Предмет, методы и цели кибернетики icon

Предмет, методы и цели кибернетики




Скачати 100.95 Kb.
НазваПредмет, методы и цели кибернетики
Дата конвертації21.10.2013
Розмір100.95 Kb.
ТипДокументи
1. /САПР/КИБЕРНЕТИКА.docx
2. /САПР/Л 01 Основн_ поняття системного анал_зу та теор_х прийняття р_шеньв.doc
3. /САПР/Л 02 Основные понятия теории систем.doc
4. /САПР/ЛР1_Линейное программирование/Microsoft Excel.doc
5. /САПР/ЛР1_Линейное программирование/Л_Линейное программирование.doc
6. /САПР/ЛР1_Линейное программирование/ЛП Варианты заданий.doc
7. /САПР/ЛР1_Линейное программирование/ЛР1_Линейное программирование.doc
8. /САПР/ЛР1_Линейное программирование/Поиск решения/Оптимизация доставки.doc
9. /САПР/ЛР1_Линейное программирование/Поиск решения/Решение уравнений.doc
10. /САПР/ПЗ_01 Решение логических задач.doc
Оптимизация доставки Постановка задачи
Практическое занятие №1 Цель работы: ознакомиться с основными функциями алгебры логики, освоить навыки решения логических задач
Решение и анализ задач линейного программирования (ЛП)
Линейное программирование
Варианты заданий
Обычный – наиболее удобный для выполнения большинства операций; Разметка страниц
Лекции по теории сложных систем, М., 1973; Директор С., Рорер Р., Введение в теорию систем, пер с англ., М., 1974
Кафедра систем захисту інформації Основні поняття системного аналізу та теорії прийняття рішень Лекція №1
Предмет, методы и цели кибернетики

КИБЕРНЕТИКА

Предмет, методы и цели кибернетики


Специфика этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы необязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.

Кибернетика как наука об управлении объектом своего изучения имеет управляющие системы. Для того чтобы в системе могли протекать процессы управления, она должна обладать определенной степенью сложности. С другой стороны, осуществление процессов управления в системе имеет смысл только в том случае, если эта система изменяется, движется, т. е. если речь идет о динамической системе. Поэтому можно уточнить, что объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим системам относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия, отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов).

Однако, рассматривая сложные динамические системы, кибернетика не ставит перед собой задач всестороннего изучения их функционирования. Хотя кибернетика и изучает общие закономерности управляющих систем, их конкретные физические особенности находятся вне поля ее зрения. Так, при исследовании с позиций кибернетической науки такой сложной динамической системы, как мощная электростанция, мы не сосредоточиваем внимание непосредственно на вопросе о коэффициенте ее полезного действия, габаритах генераторов, физических процессах генерирования энергии и т. д. Рассматривая работу сложного электронного автомата, МЫ не интересуемся, на основе каких элементов (электромеханические реле, ламповые или транзисторные триггеры, ферритовые сердечники, полупроводниковые интегральные схемы) функционируют его арифметические и логические устройства, память и др. Нас интересует, какие логические функции выполняют эти устройства, как они участвуют в процессах управления. Изучая, наконец, с кибернетической точки зрения работу некоторого социального коллектива, мы не вникаем в биофизические и биохимические процессы, происходящие внутри организма индивидуумов, образующих этот коллектив. Изучением всех перечисленных вопросов занимаются механика, электротехника, физика, химия, биология.

Предмет кибернетики составляют только те стороны функционирования систем, которыми определяется протекание в них процессов управления, т. е. процессов сбора, обработки, хранения информации и ее использования для целей управления. Однако когда те или иные частные физико-химические процессы начинают существенно влиять на процессы управления системой, кибернетика должна включать их в сферу своего исследования, но не всестороннего, а именно с позиций их воздействия на процессы управления. Таким образом, предметом изучения кибернетики являются процессы управления в сложных динамических системах.

Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит материалистическая диалектика. Однако, кроме общефилософского метода, в различных областях науки применяется большое количество специальных методов.

