернетика является выдающейся, когда система при исследовании вовлечена в замкнутую цепь сигнала, где действие системы в окружающей среде вызывает некоторое изменение в окружающей среде, а это изменение проявляется на системе через информацию/обратную связь, что вызывает изменения в способе поведения системы. Эти «круговые причинные» отношения необходимы и достаточны с точки зрения кибернетики.

Пример кибернетического мышления. С одной стороны, компания рассматривается в качестве системы в окружающей среде. С другой стороны кибернетическая фабрика может быть смоделирована как система управления.

Современная кибернетика началась как междисциплинарные исследования, соединяющее области систем управления, теории электрических цепей, машиностроения, логического моделирования, эволюционной биологии, неврологии, антропологии, и психологии в 1940-ых, часто приписывается Конференциям Macy.

Другие области исследований, которые влияли или были под влиянием кибернетики, включают теорию игр, теорию систем (математический эквивалент кибернетики), психология (особенно нейропсихология, бихевиоризм, познавательная психология), философия, и архитектура.

Обзор

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

Корни Кибернетической теории

Слово Кибернетика сначала использовалась в контексте «исследования самоуправления» Платоном в «Законах» (Произведение Платона написанное в форме диалога. Состоит из 12 книг.), для обозначения управления людьми. Слова управлять govern, и правитель governor связаны с тем же самым греческим корнем через латинских родственников gubernare и gubernator. Слово «cybernétique» также использовалось в 1830 году французским физиком, систематизатором наук Андре Ампером (André-Marie Ampère, 1775—1836), для обозначения науки управления в его системе классификации человеческого знания.

James Watt

Первая искусственная автоматическая регулирующая система, водяные часы, была изобретена механиком Ktesibios. В его водяных часах вода вытекала из источника, такого как стабилизирующий бак в бассейн, затем из бассейна на механизмы часов. Устройство Ktesibios’s использовало конусовидный поток, для контроля уровня воды в своём резервуаре и регулировки скорости потока воды соответственно, чтобы поддержать постоянный уровень воды в резервуаре, так, чтобы он не был ни переполнен ни осушен. Это было первым искусственным действительно автоматическим саморегулирующим устройством, которое не требовало никакого внешнего вмешательства между обратной связью и управляющими механизмами. Хотя они не ссылались на это понятие как на Кибернетику (они считали это областью инженерного дела), Ktesibios и другие, такие как Heron (Герон Александрийский) и Su Song, как полагают, считаются одними из первых, изучавших кибернетические принципы. Исследование целенаправленных механизмов (от греческого τέλος или telos для конца, цели, или назначение) в машинах с корректирующей обратной связью датируется еще концом 1700-ых, когда паровой двигатель James Watt’a был оборудован управляющим устройством, центробежным клапаном обратной связи для того, чтобы управлять скоростью двигателя. Alfred Russel Wallace идентифицировал это как принцип эволюции в его известной работе 1858. В 1868 James Clerk Maxwell опубликовал теоретическую статью по управляющим устройствам, одном из первых рассмотрел и усовершенствовать принципы саморегулирующихся устройств. Jakob von Uexküll применил механизм обратной связи в своей модели функционального цикла (Funktionskreis), для объяснения поведения животных и происхождение значения вообще.

В начале 20 века

Современная кибернетика началась как междисциплинарные исследования, соединяющее области систем управления, теории электрических цепей, машиностроения, логического моделирования, эволюционной биологии, неврологии в 1940-ых. Системы электронного управления берут начало с работы инженера Bell Telephone Laboratories Harold S. Black в 1927 году по использованию отрицательной обратной связи, для управления усилителями. Идеи также имеют отношения к биологической работе Ludwig von Bertalanffy в общей Теории Систем.

