Кибернетика, её основные понятия и результаты
Кибернетика как наука об общих закономерностях процессов управления, передачи информации в различных системах, предмет и методика ее исследования, история и современные достижения. Причины необходимости развития кибернетики, вклад в научную картину мира.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.01.2011 |
| Размер файла | 22,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Контрольная работа
"Кибернетика, её основные понятия и результаты"
Рязань 2011 г.
Введение
Название науки «Кибернетика» звучит как зов в будущее. Она вызывает ассоциации с виртуальной реальностью, роботами, киборгами и Арнольдом Шварценеггером в фильме «Терминатор: Судный день». Думаю человек не имеющий тесных отношений с этой наукой имеет представление о кибернетики только из научно- или художественно-фантастических фильмов. Наука о фантазиях людей. Выбор этой темы заинтересовал меня возможностью узнать больше информации об этом «приближающемся будущем». В своей контрольной работе я собираюсь рассмотреть историю науки, поведать о её «корнях», описать вкратце сферу деятельности кибернетики, которая очень широка, а так же описать вклад кибернетики в научную картину мира.
1. Кибернетика
1.1 Истоки кибернетики
Кибернетика - (от др. греческого - искусство управлять) наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество.
В древности термин «кибернетика» использовался Платоном в контексте «исследования самоуправления» в «Законах», для обозначения управления людьми. Слово «cybernйtique» использовалось практически в современном значении в 1830 году французским физиком и систематизатором наук Андре Ампером (Andrй-Marie Ampиre, 1775-1836), для обозначения науки управления в его системе классификации человеческого знания: «Кибернетика. Отношения народа к народу, изучаемые предшествующими науками, - лишь небольшая часть объектов, о которых должно печься правительство; его внимания также непрерывно требуют поддержание общественного порядка, исполнения законов, справедливое распределение налогов, отбор людей, которых оно должно назначать на должности, и всё, способствующее улучшению общественного состояния. Оно постоянно должно выбирать между различными мерами, наиболее пригодными для достижения цели; и лишь благодаря глубокому изучению и сравнению разных элементов, предоставляемых ему для этого выбора знанием всего, что имеет отношение к нации, оно способно управлять в соответствии со своим характером, обычаями, средствами существования процветания организацией и законами, которые могут служить общими правилами поведения и которыми оно руководствуется в каждом особом случае. Итак, только после всех наук, занимающихся этими различными объектами, надо поставить эту, о которой сейчас идёт речь и которую я называю кибернетикой, от слова кхвеснзфйчз; это слово, принятое в начале в узком смысле для обозначения искусства кораблевождения, получило употребление у самих греков в несравненно более широком значении искусства управления вообще».
Первая искусственная автоматическая регулирующая система, водяные часы, была изобретена древнегреческим механиком Ктезибием. В его водяных часах вода вытекала из источника, такого как стабилизирующий бак, в бассейн, затем из бассейна - на механизмы часов. Устройство Ктезибия 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 саморегулирующимся устройством, которое не требовало никакого внешнего вмешательства между обратной связью и управляющими механизмами. Хотя они, естественно, не ссылались на это понятие как на науку кибернетику (они считали это областью инженерного дела), Ктезибий и другие мастера древности, такие как Герон Александрийский или китайский учёный Су Сун, считаются одними из первых, изучавших кибернетические принципы. Исследование механизмов в машинах с корректирующей обратной связью датируется ещё концом XVIII века, когда паровой двигатель Джеймса Уатта был оборудован управляющим устройством, центробежным регулятором обратной связи для того, чтобы управлять скоростью двигателя. А. Уоллес описал обратную связь как «необходимую для принципа эволюции» в его известной работе 1858 года. В 1868 году великий физик Дж. Максвелл опубликовал теоретическую статью по управляющим устройствам, одним из первых рассмотрел и усовершенствовал принципы саморегулирующихся устройств. Я. Икскюль применил механизм обратной связи в своей модели функционального цикла (Funktionskreis) для объяснения поведения животных.