До недавнего времени в биологических и социально-экономических науках современные математические методы применялись в весьма ограниченных масштабах. Только последние десятилетия характеризуются значительным расширением использования в этих областях теории вероятностей и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр и исследования операций, корреляционного анализа, математического программирования и других математических методов. Теория и практика кибернетики непосредственно базируются на применении математических методов при описании и исследовании систем и процессов управления, на построении адекватных им математических моделей и решении этих моделей на быстродействующих ЭВМ. Таким образом, одним из основных методов кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления.

Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходами, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как вариант системного подхода в широком смысле слова. Применение системного и функционального подходов при описании и исследовании сложных систем относится к основным методологическим принципам кибернетики.

Системный подход выражается в комплексном изучении системы с позиций системного анализа, т. е. анализа проблем и объектов как совокупности взаимосвязанных элементов, исходя из представлений об определенной целостности системы.

Функциональный анализ имеет своей целью выявление и изучение функциональных последствий тех или иных явлений или событий для исследуемого объекта. Соответственно, функциональный подход предполагает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем управления.

Основная цель кибернетики как науки об управлении — добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования этих систем были наилучшими, т. е. приводили бы наиболее быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных ресурсов (сырья, Л(рргии, человеческого труда, машинного времени, горючего и т. д.). Все это можно определить кратко термином «оптимизация». Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.

Для исследования систем кибернетика использует три принципиально различных метода: математический анализ, физический эксперимент и вычислительный эксперимент.

Первые два из них широко применяются и в других науках. Сущность первого метода состоит в описании изучаемого объекта в рамках того или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и последующего извлечения различных следствий из этого описания путем математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью.

Достижением кибернетики является разработка и широкое использование нового метода исследования, получившего название вычислительного или машинного эксперимента, иначе называемого математическим моделированием. Смысл его в том, что эксперименты производятся не с реальной физической моделью изучаемого объекта, а с его математическим описанием, реализованным в компьютере. Огромное быстродействие современных компьютеров зачастую позволяет моделировать процессы в более быстром темпе, чем они происходят в действительности.

Кибернетика и информация


В исследовании кибернетикой способов связи и моделей управления ей понадобилось еще одно понятие, которое было давно известно, но впервые получило фундаментальный статус в естествознании — понятие информации (с латинского — ознакомление) как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности.

Чтобы яснее стало значение информации, рассмотрим деятельность идеального существа, получившего название «демон Максвелла». Идею такого существа, нарушающего второе начало термодинамики, Максвелл изложил в «Теории теплоты», вышедшей в 1871 г.: «Когда частица со скоростью выше средней подходит к дверце из отделения А или частица со скоростью ниже средней подходит к дверце из отделения В, привратник открывает дверцу и частица проходит через отверстие; когда же частица со скоростью ниже средней подходит из отделения А или частица со скоростью выше средней подходит из отделения В, дверца закрывается. Таким образом, в отделении А их концентрация уменьшается. Это вызывает очевидное уменьшение энтропии, и если соединить оба отделения тепловым двигателем, мы как будто получим вечный двигатель второго рода».

Кибернетика выявляет зависимости между информацией и другими характеристиками систем. Работа «демона Максвелла» позволяет установить обратно пропорциональную зависимость между информацией и энтропией. С повышением энтропии уменьшается информация, и наоборот — понижение энтропии увеличивает информацию. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией.

Энергия (от греческого energeia — деятельность) характеризует общую меру различных видов движения и взаимодействия в формах: механической, тепловой, электромагнитной, химической, гравитационной, ядерной. Точность сигнала, передающего информацию, не зависит от количества энергии, которая используется для передачи сигнала. Тем не менее энергия и информация связаны между собой. Винер приводит такой пример: «Кровь, оттекающая от мозг на долю градуса теплее, чем кровь, притекающая к нему».

Место кибернетики в системе наук


Внутри самой кибернетики существует несколько основных направлений.