Ранние применения отрицательной обратной связи в электронных схемах включали контроль артиллерийских установок и радарной антенны во время Второй Мировой Войны. Jay Forrester, аспирант в Лаборатории Сервомеханизмов в Массачуссетском технологическом институте, работавший во время Второй Мировой Войны с Gordon S. Brown, над совершенствованием систем электронного управления для американского Флота, позже применил эти идеи к общественным организациям, таким как корпорации и города как первоначальный организатор Школы Индустриального Управления Массачуссетского технологического института в MIT Sloan School of Management. Forrester известен как основатель Системной Динамики. W. Edwards Deming, гуру комлексного управления качеством, для которого Япония назначила свою главный послевоенный индустриальный приз, был молодым специалистом в Bell Telephone Laboratories в 1927 и, возможно, был под влиянием сетевой теории (по-русски — Сетевой анализ). Deming сделал «Понимающие Системы» одним из четырех столпов того, что он описал как «Глубокое Знание» в его книге «Новая Экономика.»

Многочисленные работы возглавляли соединение в этой области. В 1935 российский физиолог Анохин Петр Кузьмич издал книгу, в которой было изучено понятие обратной связи («обратная афферентация»). Исследование и математическое моделирование регулирующих процессов стали продолжительным исследовательским усилием, и две ключевых статьи были опубликованы в 1943. Этими работами были «Поведение, Цель и Телеология» Arturo Rosenblueth, Norbert Wiener, и Julian Bigelow; и работа «Логическое Исчисление Идей, Постоянных в Возбужденной Деятельности» Warren McCulloch и Walter Pitts.

Кибернетика как дисциплина была твердо установлена Wiener, McCulloch и другими, такими как W. Ross Ashby и W. Grey Walter.

Walter был одним из первых, кто построил автономные роботы в помощь исследованию поведения животных. Вместе с США и Великобританией, важным географическим местоположением ранней кибернетики была Франция.

Весной 1947, Wiener был приглашен на конгресс по гармоническому анализу, проведенному в Nancy, Франция. Мероприятие было организовано Bourbaki, французским научным обществом, и математиком Szolem Mandelbrojt (1899—1983), дядей всемирно известного математика Benoît Mandelbrot.

Norbert Wiener

Во время этого пребывания во Франции Wiener получил предложение написать сочинение на тему объединения этой части прикладной математики, которая найдена в исследовании Броуновского движения и в телекоммуникационной инженерии. Следующим летом, уже в Соединенных Штатах, Wiener решил ввести неологизм кибернетика в свою научную теорию. Название Кибернетика было придумано, чтобы обозначить исследование «целенаправленных механизмов» и была популяризировано через его книгу Кибернетика, или исследование контроля и коммуникации животного и машины. (Hermann & Cie, Париж, 1948). В Великобритании это стало центром для Ratio Club.

В начале 1940-ых Джон фон Нейман, более известный для его работы в математике и информатике, вносил уникальное и необычное дополнение в мир кибернетики: клеточные автоматы фон Нейман, и их логическое продолжение Универсальный Конструктор фон Нейман. Результатом этих обманчиво простых мысленных экспериментов стало понятие самовопроизводства, который кибернетика приняла как основное понятие. Понятие, что те же самые свойства генетического воспроизводства относились к социальному миму, живым клеткам, и даже компьютерным вирусам, является дальнейшим доказательством несколько удивительной универсальности кибернетических исследований.

Wiener популяризировал социальные значения кибернетики, провеля аналогии между автоматическими системами (такими как регулироваемый паровой двигатель) и человеческими институтами в его бестселлере The Human Use of Human Beings: Cybernetics and Society (Houghton-Mifflin, 1950).

В то время как не мало исследовательских организаций сосредоточились на кибернетике, Биологическая Компьютерная Лаборатории в университете Иллинойса, Urbana-Champaign, под руководством Heinz von Foerster, был главным центром кибернетических исследований в течение почти 20 лет, начинаясь в 1958.

Падение и возрождение кибернетики

В течение прошлых 30 лет кибернетика прошла цикл взлетов и падений, становясь все более значимой в области искусственного интеллекта и биологических машинных интерфейсов (то есть киборгов), и когда это исследование лишилось поддержки, область в целом сбилась со своего основного направления.

Francisco Varela.

