Кiбернетика

Наука про керування складними системами зi зворотним зв'язком
називається кiбернетикою. Вiд грецького kybernetike означає
мистецтво керування. Американський математик Н. Вiнер ( 1894-1964)
уважається засновником кiбернетики. В 1948 роцi вiн випустив книгу
за назвою Кiбернетика. Ця наука вивчає не речовинний склад систем
i не ïхню структуру (будова), а результат роботи даного класу
систем. Кiбернетика вивчає класи систем, як живих, так i неживих,
у яких iснує механiзм зворотного зв'язка. Системи вивчаються в
кiбернетику по ïхнiх реакцiях на зовнiшнi впливи, iнакше кажучи, по
тимi функцiям, якi вони виконують. Кiбернетика поряд iз субстратним i
структурним пiдходом, увела в науковий побут функцiональний пiдхiд як ще
один варiант системного пiдходу. Кiбернетика виникла на стику
математики, технiки й нейрофiзiологiï
Поняття чорного ящика уперше було вжито в кiбернетику. Чорним ящиком
називався пристрiй, що виконує певну операцiю над сьогоденням i
минулим вхiдного потенцiалу, але для якого ми не обов'язково маємо
iнформацiю про структуру, що забезпечує виконання цiєï
операцiï
Дана наука дослiджує способи зв'язку й моделi керування. У цьому
дослiдженнi ïй знадобилося ще одне поняття iнформацiя. Вiд
латинського слова iнформацiя означає ознайомлення, роз'яснення.
Кiбернетика внесла значний вклад у вивченнi зв'язку й керування
Розглянемо дiяльнiсть iдеальноï iстоти, що одержало назву демон
Максвелла для того, щоб яснiше визначити поняття iнформацiï
Поняття iнформацiï має таке велике значення, що воно ввiйшло
в заголовок нового наукового напрямку, що виник на базi кiбернетики
— iнформатики (назва вiдбулася iз з'єднання слiв iнформацiя
й математика).
Кiбернетика виявляє залежностi мiж iнформацiєю й iншими
характеристиками систем
В 1871 роцi Максвелл виклав iдею такоï iстоти, в Теорiï
теплоти. У якiй порушувався другий початок термодинамiки: Коли частка зi
швидкiстю вище середньоï пiдходить до дверцятам з вiддiлення А або
частка зi швидкiстю нижче середньоï пiдходить до дверцятам з
вiддiлення В, воротар вiдкриває дверцята й частка проходять через
отвiр; коли ж частка зi швидкiстю нижче середньоï пiдходить iз
вiддiлення А або частка зi швидкiстю вище середньоï пiдходить iз
вiддiлення В, дверцята закривається. Таким чином, частки
бiльшоï швидкостi зосереджуються у вiддiленнi В, а у вiддiленнi А
ïхнiй концентрацiï зменшується. Це викликає
очевидне зменшення ентропiï, i якщо з'єднати обоє
вiддiлення тепловим двигуном, ми, начебто, одержимо вiчний двигун
другого роду
Зв'язати iнформацiю з ентропiєю можливо, якщо одержувати вiд
часток, що наближаються, iнформацiю про ïхню швидкiсть i крапку
удару остенку.
Робота демона Максвелла дозволяє встановити обернено пропорцiйну
залежнiсть мiж iнформацiєю й ентропiєю. Iнформацiя з
пiдвищенням ентропiï зменшується, тому що всi усредняется.
Iнформацiя зi зниженням ентропiï збiльшується
Так само можна сказати, що зв'язок iнформацiï з ентропiєю
свiдчить i про зв'язок iнформацiï з енергiєю. Дамо повне
визначення енергiï. Iз грецького слова energeia означає
дiяльнiсть. Вона характеризує загальну мiру рiзних видiв руху й
взаємодiï у формах: механiчноï, тепловий,
електромагнiтноï, хiмiчноï, гравiтацiйноï, ядерноï
Iнформацiя росте з пiдвищенням розмаïтостi системи, але на цьому
ïï зв'язок з розмаïтiстю не кiнчається. Одним з
основних законiв кiбернетики є закон необхiдноï
розмаïтостi. Ефективне керування якою-небудь системою можливо
тiльки в тому випадку, коли розмаïтiсть керуючоï системи
бiльше розмаïтостi керованоï системи
Енергiя й iнформацiя зв'язанi мiж собою. Точнiсть сигналу, що
передає iнформацiю, не залежить вiд кiлькостi енергiï, що
використовується для передачi сигналу. Вiнер приводить такий
приклад: Кров, що вiдтiкає вiд мозку, на частку градуса теплiше,
нiж кров, що притiкає до нього.
Чим бiльше ми маємо iнформацiï про систему, який
збираємося керувати, тим ефективнiше буде цей процес
Загальне значення кiбернетики позначається в наступних напрямках:
1 Загальнонаукове значення в трьох змiстах: по-перше, тому що
кiбернетика дає загальнонауковi поняття, якi виявляються важливими
в iнших галузях науки — поняття керування, складно-динамiчноï
системи й т.п.. По-друге, тому що дає науцi новi методи
дослiдження: iмовiрнiснi, стохастические, моделювання на ЕОМ i т.д.. По-
третє, тому що на основi функцiонального пiдходу сигнал —
вiдгук кiбернетика формує гiпотези про внутрiшнiй склад i будову
систем, якi потiм можуть бути перевiренi в процесi змiстовного
дослiдження. Наприклад, у кiбернетику вироблене правило (уперше для
технiчних систем), у вiдповiдностi, з яким для того, щоб знайти помилку
в роботi системи, необхiдна перевiрка роботи трьох однакових систем. По
роботi двох знаходять помилку в третiй. Можливо, так дiє й мозок
2. Фiлософське значення, оскiльки кiбернетика дає нове
подання про свiт, засноване на ролi зв'язку, керування, iнформацiï,
органiзованостi, зворотному зв'язку, доцiльностi,
iмовiрностi
3. Найбiльше вiдомо технiчне значення кiбернетики — створення на
основi кiбернетичних принципiв електронно-обчислювальних машин,
роботiв, персональних комп'ютерiв, що породило тенденцiю
кiбернетизацiï й iнформатизацiï не тiльки наукового
пiзнання, але й всiх сфер життя
4 . Соцiальне значення, оскiльки кiбернетика дає нове подання про
суспiльство як органiзованому цiлому. Про користь кiбернетики для
вивчення суспiльства чимало було сказано вже в момент виникнення
цiєï науки
5. Методологiчне значення кiбернетики визначається тим обставиною,
що вивчення функцiонування бiльше простих технiчних систем
використовується для висування гiпотез про механiзм роботи.
Якiсно бiльше складних систем (живих органiзмiв, мислення людини) з
метою пiзнання процесiв, що вiдбуваються в них, — вiдтворення
життя, навчання й т.п. Подiбне кiбернетичне моделювання особливо
важливо в цей час у багатьох галузях науки, оскiльки вiдсутнi
математичнi теорiï процесiв, що протiкають у складних системах,
i доводиться обмежуватися ïх простими моделями