Со сложными системами управления человек имел дело задолго до кибернетики (управление людьми, машинами; наблюдал регуляционные процессы у живых организмов и т.д.). Но кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику. В «докибернетический» период знания об управлении и организации носили «локальный» характер, т.е. в отдельных областях.
1.2 Современная кибернетика
Современная кибернетика началась в 1940-х как междисциплинарная область исследования, объединяющая системы управления, теории электрических цепей, машиностроение, логическое моделирование, эволюционную биологию, неврологию. Её основателем является американский математик Н. Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу «Кибернетика, или управление их связь в животном и машине».
В 1970-х новая кибернетика проявилась в различных областях, но особенно - в биологии. Некоторые биологи под влиянием кибернетических идей (Матурана (англ.) и Варела, 1980; Варела, 1979; (Атлан (англ.), 1979), «осознали, что кибернетические метафоры программы, на которых базировалась молекулярная биология, представляли собой концепцию автономии, невозможную для живого существа. Следовательно, этим мыслителям пришлось изобрести новую кибернетику, более подходящую для организаций, которые человечество обнаруживает в природе - организаций, не изобретённых им самим». Возможность того, что эта новая кибернетика применима к социальным формам организаций, остаётся предметом теоретических споров с 1980-х годов.
В экономике в рамках проекта Киберсин попытались ввести кибернетическую административно-командную экономику в Чили в начале 1970-х. Эксперимент был остановлен в результате путча 1973 года, оборудование было уничтожено.
В 1980-х новая кибернетика, в отличие от её предшественницы, интересуется «взаимодействием автономных политических фигур и подгрупп, а также практического и рефлексивного сознания предметов, создающих и воспроизводящих структуру политического сообщества. Основное мнение - рассмотрение рекурсивности, или самозависимости политических выступлений, как в отношении выражения политического сознания, так и путями, в которых системы создаются на основе самих себя».
Голландские учёные-социологи Гейер и Ван дер Зоувен (нидерл.) в 1978 году выделили ряд особенностей появляющейся новой кибернетики. «Одной из особенностей новой кибернетики является то, что она рассматривает информацию как построенную и восстановленную человеком, взаимодействующим с окружающей средой. Это обеспечивает эпистемологическое (познавательное) основание науки, если смотреть на это с точки зрения наблюдателя. Другая особенность новой кибернетики - её вклад в преодоление проблемы редукции (противоречий между макро- и микроанализом). Таким образом, это связывает индивидуума с обществом». Гейер и Ван дер Зоувен 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».
Последние усилия в изучении кибернетики, систем управления и поведения в условиях изменений, а также в таких смежных областях, как теория игр (анализ группового взаимодействия), системы обратной связи в эволюции и исследование метаматериалов (материалов со свойствами атомов, их составляющих, за пределами ньютоновых свойств), привели к возрождению интереса к этой всё более актуальной области.
Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. За последние триста лет человечество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, заменяющие труд десятков тысяч землекопов. Запуском первого искусственного спутника Земли и полетом первого человека в космос наша страна проложила путь к освоению космического пространства.
Однако до середины XX века почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и весьма разнообразных, но в основном исполнительных функций. Их конструкция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и соответственно управлять машинами, движением транспорта и т.д. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.
Рисуя картины жизни будущего общества, авторы фантастических рассказов и повестей часто представляли, что всю работу за человека будут выполнять машины, а роль человека сведется лишь к тому, чтобы, наблюдая за работой этих машин, нажимать на пульте соответствующие кнопки, управляющие определенными операциями.
Однако современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т.е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т.д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов.
Вычислительная техника используется не только для управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно - теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования.
1.3 Причины необходимости развития кибернетики
Необходимость или целесообразность замещения человека автоматом может определяться одной из следующих причин.
Во-первых, функционирование объекта управления может характеризоваться такими большими скоростями, что человек в силу нейрофизиологических ограничений скорости своих реакции не может достаточно быстро в темпе функционирования объекта или, как принято говорить, в реальном масштабе времени осуществлять необходимые управляющие воздействия. Данное ограничение относится в той или иной мере, например, к процессам управления самолетами, космическими кораблями, ракетами, атомными и химическими реакциями.