Stuart A. Umpleby

В 1970-ых новая кибернетика проявилась в многих областях, сначала в биологии. Некоторые биологи под влиянием кибернетических понятий (Maturana и Varela, 1980; Varela, 1979; Atlan, 1979), осознали, что кибернетические метафоры программы, на которую базировалась молекулярная биология, представляли собой концепцию автономии невозможно для живого существа. Следовательно, этим мыслителям пришлось изобрести новую кибернетику, более подходящую для организаций, которые человечество обнаруживает в природе — организации, которые он самостоятельно не изобрел. Возможность того что эта новая кибернетика могла также составлять социальные формы организации, оставалась объектом дебатов среди теоретиков на самоорганизации в 1980-ых.

В политологии Проект Cybersyn попытался ввести кибернетически административно-командную экономику в течение начала 1970-ых. В 1980-ых, в отличие от ее предшественника, новая кибернетика интересуется взаимодействием автономных политических фигур и подгрупп, и практического и рефлексивного сознания предметов, создающих и воспроизводящих структуру политического сообщества. Основное мнение — рассмотрение рекурсивности, или само-зависимости политических выступлений, как в отношении выражения политического сознания, так и путями, в которых системы создаются на основе себя.

Geyer и van der Zouwen в 1978 обсуждали много особенностей появляющейся «новой кибернетики». Одна особенность новой кибернетики — то, что она рассматривает информацию как построенную и восстановленную человеком, взаимодействующим с окружающей средой. Это обеспечивает эпистемологическое основание науки, рассматривая это как зависимое от наблюдателя. Другая особенность новой кибернетики — свой вклад к соединению «микромакро-промежутка». Таким образом, это связывает человека с обществом. Geyer и van der Zouwen также отметили, что переход от классической кибернетики к новой кибернетике приводит к переходу от классических проблем к новым проблемам. Эти изменения в размышлении включают, среди других, изменения от акцента на управляемой системе, к управляющей, и фактору, который направляет управляющие решения. И новый акцент на коммуникации между несколькими системами, которые пытаются управлять друг другом.

Недавние усилия в истинном направлении кибернетики, системы контроля и поведения на стадии становления, таких смежных областях, как теория игр (анализ группового взаимодействия), и Metamaterials (исследование материалов со свойствами вне ньютоновых свойств их составляющих атомов), системы обратной связи в эволюции, и метаматериал (изучение материалов со свойствами за Ньютоновскими свойства их составных атомов), привели к возрождению интереса в этом все более актуальной области.

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. 20 в. 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 информации
• Теория систем
• Теория управления
• Теория автоматов
• Теория принятия решений
• Синергетика
• Теория алгоритмов
• Исследование операций
• 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.

Направления

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

Чистая кибернетика

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

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

В биологии

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

Термический снимок холоднокровного тарантула на теплокровной руке человека

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

Теория сложных систем

Complexity Science attempts to analyze the nature of complex systems, and the reasons behind their unusual properties.

Способ моделирования сложной адаптивной системы

• Сложная адаптивная система
• Сложные системы
• Теория сложных систем

В компьютерной науке

Компьютерная наука напрямую применяет концепты кибернетики для управления устройствами и анализа информации.

• Робототехника
• Система поддержки принятия решений
• Клеточный автомат
• Симуляция

В инженерии

Кибернетика в инженерии используется, чтобы проанализировать отказы систем, в которых маленькие ошибки и недостатки могут привести к сбою всей системы.

Искусственное сердце, пример биомедицинской инженерии.

• Адаптивная система
• Инженерная кибернетика
• Эргономика
• Биомедицинская инженерия
• Нейрокомпьютинг
• Техническая кибернетика
• Системотехника

В экономике и социологии

• Экономическая кибернетика
• Социальная кибернетика

История

Впервые термин предположительно был употреблён Платоном в смысле искусства управления кораблём или колесницей.

Термин в современном его значении ввёл Норберт Винер, считающийся отцом-основателем кибернетики (наряду с Колмогоровым), как отдельной самостоятельной науки. Само слово использовалось и ранее. Некоторые задачи кибернетики были поставлены А. А. Богдановым в его организационной науке «тектология», впоследствии забытой современниками.

В СССР в философский словарь 1954-го года издания попала характеристика кибернетики как «реакционной лженауки»^[3]. В 1960-е и 1970-е гг. на кибернетику делалась большая ставка, как на техническую, так и на экономическую.