Теоретическая кибернетика, подобно математике, является, по существу, абстрактной наукой. Ее задача — разработка научного аппарата и методов исследования систем управления независимо от их конкретной природы. В теоретическую кибернетику вошли и получили дальнейшее развитие такие разделы прикладной математики, как теория информации и теория алгоритмов, теория игр, исследование операций и др. Ряд проблем теоретической кибернетики разработан уже непосредственно в недрах этого научного нал давления, а именно: теория логических сетей, теория автоматов, теория формальных языков и грамматик, теория преобразователей информации и т. д.

Теоретическая кибернетика включает также общеметодологические и философские проблемы этой науки.

Прикладная кибернетика, в зависимости от типа изучаемых систем управления, подразделяется на техническую, биологическую и социальную кибернетику.

Техническая кибернетика — наука об управлении техническими системами. Техническую кибернетику часто отождествляют с современной теорией автоматического регулирования и управления. Эта теория, конечно, служит важной составной частью технической кибернетики, но последняя вместе с тем включает вопросы разработки и конструирования автоматов (в том числе современных ЭВМ и роботов), а также проблемы технических средств сбора, передачи, хранения и преобразования информации, опознания образов и т. д.

Биологическая кибернетика изучает общие законы хранения, передачи и переработки информации в биологических системах. Биологическую кибернетику в свою очередь подразделяют на медицинскую, которая занимается главным образом моделированием заболеваний и использованием этих моделей для диагностики, прогнозирования и лечения; физиологическую, изучающую и моделирующую функции клеток и органов в норме и патологии; нейрокибернетику, в которой моделируются процессы переработки информации в нервной системе; психологическую, моделирующую психику на основе изучения поведения человека. Промежуточным звеном между биологической и технической кибернетикой является бионика — наука об использовании моделей биологических процессов и механизмов в качестве прототипов для совершенствования существующих и создания новых технических устройств.

Социальная кибернетика — наука, в которой используются методы и средства кибернетики в целях исследования и организации процессов управления в социальных системах. Необходимо, однако, учитывать, что социальная кибернетика, изучающая закономерности управления обществом в количественном аспекте, не может стать всеобъемлющей наукой об управлении обществом, характеризующимся в значительной мере неформализуемыми явлениями и процессами.

В связи с этим наибольшие практические успехи в современных условиях могут быть достигнуты в результате применения кибернетики в области управления экономикой, производственной деятельностью как важнейшими основами развития общества. Среди социальных подсистем именно экономика характеризуется наиболее развитой системой количественных показателей и соотношений. Сферой экономической кибернетики являются проблемы оптимизации управления экономикой в целом, его отдельными отраслями, экономическими районами, промышленными комплексами, предприятиями и т. д.

В качестве основного метода экономической кибернетики используется экономико-математическое моделирование, позволяющее представить динамику развития производственно-экономических систем, разрабатывать меры по улучшению их структуры и методы экономического прогнозирования и управления. Основным направлением и одной из важнейших целей экономической кибернетики в настоящее время стала разработка теории построения и функционирования автоматизированных систем управления (АСУ). Необходимость создания АСУ обусловливается высокими темпами роста производства, углублением его специализации, расширением кооперирования предприятии, существенным увеличением числа межхозяйственных связей и их усложнением. В ходе развития этих процессов происходит снижение эффективности традиционных методов управления производством, возникает настоятельная необходимость привлечения на помощь руководителю кибернетической техники, т. е. создания систем управления «человек — машина» которые нашли реальное воплощение в виде АСУ. Особенности сельскохозяйственного производства (территориальная рассредоточенность, большая длительность производственных циклов, сильное влияние случайных факторов и др.) повышают значение АСУ в управлении им.

Кибернетика — обобщающая наука, исследующая биологические, технические и социальные системы. Однако предметом ее исследования служат не все вопросы структуры и поведения этих систем, а только те из них, которые связаны с процессами управления. Следовательно, являясь междисциплинарной наукой, кибернетика не претендует на роль наддисциплинарной науки. Если, например, философия оперирует такими универсальными категориями, как материя, время, пространство, то кибернетика имеет дело непосредственно лишь с категорией информации, являющейся свойством особым образом организованной материи.