Во-вторых, управляющий автомат оказывается необходимым, когда управление должно осуществляться в тех местах, где присутствие человека либо невозможно, либо связано с большими трудностями и затратами (космические аппараты, другие планеты, опасные и вредные производственные помещения), а телеуправление по тем или иным причинам нецелесообразно.
В-третьих, в ряде производственных процессов автоматическое управление может обеспечить более высокие показатели точности изготовления изделий и улучшение других качественных показателей.
Наконец, в-четвертых, даже и в тех случаях, когда человек может успешно управлять некоторым производственным процессом, применение управляющих автоматов может дать значительный экономический эффект за счет существенного снижения трудовых затрат.
1.4 Сферы 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.
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
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.
· Биоинженерия
· Биологическая кибернетика
· Биоинформатика
· Бионика
· Медицинская кибернетика
· Нейрокибернетика
· Гомеостаз
· Синтетическая биология
· Системная биология
Теория сложных систем анализирует природу сложных систем и причины, лежащие в основе их необычных свойств.
· Способ моделирования сложной адаптивной системы
· Сложная адаптивная система
· Сложные системы
· Теория сложных систем
Компьютерная наука напрямую применяет концепты кибернетики для управления устройствами и анализа информации.
· Робототехника
· Система поддержки принятия решений
· Клеточный автомат
Кибернетика в инженерии используется, чтобы проанализировать отказы систем, в которых маленькие ошибки и недостатки могут привести к сбою всей системы.
· Адаптивная система
· Инженерная кибернетика
· Эргономика
· Биомедицинская инженерия
· Нейрокомпьютинг
· Техническая кибернетика
· Системотехника
В экономике и управлении
· Кибернетическое управление.
· Экономическая кибернетика.
· Исследование операций.
· Системотехника.
В математике
· Динамическая система.
· Теория информации.
· Теория систем.
2. Вклад кибернетики в научную картину мира
2.1 Общие достижения
кибернетика научный информация управление
Кибернетика устранила ту принципиально неполную научную картину мира, которая была присуща науке XIX и первой половине XX века. Классическая и неклассическая наука строила представление о мире на двух фундаментальных постулатах - материя и энергия. Создавала вещественно - энергетическую, вещественно - полевую картину мира.
На постулатах о материи и энергии строились представления о пространстве и времени. Но в палитре научной картины мира не хватала важнейшей «краски» - информации. Самая глубокая причина сопряжения пространства и времени, а равно всех изменений в мире проистекает из изменения массы, энергии и информации. Опыт развития науки последнего времени показал, что реальный мир состоит из этих предельно фундаментальных элементов - Системы материальных объектов, вещественно-энергетические процессы являются и носителями, хранителями и потребителями информации. И подобному тому, как Эйнштейн установил закон эквивалентности вещества и энергии, есть закон (не открытый еще) эквивалентности массы, энергии и информации. Кибернетика (вместе с теорией информации) дала новое представление о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи, целенаправленности. Создала информационную картину мира. Не энергия, а информация выйдет в XXI столетии на первое место в мире научных понятий.
Фундаментальный характер информации означает, что хаос не может быть абсолютным. В любом хаосе существует некоторый уровень упорядоченности. Космос не способен опуститься до сплошной энтропии. Живые организмы и социальные системы питаются отрицательной энтропией (негэнтропией), то есть они противостоят беспорядку и хаосу. Масс-энерго-информационные преобразования исчерпывают собой все возможные состояния Космоса, а равно его подсистем, включая человека, общество.
Кибернетика оказала революционизирующее влияние на теоретическое содержание и методологию всех наук. Она устранила непреодолимые грани между естественными, общественными и техническими науками. Способствовала синтезу научных знаний, создала из понятий частных наук структуры новых понятий, новый язык науки. Такие понятия, как информация, управление, обратная связь, система, модель, алгоритм и др. обрели общенаучный статус.
Кибернетика дала в руки человека сильнейшее оружие управления производством, обществом, инструмент усиления интеллектуальных способностей человека (ЭВМ). Современные ЭВМ (компьютеры) - универсальные преобразователи информации, а с преобразованием информации человек связан во всех областях своей деятельности (в политике, экономике, науке, профессиональной сфере и др.).
Философ Ф. Бекон писал, что «когда истина обнаружена, она налагает ограничения на мысли людей». На мир уже нельзя смотреть «докибернетическим взглядом». Новая наука сформировала свой взгляд на мир, информационно-кибернетический стиль мышления.
2.2 Самые впечатляющие изобретения кибернетики
Компания «RussGPS» планирует в ближайшие пять лет закупить более 50 тысяч электронных устройств VeriChip. Это устройство вживляется под кожу и содержит электронную версию истории болезни пациента. В клиниках, оборудованных специальными сканерами, врачи могут мгновенно получить информацию о группе крове пациента, перенесенных им заболеваниях и аллергических реакциях. VeriChip особенно полезен, если пациент попадает в больницу в бессознательном состоянии.
Как отметил генеральный директор «RussGPS» Владимир Дробовцев, сейчас его компания занимается вопросами сертификации устройства. «Насколько просто или сложно будет проходить процесс - я не могу сейчас предсказывать», - отметил он.
Для того, чтобы VeriChip был полезен в России, компания планирует закупить более двух тысяч сканеров, которые будут размещены в больницах и других учреждениях. Дробовцев считает, что они будут использоваться как средство идентификации личности.
VeriChip, который по размеру не больше рисового зерна, создан американской компанией «Applied Digital Solutions». Цена первых устройств достигала 200 долларов. Сканеры для медучреждений стоили более двух тысяч.
В одном из своих последних заявлений компания «Applied Digital Solutions» представила технологию VeriPay - имплантат заменяет собой наличные деньги и кредитные карточки, являясь своего рода подкожным кошельком. По словам Дробовцева, и это новшество дойдет до России. Вот так вот…
Технология совершенствуется вот уже 500 тысяч лет, но человек остается все тем же. Если человек не изменится, то в новом тысячелетии технология в своем развитии обгонит человека.
Будущее может быть разным, и путей к нему тоже много, но ни то, ни другое предсказать невозможно. И все же кое-какие широкие штрихи набросать можно, причем в большинстве сценариев прогресс приводит к изменению способа нашего общения, объема информации, с которой нам придется иметь дело, и, возможно, даже наших природных способностей.
Технология микропроцессоров уже приближается к фундаментальным ограничениям. Следуя закону Мура, к 2010-2020 годам размеры транзистора должны уменьшиться до четырех-пяти атомов. Рассматриваются многие альтернативы, но, если они не будут реализованы в массовом производстве, закон Мура перестанет работать. Этот закон (вернее, прогноз соучредителя Intel Гордона Мура) гласит, что плотность транзисторов в микросхеме удваивается каждые полтора года, и все последние 20 лет он выполнялся.
Если в начале нового столетия рост производительности микропроцессоров прекратится, в вычислительной технике наступит стагнация. Но возможно, что вместо этого произойдет технологический скачок с тысячекратным увеличением мощности компьютеров.
К технологиям, способным экспоненциально увеличивать обрабатывающую мощность компьютеров, следует отнести молекулярные или атомные технологии; ДНК и другие биологические материалы; трехмерные технологии; технологии, основанные на фотонах вместо электронов, и, наконец, квантовые технологии, в которых используются элементарные частицы. Если на каком-нибудь из этих направлений удастся добиться успеха, то компьютеры могут стать вездесущими.
А если таких успешных направлений будет несколько, то они распределятся по разным нишам. Например, квантовые компьютеры будут специализироваться на шифровании и поиске в крупных массивах данных, молекулярные - на управлении производственными процессами и микромашинах, а оптические - на средствах связи.
Возможности современного производства пока не позволяют наладить недорогое массовое изготовление подобных устройств. Однако многие ученые уверены в том, что решение будет найдено. Например, эффективность «генетических чипов» удалось повысить (а стоимость - понизить) благодаря использованию других чипов, содержащих почти полмиллиона маленьких зеркал, - первоначально они предназначались для оптических систем связи. Цифровая микрозеркальная схема от Texas Instruments применялась даже для демонстрации последней серии фильма «Звездные войны». В наступающем веке вычислительная техника сольется не только со средствами связи и машиностроением, но и с биологическими процессами, что откроет такие возможности, как создание искусственных имплантантов, интеллектуальных тканей, разумных машин, «живых» компьютеров и человеко-машинных гибридов. Если закон Мура проработает еще 20 лет, уже в 2020 году компьютеры достигнут обрабатывающей мощности человеческого мозга - 20000000 миллиардов операций в секунду. А к 2060 году компьютер сравняется по силе разума со всем человечеством. Одной вероятности подобной перспективы достаточно, чтобы отбросить любые опасения по поводу применения био- и генной инженерии для расширения способностей человека. Однако для этого вычислительная техника будущего столетия должна вобрать в себя некоторые новейшие технологии. И они уже существуют - пока лишь в научных лабораториях.
«Я не верю в научную фантастику типа «Звездного пути», где через 400 лет люди остаются прежними, - сказал астрофизик Стивен Хокинг, выступая в прошлом году в Белом доме. - По-моему, человеческая раса и сложность ее ДНК очень скоро начнут меняться».
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Кибернетика как наука о системах, открытых для энергии, но замкнутых для информации и управления. Концепция "черного ящика" и способ его исследования. Математическая сторона кибернетики. Структура обобщенной системы связи. Понятие "системы управления".
реферат [60,2 K], добавлен 20.08.2015Кибернетика - научная дисциплина, которая основана на работах Винера, Мак-Каллока, У. Эшби, У. Уолтера. Кибернетика - наука об управлении объектом своего изучения. Роль компьютеров как сложных технических преобразователей информации. Значение кибернетики.
контрольная работа [42,1 K], добавлен 29.11.2010Понятие кибернетики как науки об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество. Аспекты мышления в ней: информационный, управленческий. Принципы моделирования мышления.
презентация [69,9 K], добавлен 23.05.2014Кибернетика как научное направление, предмет методы ее исследования, история и основные этапы развития. Главные методы кибернетики и практическое значение, особенности применения методов к другим системам. Анализ достижений современной кибернетики.
презентация [1,2 M], добавлен 02.12.2010История зарождения кибернетики как науки, ее значение и основные причины развития. Кибернетический подход к изучению объектов различной природы. Познание и самообучение как важный признак кибернетики, ее направления развития и предметная область.
курсовая работа [77,3 K], добавлен 27.05.2013Кибернетика как наука. Значение кибернетики. Электронно-вычислительные машины и персональные компьютеры. Моделирование систем. Сферы использования кибернетики. Системный анализ и теория систем. Теория автоматического управления.
реферат [21,7 K], добавлен 23.03.2004Центральное понятие кибернетики – информация. Комплексная автоматизация процессов восприятия, преобразования, передачи, обработки и отображения информации и создание автоматизированных систем управления на различных уровнях. Система передачи информации.
книга [663,7 K], добавлен 07.05.2009История формирования различных видов информационной деятельности. Сущность информации, ее источники и носители. Объекты исследования кибернетики и информатики. Развитие ЭВМ и Интернета. Негативные последствия распространения информационных технологий.
контрольная работа [40,1 K], добавлен 15.01.2011Кибернетические системы как объект исследования в кибернетике. Рецепторы для восприятия сигналов из внешней среды и передачи их внутрь системы, входные и выходные каналы для обмена сигналами с внешней средой. История кибернетики, преподавание в школе.
реферат [25,9 K], добавлен 29.04.2010Сфера исследований эволюционной кибернетики. Математическое моделирование и методы кибернетики в применении к другим системам. Основная задача кибернетики. Отличительная черта кибернетического подхода к познанию и совершенствованию процессов управления.
презентация [1,3 M], добавлен 08.12.2010