Имена

• Ампер, Андре Мари (1775—1836)
• Вышнеградский, Иван Алексеевич (1831—1895)
• Норберт Винер (Norbert Wiener) (1894—1964)
• Уильям Эшби (Ashby) (1903—1972)
• Хайнц фон Фёрстер (1911—2002)
• Клод Шеннон (1916—2001)
• Грегори Бейтсон (1904—1980)
• Ляпунов Алексей Андреевич (1911—1973)
• Глушков Виктор Михайлович (1923—1982)
• Бир Стаффорд (1926—2002)
• Берг, Аксель Иванович
• Кузин, Лев Тимофеевич (1928—1997)
• Поваров, Геллий Николаевич (1928—2004)

Примечания

1. ↑ Out of control: the new biology of machines, social systems and the economic world. — Boston: Addison-Wesley, 1994. — ISBN 0-201-48340-8
2. ↑ Couffignal, Louis, «Essai d’une définition générale de la cybernétique», The First International Congress on Cybernetics, Namur, Belgium, June 26-29, 1956, Gauthier-Villars, Paris, 1958, pp. 46-54
3. ↑ См., например, Краткий философский словарь под редакцией М.Розенталя и П.Юдина (издание 4, дополненное и исправленное, Государственное издательство политической литературы, 1954), статью «Кибернетика».
   Здесь кибернетика определяется как универсальная наука «о связях и коммуникациях в технике, о живых существах и общественной жизни, о „всеобщей организации“ и управлении всеми процессами в природе и обществе». Однако кибернетике в статье даются весьма нелестные, даже зловещие характеристики, например: «реакционная лженаука», «форма современного механицизма», «отрицает качественное своеобразие закономерностей различных форм существования и развития материи», «рассматривает психофизиологические и социальные явления по аналогии… с электронными машинами и приборами, отождествляя работу головного мозга с работой счётной машины, а общественную жизнь — с системой электро- и радиокоммуникаций», «по существу своему… направлена против материалистической диалектики, современной научной физиологии, обоснованной И. П. Павловым», «ярко выражает одну из основных черт буржуазного мировоззрения — его бесчеловечность, стремление превратить трудящихся в придаток машины, в орудие производства и орудие войны», «поджигатели новой мировой войны используют кибернетику в своих грязных практических делах», «под прикрытием пропаганды кибернетики в странах империализма происходит привлечение учёных… для разработки новых приёмов массового истребления людей — электронного, телемеханического, автоматического оружия», «является… идеологическим оружием империалистической реакции, … средством осуществления её агрессивных военных планов»

Литература

• Винер Н. Кибернетика. — М.: Советское радио, 1968
• Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. — М.: Изд. иностр. лит., 1963. — 830 с.
• Эшби У. Р. Введение в кибернетику. — М.: Изд. иностр. лит., 1959. — 432 с.
• Гринченко С. Н. История человечества с кибернетических позиций // История и Математика: Проблемы периодизации исторических макропроцессов. М.: КомКнига, 2006. С. 38-52.
• Грэхэм, Л. Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе. М. Политиздат, 1991. — 480 с.
• Кузин Л. Т. Основы кибернетики (в 2-х томах). — М.: Энергия, 1973
• Марков А. А. Что такое кибернетика. — В кн.: Кибернетика, мышление, жизнь. — М.: Мысль, 1964
• Поваров Г. Н. Ампер и кибернетика. — М.: Советское радио, 1977
• Петрушенко Л. А. Самодвижение материи в свете кибернетики. М.: Наука, 1971.
• «Отыскание истины: Россия, XXI век», «Компьютерра» № 4 от 01 февраля 2005 года
• Уроки Стаффорда Бира
• Теслер Г. С. Новая кибернетика.- Киев: Логос, 2004. — 401 с.
• «Кибернетика и информатика» Сборник научных трудов к 50-летию Секции кибернетики Дома ученых им. М.Горького РАН, Санкт-Петербург, 2006, 410 стр.
• Игнатьев М. Б. «Информационные технологии в микро-, нано- и оптоэлектронике» изд. ГУАП, Санкт-Петербург, 2008, 200 стр.

См. также

• Кибернетический подход
• Информация
• Управление
• The Principia Cybernetica Web

Ссылки