Таким образом, место кибернетики в системе наук можно определить следующим образом. Кибернетика охватывает все науки, но не полностью, а лишь в той их части, которая относится к сфере процессов управления, связанных с этими науками и соответственно с изучаемыми ими системами. Философия же, объясняя эти закономерности, общие для всех наук, рассматривает наряду с ними и кибернетику как сферу действия общефилософских законов диалектического материализма.

Каковы же основные философские проблемы, возникшие в связи с появлением и развитием кибернетики как нового научного направления? Это прежде всего вопрос о природе н свойствах информации как основной категории кибернетики, вопросы диалектики структуры и развития сложных систем, их иерархии, зависимости их свойств от количества элементов, взаимодействия с внешней средой. Ряд методологических и философских вопросов возникает в связи с проблемами моделирования — о сущности, типах и свойствах материальных и идеальных моделей, их адекватности и границах применения. С задачами бионического моделирования и созданием универсальных кибернетических автоматов, роботов и искусственного интеллекта связана проблема о предельных возможностях таких систем и о сравнении возможностей переработки информации кибернетическими машинами и человеком. Создание автоматизированных человеко-машинных систем управления поднимает философские вопросы о роли человека в этих системах и о характере своеобразного симбиоза человека и машины.



Схожі:

Предмет, методы и цели кибернетики iconИ хочется, и колется! Активные методы выяснения ожиданий и опасений. Метод «Список покупок»
Цели: Участники определяют предпочитаемые цели работы. Нет никаких ограничений. В списке может быть сколько угодно целей
Предмет, методы и цели кибернетики iconПоказатели оценки качества и эффективности учебных занятий
Соответствие содержания учебного ма­териала триединой цели урока. Методы обучения обеспечили
Предмет, методы и цели кибернетики iconКонтрольная работа по курсу: «Логика» Тема: «Предмет логики»
Так было в Древней Индии, Древнем Китае, Древней Греции, Древнем Риме, а также средневековой России. Однако в искусстве красноречия...
Предмет, методы и цели кибернетики icon«Методы и приемы организации ситуации успеха на уроке как одно из направлений повышения уровня обученности учащихся» Цели занятия мастер-класса
«Методы и приемы организации ситуации успеха на уроке как одно из направлений повышения уровня обученности учащихся»
Предмет, методы и цели кибернетики iconВведение в С++ А. М. Гусенков Методическое пособие предназначено для преподавателей кафедры теоретической кибернетики, ведущих практические занятия в первом семестре курса «Информатика».
Методическое пособие предназначено для преподавателей кафедры теоретической кибернетики, ведущих практические занятия в первом семестре...
Предмет, методы и цели кибернетики iconВопросы к коллоквиуму №1 для студентов гр. Пм-61
Предмет физики. Методы физического исследования. Важнейшие этапы раз­вития физики. Роль физики в развитии техники и связь с другими...
Предмет, методы и цели кибернетики iconПеречень вопросов к экзамену опорно-двигагельный аппарат
Предмет анатомии человека. Понятие категорий: филогенез, антропогенез, онтогенез. Задачи и методы изучения анатомии. Связь анатомии...
Предмет, методы и цели кибернетики iconТехнологии вермикультивирования в Китае
В китае используются различные методы культивирования дождевых червей в зависимости от климатических условий (ямы в земле, бурты,...
Предмет, методы и цели кибернетики iconУтвержден утвержден приказом министерства приказом министерства
Предмет, цели, задачи, виды деятельности, типы и виды реализуемых программ
Предмет, методы и цели кибернетики iconЦели работы группы
Для реализации данной цели поставлены задачи научно-исследовательской работы проблемной группы
Предмет, методы и цели кибернетики icon1-х классах. Цели и задачи мероприятия
Цели и задачи мероприятия: воспитывать уважительное отношение к ветеранам и к старшему поколению, любовь к Родине и гордость за её...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©te.zavantag.com 2000-2017
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи